摘要：随着建筑项目、矿井、铁矿、油田等工程项目的改建、扩建，在施工过程中钻探施工面临的环境条件越来越复杂，尤其是在一些海洋、岩溶地区进行钻探施工，很容易出现卡钻、掉钻以及埋钻的现象，在钻探施工过程中必须要加强对钻探技术的研究，根据地层地貌条件、钻探施工工艺以及机械设备的基本情况出发，提高钻探施工水平。本文对复杂地层中的钻探施工技术进行分析和探讨。
关键词：复杂地层；钻探；施工技术；应用
1复杂地层钻探难以开展的原因
1.1岩性本身引起的复杂地层
构造、蚀变较发育的地层在被冲洗液冲刷和钻具撞击作用下，极易发生破碎及掉块等问题，导致孔壁极不稳定，在钻进过程中，往往导致钻孔超径或缩径，未能及时处理或处理不当，易发生掉钻、卡钻甚至烧钻、埋钻等事故。
1.2溶蚀引起的复杂地层
地下水主要通过溶蚀作用来破坏岩石结构。当坚硬的花岗岩被溶蚀以后，原地层结构存在的溶于水的矿物质被流水带走，最终留下的是不能被水溶解的高岭土与石英颗粒的混合物，在岩心钻探过程中，该类地层发生机械破碎，导致岩心采取率低。
1.3地质运动而引起的复杂地层
地质构造运动时将会产生压力、扭力、剧烈震动等，这些力相互作用就会形成扭性、张扭性等多种断层。如果钻具进入这类地层的破碎区域，通常会出现孔壁大面积坍塌和冲洗液漏失现象。
1.4流水引起的复杂地层
流水会对岩石地层起到冲击或者沉压的作用。比如流沙层以及泥质地层等都是因为沉积所导致的，流失将会造成岩石稳定性降低，牢固性降低，极易引发缩径或坍塌等问题。
1.5风化作用形成的复杂地层
岩石风化将会破坏岩石中颗粒之间的连接力，渐渐使得岩石出现裂隙、松散、断裂等情况，经过长时间的风化与其它作用力的影响极易造成岩石坍塌、掉块等问题。
1.6地层中的矿物岩石引起的复杂地层
一些地层在进行钻进工作时将会使得原有的矿物岩石结构发生变化进而形成复杂地层。加之在后期钻探过程中被反复冲蚀撞击，其稳定性将会严重下降，进而出现破碎等情况，进而产生缩径，严重时会发生孔内事故。
2分析钻探的影响因素
2.1地层条件
复杂地层的脆性、强度、层里等方面都十分复杂，容易对钻探的整体施工高质量造成不良影响。例如，在具体施工过程中，如果发现岩石层里方向与垂直方向的层里硬度较大，在具体钻探过程中，容易出现较大弯曲，并且如果钻探期间遇到溶洞、破碎带，很有可能会卡钻等不良现象，这将会对工程最终的施工质量造成影响。
2.2钻探工艺
钻探工艺会对钻探最终的质量产生直接影响。例如，在具体钻进期间无法对钻井压力进行有效控制，在钻进期间可能会导致钻杆受到影响，从而致使其出现弯曲，这将会导致整个钻孔出现弯曲；如果施工期间，钻速过快，容易导致钻杆回钻期间，离心力变大，在横向上出现振动，这将导致孔径加大；钻探期间如果遇到软岩，要对冲洗液量进行控制，若无法及时控制，将会冲破孔壁，引起卡钻等不良现象。钻探施工会受到地质因素的影响，具体情况如图1所示。
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2.3钻机设备
钻机型号及钻机设备质量都会对复杂地层钻探造成直接影响。例如，钻进功率偏低，或钻机出现了较为严重磨损，如果在钻进过程中，遇到复杂地层，钻机的钻速、钻压等各项参数都达不到作业需求，这将会对钻进的施工质量和效率造成不良影响。
3复杂地层中钻探施工技术的应用
3.1选择合理的钻探方法
钻机在复杂的地层中应用，要依据实际情况对钻机的速度和压力进行调整，在具体作业过程中，要依据岩石的耐磨性、可钻性，以及完整程度的具体特征，选择一种合理的钻进方法，以及相应的钻井工具，同时在该过程中，还要依据孔中水位的具体变化，以及消耗的冲洗液的情况、涌水量和用水位置、翻浆速度等各项内容，对钻机的速度和压力进行适当调整。例如，施工区域的岩层石可粘性较低，此时可以选用金刚石、硬质合金进行回转钻进；如果遇到溶洞或断层破碎带，应当依据具体施工情况，判断水利连通和聚水量之间的关系，需要特别注意的是，在该过程中，应当选用长度还是的岩心管活或短钻杆，确保钻具的刚性钻进进度，同时在施工期间，还应当依据起拔钻进，通过该施工方式，可以避免裂隙中岩块发生断裂，确保钻探施工的顺利进行。
3.2钻孔结构的布置与选择
对复杂的地层进行分析可以发现，在复杂地层中因为片里发育、岩层层里、岩石的硬度和强度都发生了较大变化。具体作业期间，钻孔结构的布置，以及相应的选择会对钻机的的施工效率以及工程作业的整体成本产生影响。由此可见，钻机开钻前，要做作业区域的物探资料和地质物质条件等各项内容进行整理，并且要做好相应的分析工作，然后依据先疏后密、点线、深浅结合的原则完成相应的布控作业，同时还要依据具体情况，确定钻孔的具体深度、钻孔的直接大小，以及钻孔的具体形式等各项内容。针对含水的岩溶地区或基岩层，为了确保施工的顺利进行，钻孔应完全穿透岩溶发育带或含水层。同时，应当在确保钻探工作准确的基础下，实现一孔多用，这样一方面可以提高施工效率，另一方面可以提高经济效益。
3.3选择钻探设备
钻机设备型号的选择，以及钻机的质量都会对作业过程中钻机的钻进效率产生直接影响。因此，在具体作业过程中，必须要依据作业区域水文地质岩石钻进的难易程度，完成对钻机参数型号的选择，提高钻进的效率，同时确保钻进质量能够达到要求。钻探设备主要包括泥浆泵、钻机型号，钻塔类型等，进行钻探设备选择时，要严格依据钻孔设计的倾角、深度、结构，钻机的钻进方法对比以及岩层的具体变化而定。例如，尽量选取钻进效果好，作业效率高的正反向一体化钻头、电动机动力机等。钻探施工期间，必须严格执行《岩心钻探规程》中规定的钻探常用设备以的配套标准，同时要注重对钻机设备进行保养，针对出现问题的设备，要及时维修，对于磨损严重的钻头要及时更换，并且要对及时更换泥浆泵，确保钻机能够达到最大效率工作。此外，作业期间，还要注意泡沫、空气、清水等各种冲洗介质的选择。钻进稳定地层时，可以将清水作为冲洗液使用，完成相应的清洗操作；如果钻到含水量较高、松软的砂层或砾石层时，为了确保钻进作业的顺利进行，应当选择密度相对较高的冲洗液；如果作业期间，地层出现了较为严重的漏失现象，可采用堵漏材料进行适当封堵。在堵漏技术中，应当依据地层漏失程度进行适当优化，向泥浆中添加磺化沥青等惰性材料，避免冲洗液过度损失；采用高标号水泥封孔，并向水泥浆中加入水玻璃以加快水泥凝固，确保施工的顺利进行。
结语
随着我国供应的日趋紧张，这给我国生产企业提出了更高的要求，同时复杂地层中的钻井应用越来越多，这要求企业根据实际地层的情况和生产要求，选择适合自己的钻井技术，以此来达到提高工作效率的目的。当前的技术都普遍还存在很大的不足之处，这就要求我们科技工作者，可以根据我国的具体情况开发出更好、更高效、对环境污染更小的钻井技术，进一步增加对复杂地层的钻进效率，降低钻井过程中的成本，为我国的事业做出更大的贡献。
参考文献
[1]马俊强,焦连强.工程地质钻探中对复杂地层的合理施工方法探讨[J].港工技术,2017,54(6):109-112.
[2]耿怀庆,杨福全,何建平.复杂地层成因分析与钻探工艺研究[J].世界有色金属,2017(18):264+266.
论文作者:丁春阳
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/20
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