复杂煤岩地层岩心钻探施工技术探讨-建筑设计论文发表

复杂煤岩地层岩心钻探施工技术探讨
廖建
【摘要】：岩心钻探是在进行固体矿产地质勘探时经常采用的勘探手段之一。在我国，岩心钻探仍然是目前和今后相当长一段时间内地质工作者在进行地质工程勘探时，获取直观地质资料的最主要方式。本文对复杂煤岩地层特性和岩心钻探施工方法进行叙述,并就如何进行复杂地层的岩心机械钻探施工技术进行研究，进而提高钻探质量，降低勘探成本，以达到提高找矿效率的目的。
【关键词】: 复杂煤岩地质钻探设备选择技术应用
岩心钻探是在进行固体矿产地质勘探时经常采用的勘探手段之一。在我国，岩心钻探仍然是目前和今后相当长一段时间内地质工作者在进行地质工程勘探时，获取直观地质资料的最主要方式。强化岩心钻探施工技术革新、提高钻探技术含量是地质工作者的最为关心的话题。勘探工作者经过数十年的努力，取得了很大进步。本文对复杂煤岩地层特性和岩心钻探施工方法进行叙述,并就如何进行复杂地层的岩心机械钻探施工技术进行研究，进而提高钻探质量，降低勘探成本，以达到提高找矿效率的目的。
一、复杂煤岩地层分类
根据钻探施工特点及地质情况, 把复杂煤岩地层分为以下几类:
(一) 松散破碎地层: 主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地层。较为典型的有胶结性很差的砂石和石灰岩组成的二叠纪地层, 这种地层含有大量的砂岩, 部分地区存在泥岩、砂岩和砾岩以及部分卵石。受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用, 钻探钻孔易发生坍塌、漏失、超径等事故。
(二) 水敏性地层: 主要包括水化松散、水化剥落、水化膨胀和水化溶蚀煤系地层。
（三) 漏、涌水地层: 这类地层钻探施工护孔堵漏难度极大, 漏失分大、中、小漏; 涌水地层一般涌水量为10 m3/h～50 m3/h。煤系地层硅质胶结, 灰岩多破碎, 且研磨性大, 构造裂隙较发育, 稳定性较差, 透水性强, 地下水丰富, 承压水力大, 钻孔缩径或涌水时有发生。
二、钻探方法和设备的选择
（一）钻进方法的选择《岩心钻探规程》中按岩石硬度的大小分为四类十二级: 软- - 可钻性1～3级、中硬- - 可钻性4～6级、硬- - 可钻性7～9 级、坚硬- - 可钻性10～12级; 按研磨性的强弱分为三类: 弱研磨性、中研磨性、强研磨性; 按完整程度分为三类: 完整、较完整、破碎。在具体施工中根据岩石可钻性、研磨性、完整程度等选择磨料和钻进方法。1～6级和部分7级岩石可选用硬质合金、金刚石、复合片钻进; 4 ～12 级岩石可选用金刚石回转钻进, 7～12级岩石也可选用钢粒钻进; 6～8级岩石可选用硬质合金冲击回转钻进; 6～12级可选用金刚石冲击回转钻进。严格执行《岩心钻探规程》的规定是在复杂地层区提高钻探质量的保证。
（二）钻孔结构的选择
钻孔结构设计和选择直接影响到钻探效率的提高和施工成本的降低, 尤其是在复杂地层区的岩心机械钻探施工。因此, 应充分考虑地质条件、钻孔深度、终孔直径、钻进方法、护孔措施和设备情况, 并合理选择开孔直径、换径次数与深度、套管程序等。根据经验对复杂地层深孔岩心机械钻探施工一般采用Φ130 /Φ110 /Φ91 /Φ75/Φ60多径成孔, 把Φ60mm口径作为技术口径备用, 下部Φ75mm口径采用金刚石绳索取心钻进, 采用优质泥浆护孔。
（三）钻探设备的选择
应根据钻孔设计深度、钻孔设计倾角、岩层条件、钻进方法以及钻孔设计结构等, 合理地选择钻探设备。应尽量选择电动机动力机。钻探设备包括钻机型号、钻塔类型、联动型号、泥浆泵型号、拧管机型号等要配套, 严格执行《岩心钻探规程》中规定的钻探常用设备配套标准。
三、钻孔弯曲影响因素
钻孔弯曲(特别是深钻) 会造成未能按设计穿过矿体或地质层位, 可能歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层或改变勘探密度等, 从而影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确程度。通常在复杂地层区岩心机械钻探施工中钻孔弯曲的主要因素是地层因素和钻探工艺因素。
四、钻探技术和冲洗液技术
（一）松散破碎地层: 由于在此地层主要采用大径钻具钻进, 增加冲洗液冲孔时的过流断面, 减少液流阻力以及冲洗液的压力激动而引起孔壁破坏; 同时, 采用优质低固相冲洗液保护孔壁。在特殊孔段下入套管与技术套管的方法, 一般能保证此类地层的稳定。冲洗液各项指标以控制在下列范围为宜: 黏度18 s～25 s, 比重1.05～1.15, 失水量每30 min 小于15 mL, 泥皮厚度小于1 mm, 含砂量小于4%,pH值8～9。
(二) 水敏性地层: 此类地层主要是采用钻进冲洗液护孔, 冲洗液的滤液性能和泥皮质量( 或孔壁网状膜结构强度) 是影响孔壁稳定的关键因素。因此, 控制钻井液失水量, 增强泥皮强度或冲洗液在孔壁所形成的高分子网状结构“胶膜”强度, 减少冲洗液中自由水的含量, 降低滤液对岩石的渗透水化和提高滤液对岩石的胶结力是至关重要的。冲洗液通常加入PHP, HPAN, CMC 等聚合物和KHM与植物胶的低固相冲洗液。冲洗液性能为: 失水量小于10 mL, 泥皮厚小于1 mm。
（三）漏、涌水地层: 这类地层在煤田施工中难度是最大的。根据岩石结构与长期施工经验, 煤系地层的漏失大多由于裂隙漏失和含水量水层层位漏失与松散破碎孔隙产生的长孔段漏失。
目前, 就各煤田堵漏、防涌特点来看, 主要有以下几类方法:胶结堵塞法: 适用于中漏以下和较小的涌水地层。常采用浓泥浆加化学浆液加惰性材料与交联物的堵漏方法, 涌水则加入加重剂, 进行压漏作业。主要配方是浓泥浆中加入质量分数为50×10- 6 的PHP, 再加入惰性材料搅拌均匀, 随着钻进可逐渐堵塞漏失通道。水泥堵漏法: 适用于中漏以上的漏失和中等的涌水地层。压力平衡法: 此方法是利用冲洗液的液柱压力平衡地层压力, 以达到孔壁稳定, 保证冲洗液能正常循环的一种方法。它适用于中漏以下及小量涌水的任何孔隙、裂隙地层, 特别是对长孔段漏失和断层裂隙漏失有效。比如在漏失地层使用泡沫泥浆, 在涌水地层使用加重泥浆等。顶漏钻进法: 这种方法多用于不便堵漏或代价太大的长孔段漏失地层。采用这种方法的条件是在孔壁失去平衡的情况下, 裸眼稳定期须能满足施工的要求; 同时, 水源较近, 用水比较方便。套管隔离法: 该法是在其他办法难以达到护孔和堵漏目的时( 特别是处理较大涌水) 所采取的最可靠的办法, 对任何孔深和漏失程度以及涌水都有效, 但由于使用管材和需要停钻进行专门作业, 故多用于浅孔。较深孔段有时先采用S91 绳钻钻进至一定深度, 将钻具留在孔内作为套管, 再改用S75 绳钻钻进。
五、结语
随着科学技术的不断发展和新技术、新材料、新工艺的广泛应用，勘探机械设备的种类也更加齐全，结构更加复杂，对工程机械操作人员的要求也有新的要求。操作人员不仅要懂得工程机械的结构组成、原理、性能、掌握操作技巧，而且还要有工程机械的故障快速诊断和维修能力。因而，完善地质钻探现场设备工具、材料、仪表、仪器和工艺技术配套工作,加大对勘探技术人员的培训力度，是提高钻探经济技术效果和技术水平的重中之重。