董澤訓(xùn)，王金平，鄭尊岐，魏益強(qiáng)，馬曉鵬

（山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 招遠(yuǎn) 265400）

我們所知道的復(fù)雜地層是指那些容易處于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)多發(fā)的地區(qū)，或者該地區(qū)容易受到外部環(huán)境的物理和化學(xué)作用，亦或者在施工進(jìn)行中會(huì)受到水文地質(zhì)條件變化的影響的地層。這些地層相對(duì)于其他常規(guī)地層來說非常不穩(wěn)定，在鉆井的過程中容易發(fā)生井塌、滲漏、涌水、塌陷等程度不同的地質(zhì)問題。容易發(fā)生以上這些復(fù)雜地質(zhì)變化的地層統(tǒng)稱為復(fù)雜地層。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在正常的地質(zhì)鉆探施工過程中會(huì)遇到30%的地層為復(fù)雜地層，而完成這些工程的工程費(fèi)用占工程總費(fèi)用的卻非常的高昂，通常超過60%，更甚者可能直接造成施工事故，導(dǎo)致施工工程報(bào)廢。因此研究復(fù)雜地層的鉆孔工藝，加強(qiáng)復(fù)雜地層的護(hù)孔施工，可以大大提升施工效率和工程的安全性[1]。

1 引起復(fù)雜地層鉆孔安全問題的原因

（1）復(fù)雜地層本身不穩(wěn)定。由于復(fù)雜地形本身地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定，再加上鉆探的過程中，可能引起的水文地質(zhì)變化，從而引起復(fù)雜地層鉆孔過程中鉆孔穩(wěn)定性變差。比如在鉆井過程中，鉆孔周圍巖石的硬度越高鉆孔物穩(wěn)定性越高；相反如果鉆孔周圍巖土穩(wěn)定性差，再遇到水之后就會(huì)進(jìn)一步降低整個(gè)鉆孔的穩(wěn)定性。

（2）地下水的直接影響。地下水的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)直接影響孔壁的穩(wěn)定性，地下水的運(yùn)動(dòng)過程中存儲(chǔ)了大量的動(dòng)能因子，影響鉆探過程中復(fù)雜地層的壓力，同時(shí)也直接關(guān)系鉆孔的沖洗液能否有效的循環(huán)。地下水的狀態(tài)也直接降低了鉆孔周圍巖土的穩(wěn)定性。

（3）內(nèi)及外動(dòng)力影響地質(zhì)穩(wěn)定。復(fù)雜地層涉及到地殼運(yùn)動(dòng)、變質(zhì)作用及巖漿作用等內(nèi)動(dòng)力性質(zhì)的地質(zhì)作用力，也存在因成巖、剝蝕、堆積、風(fēng)化等外動(dòng)力性質(zhì)的地質(zhì)作用，兩種地質(zhì)作用的共同作用下，會(huì)使復(fù)雜地層出現(xiàn)裂隙、溶隙及空隙等，當(dāng)復(fù)雜地層的沉積物及堆積物堵塞各類隙縫時(shí)，也會(huì)引起孔壁失穩(wěn)、涌水、漏失等鉆孔隱患[2]。

2 復(fù)雜地層的護(hù)孔工藝研究

（1）工程介紹。為了進(jìn)一步說明復(fù)雜地形的護(hù)孔工藝，本文結(jié)合實(shí)際的案例進(jìn)行詳細(xì)分析。該復(fù)雜地層位于某鐵礦礦區(qū)，針對(duì)礦區(qū)進(jìn)行巖芯鉆探作業(yè)，該地區(qū)主要為安山巖，土質(zhì)為亞粘土，地層構(gòu)造復(fù)雜，巖土堅(jiān)硬程度為中硬，堅(jiān)硬可算級(jí)別為6到10級(jí)不等。由于巖石致密性較好，造成鉆探進(jìn)程速度較慢，并需要間斷性的提鉆，頻繁提下鉆對(duì)孔壁的穩(wěn)定性更加不利。

（2）鉆探設(shè)備的選擇。本工程所選鉆機(jī)為XY-6B型，泥漿泵采用NBB-260型，在繩索取芯的鉆桿（具）上主要采用了75S型及Φ71mm的墩粗鉆桿，示意圖如圖1所示。

（3）鉆孔的結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目鉆孔選用口徑開孔Φ130mm，在巖石風(fēng)化層4m~5m的位置采用孔口管，然后換Φ110mm鉆頭鉆至基本完整巖層，下入Φ108mm套管；再用鉆具具級(jí)配Φ91mm鉆頭+Φ89mm鉆桿進(jìn)行繩索取心鉆進(jìn)，穿過較破碎的地層，遇完整巖石下Φ89mm技術(shù)套管換徑；最后換鉆具級(jí)配Φ75mm鉆頭+Φ71mm繩索鉆桿鉆進(jìn)直至終孔。在生產(chǎn)中基本采用這個(gè)原則，但遇到較為復(fù)雜的地層也根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整。

圖1 繩索取芯鉆具示意圖

（4）沖洗液的選擇。在巖石覆蓋層上，護(hù)孔泥漿的比例配比為1m3的H2O：45kg（膨潤(rùn)土）：1.4kg（純堿）：0.8kg（潤(rùn)滑劑）：1kg（腐殖酸鉀）。在地層較為破碎松散處，采用1m3的H2O：2.5kg的PAM：1.6kg的防塌劑：3.6kg的護(hù)壁水劑：1.8kg的潤(rùn)滑劑等配比的無固相沖洗液。在針對(duì)完整地層的護(hù)孔泥漿配比作業(yè)時(shí)，采用1m3的H2O：2.6kg的PAM：1.3kg的NaOH:1kg的潤(rùn)滑劑。嚴(yán)格遵守配方及添加順序，專業(yè)人員進(jìn)行泥漿性能測(cè)定，據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，嚴(yán)防泥漿被污染，及時(shí)清理巖粉等固相含量，確保泥漿質(zhì)量。

（5）復(fù)雜地層鉆孔護(hù)孔。在該礦區(qū)的鉆井和鉆孔保護(hù)中，由于漏水的概率較高，首選方法采用多級(jí)技術(shù)套管隔離法。再就是技術(shù)人員對(duì)堵漏化學(xué)泥漿的配方進(jìn)行了比較，確定采用砂漿堵漏。水泥砂漿堵漏配方為將水泥、水、NaCl，減水劑，三乙醇胺等按照一定的比例配比。采用平衡封孔灌漿法、相對(duì)平衡封孔灌漿法以及不平衡封堵灌漿法，比較了鉆機(jī)的鉆速，確定最高效率的堵塞和鉆孔保護(hù)方案。

表1 鉆井效率比較

（6）施工過程注意事項(xiàng)。鉆進(jìn)過程中減少非正常提鉆（除換鉆頭、鉆具等），定期檢查鉆頭、鉆具，避免人為對(duì)孔壁的破壞；泥漿循環(huán)過程中加入隨鉆護(hù)壁劑；鉆進(jìn)過程勻速進(jìn)尺，確保擴(kuò)孔器對(duì)孔壁起到良好的修復(fù)作用。施工全過程做到合理規(guī)劃，預(yù)防為主。

3 結(jié)語

在我國鉆井施工過程中，經(jīng)常遇到一些復(fù)雜的地層，如機(jī)械不穩(wěn)定地層，水敏地層和滲流地層等。為了解決復(fù)雜地層施工中鉆井塌方、下陷等問題，有必要開展復(fù)雜地層的護(hù)孔技術(shù)的研究。在此基礎(chǔ)上，本文在探索各種復(fù)雜地層技術(shù)問題的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)的鉆孔防護(hù)方案，在復(fù)雜地層鉆孔時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，明確設(shè)計(jì)方案，統(tǒng)籌整體施工方案。對(duì)于不穩(wěn)定地層，采用傳統(tǒng)泥漿與科學(xué)配方的化學(xué)沖洗液相結(jié)合的方法來保護(hù)鉆孔，采用這些工藝可以非常好的進(jìn)行護(hù)孔，降低地層的滲漏，提升施工質(zhì)量和施工效率。

[1]沈啟亮,劉秀宏,張校強(qiáng).復(fù)雜地質(zhì)條件下斜樁嵌巖護(hù)孔技術(shù)[J].中國港灣建設(shè),2014(8):57-60.

[2]朱衛(wèi)紅.巖芯鉆探中復(fù)雜地層的護(hù)孔工藝探究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(2).