復雜地層鉆探安全影響因素與防范措施探究

李發(fā)科

摘要：在開展地質(zhì)鉆探作業(yè)時，如果地層結(jié)構比較復雜，受到地層應力復雜、穩(wěn)定性較差、人為、設備和管理等各個方面的因素，導致出現(xiàn)掉塊、坍塌、卡鉆和埋鉆等問題概率的增加，降低鉆孔成孔率以及鉆探作業(yè)效率。甚至會引發(fā)較為嚴重的孔內(nèi)安全事故，威脅作業(yè)人員生命安全。因此在鉆探作業(yè)時，應分析復雜地層的結(jié)構性質(zhì)，總結(jié)可能會引發(fā)安全問題或安全事故的各種影響因素，制定和實施相應的安全風險防范措施，保障鉆探作業(yè)安全和高效、高質(zhì)量開展。

關鍵詞：復雜地層;鉆探;安全影響因素;防范措施

分類號：P634.8

一、引言

在開展鉆探作業(yè)時容易遇到復雜地層問題而降低鉆探效率，這是由于復雜地層中存在地層松軟、地質(zhì)構造復雜等問題，在鉆探作業(yè)中容易出現(xiàn)坍塌、埋鉆和卡鉆等問題，影響鉆探作業(yè)安全性。因此在復雜地層中開展鉆探作業(yè)時，應結(jié)合具體的地層結(jié)構性質(zhì)以及安全影響因素，研究和落實相應的安全風險防范措施。

二、復雜地層結(jié)構性質(zhì)分析

在鉆探作業(yè)時遇到的復雜地質(zhì)情況主要有兩種，一種時在復雜地質(zhì)構造影響下出現(xiàn)的破碎性復雜地層問題，比如在受到地質(zhì)構造運動時產(chǎn)生的張力、拉力、剪力和擠壓力等作用的影響，容易導致地層裂縫或者斷層問題，還會由于巖石巖層的硬度過高而造成脆性比較大，導致形成復雜破碎地層問題。另外一種則是由于受到風力侵蝕、雨水沖擊等外來地質(zhì)因素改變了巖石性質(zhì)，導致其更加松散且膠結(jié)情況變差，出現(xiàn)了風蝕地層、沖積層以及洪積層等復雜地層。這些復雜地層的承載力較低且穩(wěn)定性較差，容易導致鉆探作業(yè)時由于滾動現(xiàn)象而導致較多的切削面，這就會降低破巖效率，增加鉆探作業(yè)中出現(xiàn)卡鉆、垮孔、掉塊等事故概率。還會由于其滲透性較強而導致沖洗液滲漏或涌水等問題。

三、復雜地層鉆探安全影響因素

總結(jié)在復雜地層結(jié)構中開展鉆探作業(yè)時容易引發(fā)安全問題的影響因素，一是地應力因素。由于復雜地層的結(jié)構限制，加之受到所用施工技術工藝的影響，容易在鉆探作業(yè)中出現(xiàn)斷層問題，表現(xiàn)出隆起和斷裂等各種復雜的地質(zhì)構造形式，這也會產(chǎn)生不同的地應力而增加鉆探作業(yè)難度。容易由于鉆孔設置不當，如果在斷層或地應力集中的位置設置就會導致鉆孔直徑萎縮、套管斷裂或孔壁坍塌等問題。

二是穩(wěn)定性因素由于復雜地質(zhì)結(jié)構存在較大的結(jié)構差異性，尤其是針對砂巖和泥巖等問題，則容易遭遇水之后出現(xiàn)膨脹問題或者出現(xiàn)泥沙的流動問題，會對低層穩(wěn)定性造成影響而導致鉆探作業(yè)中的變形、鉆孔堵塞、卡鉆等問題。

三是設備因素。鉆探作用中會用到各種類型的專用鉆機等設備，如果所應用鉆機類型具有較差的技術工藝、較低的轉(zhuǎn)速和較小的扭矩等問題而影響鉆探作業(yè)效率，還會由于規(guī)格上的問題而難以適應大直徑的鉆探作業(yè)，容易由于坍塌物逐漸堆積而造成鉆具彎曲、變形問題，或者在鉆探深度增加時導致壓力增加，造成設備振動加劇而損壞鉆壁等問題。

四是沖洗液因素。常用的沖洗液為水，隨著鉆探深度的增加會降低供水系統(tǒng)的供水效果，難以徹底沖洗鉆機。加上供水總量和水壓的降低，難以隨著鉆探工作靈活調(diào)整沖洗工作而影響排粉效果，這就會增加出現(xiàn)鉆頭被泥沙堵塞以及鉆桿無法移動等問題的概率。

五是排粉因素。鉆探作業(yè)中排粉的主要方式為清水靜壓沖洗的方式，此種方法在實際應用中的排粉效果一般，容易由于控制不當而造成鉆頭阻塞問題。尤其是隨著鉆探深度的增加而增加排粉難度，也會由于鉆機負荷的增加而降低鉆進效率和速度。甚至會在出現(xiàn) 停水、停電等突發(fā)問題時導致鉆孔底部堆積較多的巖粉而導致鉆探難度的增加，同時也增加埋鉆事故概率。

六是人為因素。人為操作失誤和監(jiān)管不嚴等也是引發(fā)安全事故的主要因素，這是由于鉆探作業(yè)中所使用的人員專業(yè)水平偏低且缺乏工作經(jīng)驗，對現(xiàn)場監(jiān)管工作不夠重視，存在監(jiān)管不嚴的問題，增加了現(xiàn)場操作不規(guī)范行為的發(fā)生概率以及安全事故的發(fā)生概率。

四、復雜地層鉆探安全危險防范措施

針對上述問題和安全影響因素，在復雜地層中開展鉆探作業(yè)時為了確保安全，首先應該合理優(yōu)化鉆孔結(jié)構。通常設置鉆孔直徑比設計直徑略大一級，便于在事故發(fā)生時進行處理。如果此復雜地層中的孔壁結(jié)構穩(wěn)定性良好，則可以將鉆機套管結(jié)構從一級升級為三級來提升鉆探作業(yè)安全性。

其次應合理選擇和控制鉆探設備。結(jié)合施工要求和環(huán)境選擇高度合適且便于運輸、安裝和拆卸的鉆探設備，保證其適合復雜地層環(huán)境，具有較高的質(zhì)量，便于提升成孔率。目前比較常用的就是全液壓動力頭式液壓鉆機，其靈活性和可變性良好，能夠適應復雜地層等施工作業(yè)要求。

再次是合理選擇供液設備。在準確預估鉆探工作巖粉排量的同時，確保所選擇的供液設備能夠滿足相應的壓力和供水量等要求，且可以結(jié)合實際情況進行靈活調(diào)整。比如通過自動化供液設備的應用，可以結(jié)合液體壓力來自動調(diào)節(jié)沖洗液排量、供水量和水壓等。

最后是完善鉆探管理機制。為了保障復雜地層鉆探作業(yè)安全性，需要提高對此安全管理工作的重視，分析復雜地層結(jié)構特點，針對具體要求來制定管理制度，明確具體崗位的責任，同時要加大人員培訓力度，加強現(xiàn)場安全巡檢和監(jiān)督檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并及時排除。

五、結(jié)語

在復雜地層結(jié)構中，由于地層結(jié)構性質(zhì)比較復雜多變，在鉆探作業(yè)中容易引發(fā)各種問題，同時由于監(jiān)管不嚴等各種因素而導致安全事故，威脅作業(yè)人員生命安全。為此就需要針對影響復雜地層鉆探作業(yè)安全性的因素，從鉆孔結(jié)構優(yōu)化、鉆探設備和供液設備選擇與控制、鉆探管理機制完善等方面加以管控來保證此鉆探作業(yè)的安全性。

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