復(fù)雜地層巖心鉆探綜合治理技術(shù)

田 野，張海瑞

（江西有色地質(zhì)勘查四隊(duì)，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

巖心鉆探技術(shù)在我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有主要的支撐地位，近年來發(fā)展非常迅速。由于礦山地表礦產(chǎn)資源過度開采，無法有效利用礦山深部礦產(chǎn)資源，導(dǎo)致礦山壽命極短，礦產(chǎn)資源市場需求不足。現(xiàn)階段，我國大部分區(qū)域已將礦山資源從地質(zhì)尋找重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到深部礦山資源開發(fā)，大幅度地提高了對復(fù)雜礦床中的巖心鉆探技術(shù)的需求。所以，本文針對復(fù)雜地層的巖心勘查和鉆探綜合治理技術(shù)進(jìn)行了研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 巖心鉆探技術(shù)總結(jié)及現(xiàn)狀

在之前的巖心鉆探工作中，施工孔的角度約為七十五到九十度之間。對于坡度較大的地區(qū)，這樣的角度可以增加鉆探部署的密度，深度也會增加。目前，我國的于巖心鉆探工作量明顯增加，迫使鉆探建設(shè)成本大幅增加。在市場經(jīng)濟(jì)領(lǐng)先的今天，地質(zhì)勘探技術(shù)不僅是技術(shù)難點(diǎn)，而且投資資金也有限。為了更好地開展地質(zhì)勘探工作，在行業(yè)中站穩(wěn)腳跟，需要深入了解如何在保障項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量的背景下，確保巖心鉆探技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效益的最大化。針對這一困難，技術(shù)人員可以通過改變礦區(qū)巖石和礦床的傾角，盡可能減少鉆探工作量，從而減少項(xiàng)目資金的投入。在保證施工質(zhì)量的前提下，盡可能縮短工期，使工程效益最大化[1]。

2 復(fù)雜底層巖心鉆探的綜合治理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 孔壁穩(wěn)定性分析

復(fù)雜的地層是指在巖心鉆探項(xiàng)目的開發(fā)過程中，鉆探出來的孔壁極易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)情況的地層結(jié)構(gòu)（如表1 所示）。其中孔壁不穩(wěn)定性的問題，主要包括了鉆探項(xiàng)目開發(fā)過程中出現(xiàn)的孔壁崩潰和地層斷裂兩個(gè)類型，這也是大多數(shù)巖心鉆探項(xiàng)目在實(shí)際研究和開發(fā)的過程中會碰到的一個(gè)比較典型的問題。脆性井筒地層出現(xiàn)黏彈性變形、滲漏、井噴、崩潰等問題，大部分原因都是由于沒有對井筒的穩(wěn)定性情況進(jìn)行整體綜合評估，所采取措施不當(dāng)引起的。在淺層巖體的鉆進(jìn)中，孔壁質(zhì)量和穩(wěn)定性并沒有得到應(yīng)有的認(rèn)識和重視。對于深孔巖心鉆探技術(shù)發(fā)展，要高度重視其孔壁質(zhì)量和穩(wěn)定性，嚴(yán)格執(zhí)行施工前預(yù)測和準(zhǔn)備工作，避免由于鉆探操作中的不當(dāng)或錯(cuò)誤導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

表1 孔壁失去穩(wěn)定性的原因

所謂孔壁失穩(wěn)，實(shí)際上是指孔壁上的應(yīng)力遠(yuǎn)高于孔狀態(tài)下的整體強(qiáng)度。一旦孔內(nèi)鉆探液柱壓力較低，且圍巖對孔壁的應(yīng)力明顯大于此處巖石的抗剪強(qiáng)度，則孔壁上的巖石很可能被破壞。如果采用有塑性的巖石，一般都會發(fā)生收縮徑；如果采用脆性的巖石，通常會導(dǎo)致崩塌。因此，為了有效地控制建筑物的地層孔隙失穩(wěn)發(fā)生，需要提前分析和掌握地層孔隙壓力、地層應(yīng)力和地層裂縫壓力等影響因素。

2.2 改進(jìn)鉆探設(shè)備分析

如果深部巖心鉆探裝置相對落后，將無法滿足深部地區(qū)巖心鉆探。因此，技術(shù)人員必須重視深鉆技術(shù)的研究。在目前的鉆機(jī)作業(yè)中，使用全液壓全電動鉆機(jī)已經(jīng)成為比較先進(jìn)的技術(shù)。需要進(jìn)一步努力，盡快將其發(fā)展成為通用鉆井工具和方案，以取代傳統(tǒng)的立式鉆機(jī)，并根據(jù)需要進(jìn)一步推動鉆井設(shè)備的改進(jìn)和升級。隨著不同鉆機(jī)的改進(jìn)，也需要提高行業(yè)發(fā)展中對鉆探設(shè)備的監(jiān)測和加工標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)不少企業(yè)認(rèn)為，有必要制定統(tǒng)一的鉆機(jī)參數(shù)和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格規(guī)定其在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行實(shí)施，以此來保障鉆探設(shè)備的質(zhì)量[2]。

3 復(fù)雜地層巖心鉆探技術(shù)綜合治理措施

在鉆探的施工過程中，預(yù)防措施必須和施工同時(shí)進(jìn)行，廣泛有效的預(yù)防措施是高效高質(zhì)量建設(shè)的重要前提和保障。預(yù)防措施的制定必須與生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)、每道工序結(jié)合起來。對復(fù)雜地層進(jìn)行綜合治理，既需要技術(shù)保障措施，也需要預(yù)防措施，以系統(tǒng)管理措施確保技術(shù)流程的順利實(shí)施。

3.1 嚴(yán)格按照實(shí)際情況，正確選擇鉆探設(shè)備

鑒于復(fù)雜地層對鉆探設(shè)備的影響，需要結(jié)合實(shí)際施工情況，加強(qiáng)設(shè)備分析，正確選擇鉆探設(shè)備，以確保巖心鉆探工作的成功率。首先，施工人員必須對現(xiàn)場的地質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)地勘察，并在鉆孔前對地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)地分析。如果施工現(xiàn)場的地層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，則需要進(jìn)行多次調(diào)查，確保研究結(jié)果準(zhǔn)確，可以確定地層結(jié)構(gòu)的形成因素。其次，根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，選擇最合理的鉆井設(shè)備和鉆井工藝，并考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。由于地層因素復(fù)雜，這些因素也導(dǎo)致地層分布存在較大差異。只有根據(jù)施工現(xiàn)場的框架條件，詳細(xì)分析復(fù)雜地層的形成因素才能采取適當(dāng)措施避免鉆探事故發(fā)生，降低運(yùn)營的成本。

3.2 提高鉆心效率的新型沖洗液研究

對鉆探孔壁的充分保護(hù)是復(fù)雜地層綜合治理的重要環(huán)節(jié)，復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)松動、塌陷事故屢見不鮮。因此在巖心鉆探施工時(shí)，要對井壁進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，使黏土黏附在正確的位置，充分利用粘土本身的黏性，有效地固結(jié)松散的土壤，是解決井壁問題的重要措施。由于復(fù)雜地層中使用的普通粘土流體的局限性，需要使用合適的沖洗液來固化復(fù)雜地層。不同于普通沖洗液，新型沖洗液液體的成分更適合復(fù)雜的地層。由于含水量低，不會引發(fā)地層坍塌或者膨脹。同時(shí)，還可以在無固相沖洗液中加入植物膠，可有效增加其自身黏度。事實(shí)上，含有植物膠的泥漿可以轉(zhuǎn)化粘彈性液體，使其具有固結(jié)作用，并能承受鉆具的振動和其他外力。通過試驗(yàn)，新沖洗液用于鉆取巖心孔的腐蝕相對較小，因此可以保證鉆探和取心的效率。

3.3 優(yōu)化鉆探工藝，注意注漿處理

鉆探前要做好相應(yīng)的施工準(zhǔn)備，制定完備的應(yīng)急措施。根據(jù)施工現(xiàn)場的現(xiàn)狀，除了套管外，還應(yīng)選擇正確的密封材料，并進(jìn)行密封，避免安全隱患。具體工作方法如下：首先在水泥砂漿中加入惰性材料和足夠的細(xì)砂，有效增加水泥砂漿本身的密度，提高其附著力，減少水稀釋，去除地下水進(jìn)入孔內(nèi)；其次在砂漿中倒入麻繩和鋸末，然后根據(jù)灌漿壓力確定灌漿量。如果在實(shí)際操作中不能明確注射量，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)測注射壓力，以此確定何時(shí)停止注漿；第三灌漿加工過程中，鉆具可以旋轉(zhuǎn)，但鉆具不能提升，直到灌漿處理完成后，才能向上提拉相關(guān)設(shè)施；第四灌漿處理后，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行掃孔處理，當(dāng)孔掃到涌水位置時(shí)，應(yīng)停止鉆探操作，而是按照同等量的配比開展二次注漿施工，觀察水泥砂漿不再滲漏后停止[3]。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著我國鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，各種鉆探技術(shù)得到不斷完善和廣泛應(yīng)用。但是，這些技術(shù)與當(dāng)今世界上最先進(jìn)的技術(shù)仍有很大差距，鉆探工程建設(shè)中還存在較大的問題需要解決。因此，必須培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，不斷創(chuàng)新性地開發(fā)和改進(jìn)施工技術(shù)與更好的設(shè)備，解決鉆探施工困難等問題。要認(rèn)清鉆探實(shí)際施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并綜合采取多種手段和方法，以此來確保各項(xiàng)巖心鉆探工作的順利進(jìn)行。