中国石油管道学院 河北 廊坊 065000
【摘 要】近年来，地质条件对定向钻穿越的影响问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先从软质土层、砾砂卵石层，以及硬质岩石层等多个角度探讨了地质条件的影响与应对措施，并结合相关实践经验，就其中的一些注意事项展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于定向钻穿越相关工作的实践。
【关键词】地质条件；定向钻；穿越；影响；应对
1前言
作为对于定向钻穿越有着重要影响的因素之一，地质条件的关键性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对地质条件带来影响的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化定向钻穿越工作的最终整体效果。
2地质条件的影响与应对措施
2.1软质土层
2.1.1粘性土层
定向钻在粘性土层中穿越时，首先，粘性土有一定的自造浆能力，使泥浆粘度增大，导致泥浆循环不畅、阻力增大而无法前行；其次，在钻头或切割刀通过后，粘性土将产生一定程度的缩孔；再次，当管顶上覆土体厚度较小时，若泥浆压力过高，超过周围土体允许剪力时，土体将发生变形；最后，粘性土、泥页岩中存在大量的粘土矿物，尤其是蒙脱石粘土矿物的存在，使孔壁粘土层接触到泥浆中的水分时，发生粘土的吸水、膨胀、分散。因此，尽量降低泥浆的失水量以及增强孔壁粘土的抗水敏感性、抑制粘土分散、控制适当的泥浆粘度和压力尤为重要。
2.1.2沙质土层
定向钻穿越沙质土层、泥页岩时，一方面泥浆粘度不能太高，需要有良好的流动性；另一方面又要保证泥浆具有一定粘度，使钻屑在孔内呈悬浮状态，防止其沉淀。同时，沙质土层、泥页岩松散的结构也难以使其成孔后保持稳定的状态。因此，可以向泥浆中添加膨润土和长链聚合物，其吸附在环形的钻孔孔壁形成一层薄泥皮，粘附在孔壁上，防止泥浆漏失，泥浆填满孔道停留孔内，对孔壁产生压力，稳定孔壁，防止塌孔、地陷。因此，要求泥浆能够消除地层沉淀吸附力，且性能稳定，不被土和地下水析稀，防止埋钻、卡钻、埋管事故发生。同时，要求泥浆能够减小沙质地层的摩阻力，降低钻进扩孔扭矩和回拖力，并且能够润滑钻头、钻杆和被铺管，延长钻头、钻杆寿命，使铺管作业顺畅。
2.2砾砂、卵石层
砾砂、卵石层结构极其松散，骨架颗粒较大，自稳能力极差，孔壁的稳定性问题严峻，仅采取泥浆护壁钻进措施难以达到维持孔壁稳定的目的。同时，较大的卵石自孔壁掉落后，可能堵塞钻孔，使定向钻在回拖或扩孔时卡钻。通过提高泥浆粘度，可增加井壁颗粒之间的胶结力。通过采用高分散度泥浆、增加泥浆中的粘土含量、加入无机或有机增粘剂以及采用高粘化合物钻进粉等措施，可以提高泥浆的粘度。如果通过改善泥浆组分配比、调整泥浆压力等措施难以成功穿越时，可配以套管跟进护壁或注浆局部改良等措施，降低穿越风险。
2.3硬质岩石层
定向钻钻进、扩孔时也经常遇到坚硬的岩石层，如花岗岩、凝灰岩等。就定向钻而言，此类岩石坚硬、摩阻大，钻进时破碎岩石所需能耗大、进尺慢、钻头磨损严重，形成的钻屑颗粒小，形成的孔壁相对稳定。因此，对于硬质岩石层钻进泥浆的设计，应侧重增强其润滑性和冷却性，减少固相含量以利于更好地提高钻速，而对钻屑悬排能力和护壁能力要求不高。因此，可以选用润滑减阻型泥浆，如聚丙烯酰胺泥浆和乳状液泥浆等。
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2.4溶蚀性地层
溶蚀性地层以氯化钠盐层最为典型，其他还有钾盐、石膏、芒硝、天然碱等。这类地层又称为水溶性地层，其遇到泥浆中的水，会发生溶解，使孔壁溶蚀，经常导致井眼超径、垮塌。针对水溶性地层，可以通过降低钻井液对地层的溶蚀性解决相关问题。在泥浆中加入与地层被溶物相同的物质，使溶解度趋于饱和，就是常用的溶蚀治理方法。盐水泥浆的粘度低、切力小、流动性好。例如：在岩盐中钻进，采用盐水泥浆作为钻井液，防塌效果良好，抗盐侵、抑制岩盐地层溶解和抗粘土侵的能力强，抑制泥页岩水化膨胀、坍塌和剥落的效果较好。
2.5泥浆严重漏失地层
在定向钻穿越设计和施工中，有时会遇到溶洞发育等严重性漏失地层。溶洞性地层泥浆漏失速度快、漏失量大，泥浆无法循环返出孔口，钻屑在孔内淤积，容易造成卡钻、孔壁垮塌等事故。针对这种情况，可以采用挤水泥堵漏和低密度泡沫泥浆钻进等新工艺、新技术，其中低密度泡沫泥浆钻进的效果相对更好。在低压漏失地层中，泡沫泥浆最主要的功效是显著减轻了泥浆向地层孔隙漏失的压力，使泥浆不向或少向地层漏失而保证其正常循环。泡沫泥浆的悬渣能力和粘结护壁能力较其他泥浆有明显提高，这是由于泡沫独特的结构力和粘度，其本身具有一定弹性，且其表面活性剂具有润滑性，有利于减轻钻具的振动，减少回转功率消耗，降低钻具磨损。
2.6风化带基岩层
强风化带基岩岩体较破碎，完整性差，且与江水存在较强的水力联系，因此透水性较强，钻孔中泥浆外泄或河水入渗的问题较突出；中等风化带基岩岩体相对完整，裂隙未发育或发育短小，透水性微弱，泥浆向孔壁周围渗透可起到阻断渗漏通道、减少泥浆损失的作用，但需注意，穿越线路可能存在裂隙密集带和断层发育带等强渗漏通道。
3一些注意事项
3.1充分的前期准备
定向钻施工是一个连续作业的过程，如果设备出现问题将导致施工停顿，其风险不可预见，对施工设备进行彻底检修，保证设备性能可靠十分必要;钻具性能要求严格，施工前应对钻具(钻杆、短节、扩孔器等)进行严格探伤检验，不得抱侥幸心理，保证钻进过程中机具性能可靠。场地布置应井然有序，科学合理，以保证施工中车辆进出方便，材料供应及时，人员视野清晰，信号传递畅通。作业人员应全面系统地了解施工工艺，尤其关键岗位人员对工程的地质情况、相关工序衔接要了如指掌，作到心中有数，才能在发生紧急情况时从容应对。
3.2科学、合理地变更工程设计，是避开穿越风险的可行措施
变更工程设计要科学、合理、不影响工程质量并符合管道的各项技术质量要求，这样既可以减小施工风险，又能节约施工成本，对建设方和施工方是双赢之举。
3.3在长距离、大口径管道定向钻穿越中，尽量减小地磁等外界干扰
因穿越距离较长，开始时微小的误差将会造成最终较大的偏差，使得工程质量不能保证。所以导向孔开始钻进时控向参数的调整十分重要。如果管道中心线附近有大型光缆、电缆、钢铁构筑物、并行管道、连续车流等易产生磁场的设施，都将会造成地磁偏角测量不准，反馈信号产生误差，甚至失真，影响施工质量。将这些外界干扰减到最小甚至消除，对控向参数的设定十分关键。目前最好的方法是在穿越中心线附近布置线圈，形成人工磁场。线圈通电后形成稳定的磁场，可相对减弱外界磁场的干扰;如果现场条件不允许，可以先试钻一段距离，在埋深不大的情况下，通过地面的振动测定反馈数据和实际结果的偏差，从而计算出每根钻杆的偏差量，在实际施工中随时校正，以保证施工质量，提高一次穿越成功的几率。
4结束语
综上所述，加强对地质条件对定向钻穿越影响与应对的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的定向钻穿越过程中，应该加强对地质条件影响的重视程度，并注重其具体应对实施措施的科学性。
参考文献
[1] 赵文明，侯雪瑞，周西顺.单边定向钻在大型黄土冲沟管道施工中的应用[J].石油工程建设.2015（12）：60-62.
论文作者:姚颖,何微
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第18期
论文发表时间:2016/11/18
标签：泥浆论文; 地层论文; 漏失论文; 粘土论文; 土层论文; 粘度论文; 地质论文; 《低碳地产》2016年9月第18期论文;