工程地质钻探复杂地层综合治理

和苏

摘 要：随着我国科学技术不断的发展，人民生活水平的提高，工程地质钻探质量也得到了社会广泛的关注。在钻探施工中如果不了解施工地质情况，导致选择施工工艺不当，那么实际操作中就会出现成孔困难，甚至在取芯方面达不到技术要求。

关键词：工程地质；复杂地层；综合治理

业内人士都了解钻探工作在工程地质勘察中有非常重要的作用，如果是外业钻探工作，那么所使用的钻探设备、施工技术和施工工艺都会影响钻探的质量和进度。为了保证工程地质钻探的质量，相关技术人员在选择施工工艺和施工设备时，要先对钻探地形进行勘察，分析是否是复杂地层，然后有针对性的选择施工方法，做好这一步工作才能确保后续工序的进行

一、工程地质钻探复杂地层分析

（一）复杂地层钻探面临的问题

一般在复杂地形钻探施工，经常遇见钻孔时出现漏水，钻孔时孔壁不稳定，影响钻孔质量和效率。取芯时操作困难，岩芯的采取率不能达到技术要求，针对上述情况，为了保证复杂底层的钻探质量，必须对工程地质勘察进行事先踏勘，了解具体情况后再进行施工选择，提高施工效率。

（二）工程概况分析

该工程为隧道工程，在地质勘查和钻孔中，发现存在断裂和褶皱构造，不利于之后的钻孔工作，除此之外，需要钻孔的岩层发生破碎，而且有很严重的腐蚀，在断层带上，存在大面积的绿泥石化，当施工过程中，地层会吸收水分而发生膨胀，进而导致掉块、坍塌以及缩径问题的发生，经过专业技术人员的研究分析，该地质属于含有粘土矿物质的水敏性地层。施工开始阶段，使用普通的钻井液进行钻探，当钻到145到168米后，由于地層发生变化，孔壁出现了坍塌，而且掉块非常严重，向下再钻进2.5米就达到了孔底，在进行后扫孔时，还出现了憋车和憋泵的问题，技术人员通过分析，根据钻进工艺的特点，改进了钻井液，使用的钻井液不仅流变性能好，能防止坍塌，有很低的固相含量。

二、施工中所面临的复杂地层问题

（一）分析易水化、缩径地层钻进问题

进行工程地质勘察钻探过程中，在钻探时经常会遇到凝灰岩、泥质砂页岩、绿泥石化岩等，这些断层带上还有大量的粘土矿物，这都是水敏性的地层，对于这样的地层而言，当遇到水后会发生膨胀，甚至会分散，发生剥落，导致整体坍塌，在钻探时孔壁不会稳定，施工中孔内会有很多意想不到的复杂事件。当孔壁出现缩径问题后，孔壁和钻杆之间的接触面积就会增加，增加了施工操作中的摩擦力，这样钻杆会加快磨损，不仅影响钻进效率，而且还减少机械设备的使用寿命。

（二）卵砾石地层的钻进施工问题

工程地质钻探施工中，还遇到了含有卵砾石地层，该地层和胶结物软硬不均匀，在钻孔时容易发生钻头损坏问题，由于地质软硬不均匀，不能保证正常钻进，一旦遇到硬质地层，钻杆就会出现跳动，从而出现严重的疲劳磨损，在卵砾石层进行钻进时，造成的破碎颗粒要比其他岩层的大很多，孔内的残留物也会增多，钻孔不能直接钻到孔的底部，甚至会出现卡钻问题，针对这些问题，要求使用的钻井液要有很好的减震和悬浮，让其具有一定携带岩石碎屑的能力，保证最终的施工质量。

三、复杂地层的综合治理技术分析

（一）易水化、缩径地层处理措施分析

针对上述的地层，经过有关设计人员的研究分析，使用型号为CAN-KHm的低固相钻井液，以及配套的施工工艺，让其在复杂地层施工中发挥很好的作用。除此之外，对不同的处理剂都进行了优化，基浆属于高阳土3%-4%，然后加碱6%，其是占粘土重量，再加入聚丙烯睛钙，占到0.15的百分比，CMC的含量为0.1%，处理剂还包括腐植酸钾和硫化沥青。在进行坍塌和缩径地层施工中，使用了不分散防止坍塌的钻井液，施工效果和之前相比于有明显的变化，不仅孔壁比较稳定，在钻孔过程中没有出现坍塌问题，而且孔内的事故出现率明显降低，不仅如此，孔径变化非常小，钻杆的摩擦力有大幅度的减少，保护了操作设备质量。

（二）卵砾石地层的钻进处理措施分析

由于该岩层软硬不均匀，因此施工中钻杆会有严重的振动，钻杆会疲劳损坏，同时岩芯还会分散，针对这些弊端，要求使用的钻井液具有很好的吸附能力，把施工中产生的岩石碎屑吸附成膜，从而减少钻井过程中产生的摩擦力。当钻井液有很好的成膜作用，随着设备的钻进，其能有效吸附钻孔产生的胶体颗粒和沙粒，形成很好的隔水润滑薄膜，有效对岩芯进行包裹。减少了摩擦阻力，使用操作泵的压力就变低，在孔底部不会形成高压区，避免岩芯发生溃散问题。这种钻井液有很好的粘弹性等特点，还具有一定的减震作用。粘弹性和时间成反比的，如果给予作用力越快，那么弹膜量也就越大，可以有效阻止应变力。如果钻头使用金刚石，当转速越高后，孔内冲液的速度也就越快，其阻止钻杆变形的阻力也就越大，避免钻杆发生震动好变形，有效发挥了减震的作用。为金刚石钻头提速提供了有利条件，同时也提高了钻杆的使用寿命，岩芯的采取率也有很大提升。还可以配置Sm植物胶或者PHP处理剂，通过吸附成膜减少钻孔时产生的高摩擦，其也具有很好的粘弹性，减轻了钻杆发生的振动。这种处理剂的粘弹性很高，在具体应用中发现，其还具有很好的泵吸性能，而且保证泵的低压性。

通过以上的分析得知，无论是易水化、缩径地层，还是卵砾石地层，其实际工况都比较复杂，为了保证施工质量，必须分析这些地层的特点，然后有针对性的选择施工工艺，使用配套的钻井粘液，增加钻孔中的润滑度，减少施工摩擦对钻杆造成的损伤。对复杂地层施工必须要进行综合治理，单一方法达不到技术要求。

参考文献

[1] 王承花.工程地质钻探复杂地层综合治理[J].西部探矿工程，2011，23（11）.

[2] 黄卫东.无固相钻井液在沉积岩复杂地层钻探中的应用研究[J].探矿工程：岩土钻掘工程，2011，38（12）.