复杂地层钻探安全影响因素与防范对策

复杂地层钻探安全影响因素与防范对策

白欣岳 刘新路

    身份证号：612726199312021512  新疆乌鲁木齐 830000  身份证号：610481199203052615  新疆乌鲁木齐 830000

摘要：近年来，我国对煤矿资源的需求不断增加，煤矿开采不断增加。煤矿安全生产过程中会受各种因素的影响,导致出现地质问题。为了能够对地质问题进行有效处理,相关工作人员要充分重视煤矿井下地质和水文地质钻探工作。从目前的情况来看,复杂地层钻探工程施工过程极其困难,而且还有各种各样的安全影响因素,管理人员要从科学的角度对这些影响因素进行分析,严格按照相关要求和规定开展相应的工作,从而降低这些影响因素造成的破坏,提高整体的钻探效率和质量。本文首先分析复杂地层的定义，其次探讨复杂地层钻探安全影响因素，最后就复杂地层钻探安全的防范对策进行研究，希望能对岩芯钻探工作提供帮助和参考。

关键词：复杂地层;钻探安全;影响因素;防范对策

引言

众所周知，施工单位在开展钻探施工时会涉及较多的方面。不过，对整体钻探效果带来较大影响的是复杂地层，这种地层存在地层松软、地质构造复杂等各种问题，最终导致钻探工作无法得到良好的效果，并增加坍塌、埋钻等安全现象的发生。为了能够在复杂的地层中开展更加科学的钻探工作，相关管理人员要对各种影响因素开展综合分析，顺应市场变化采取有效对策进行防范，最大程度上降低复杂地层对钻探工作带来的影响。

1复杂地层的定义

在钻孔钻进某些受地质构造运动、外界环境的物理或化学作用以及水文地质条件影响的地层，在钻孔过程中会出现不同程度的漏涌、涌水、坍塌的情况，引发不同程度的钻孔缩径、超径、卡钻、埋钻等问题，我们将这类复杂情况的地层统称为复杂地层。第一类，力学不稳地层，这是一种典型的不稳地层，是钻探过程中经常遇到的情况。这种地层受地质性质或构造运动的多向挤压，内部受力不平衡。一旦地层被钻穿后，失去其原来的力平衡状态，地层内部受到破坏，加上重力作用的影响，会因孔壁不稳定而引发孔内坍塌、掉块的现象。第二类，水敏地层。在钻探作业中，若冲洗液渗漏，孔壁岩层受水解、水化作用，钻孔周围会出现膨胀、松散、松软、剥落、坍塌等现象，这种地层被称为水敏地层。其最主要的特征是土壤含水量大，因而经常出现在我国的南方地区。

2复杂地层钻探安全影响因素

2.1地应力因素

地层钻探工作与其他工作之间存在一定差异，前者往往具有不稳定性，施工设计和施工技术会对钻探工作质量带来较大影响，所以，相关施工单位在复杂断层区域开展钻探工作，就有着较大的难度。由于断层区域具有较为复杂的地质情况，且存在各种各样的地质构造，其中包括断裂结构、隆起等，地应力的高低就会受这些地质构造的影响，地应力还会与钻探施工控制效果之间存在紧密联系。如果施工单位在断层或地应力较为集中的位置设置钻孔，那么钻孔直径就会受到一些因素的影响而出现萎缩，一些套管也会发生断裂，后续施工将无法正常开展。

2.2钻探施工工艺

复杂地层钻探施工的质量和效率在很大程度上受钻探施工工艺技术的影响。比如，在卵石层中，根据地层厚度、密实度、含水率和黏性土的情况，需要选用不同的钻探工艺。当地层厚度不大时，可采用泥浆护壁回转钻进，对于地层厚度大，但黏性土含量低的地层，可采用跟管钻进。

2.3设计因素

在钻孔易斜地区施工，设计钻孔轨迹时需考虑孔斜增大的客观规律，地质设计控制矿体斜深为160ｍ，由于孔斜增大实际控制斜深为100ｍ，对矿体控制的斜深减少1／3以上，给后期圈定资源量造成了较大的影响，需要在此基础对后续钻孔施工设计进行优化。

3复杂地层钻探安全的防范对策

3.1针对地层特征对钻孔结构进行优化

施工单位在复杂地层中开展钻探工作时，要确保钻孔直径比设计直径大一级。通过这种设计，可将钻孔结构合理扩大，当问题、事故出现时，可保留相应的处理空间。如果复杂地层中有较为稳定的孔壁结构，那么管理人员要结合实际情况来钻机套管结构进行升级，将一级调整到三级，使钻机套管结构发挥出良好的作用。

3.2优化冲洗粉和排粉方式

钻探单位要顺应市场变化对冲洗液和排粉方式进行合理优化，如此才能在对复杂地层开展钻探时，对孔壁进行保护，进一步降低坍塌事故的发生率。相关管理人员要在钻探作业中对实际情况进行充分分析，进而对冲洗液种类、浓度等进行合理的调整，在100m深的钻孔中用清水作冲洗液；如果钻孔深度超过100m，那么工作人员可以采用PMA水溶液，严格按照相关要求和规定，科学配制絮凝剂，并不断调整絮凝剂的浓度，确保钻孔内部的冲洗液能够达到良好的循环效果，这样不仅可以及时将岩粉排出，还能对孔壁进行有效保护，使钻孔始终处于安全状态。

3.3施工设计

对地质设计有特殊要求的孔，协调设计人员调整开孔角度，根据所需控制的地质信息的深度估算钻孔从开孔到所需控制位置钻孔倾角的上飘量（度数），结合前期施工钻孔对上飘规律的认识，预先加大一定的钻孔开孔倾角，使钻孔倾角经施工过程中的自然上飘后，重新回到设计需要控制的部位或从其附近通过，以满足勘查目的。

3.4PDC钻头优化改进

针对设计加工的PDC钻头在含砾较多地层使用寿命、在硬塑性泥岩地层的机械钻速还需进一步提高的问题。分析研究认为：在含砾较多地层钻头使用寿命短，一方面与设计加工的PDC钻头所使用复合片抗冲击性能不足有关，复合片在地层砾石的冲击作用下快速损耗、钻头使用寿命短；另一方面，设计加工的钻头复合片为平面片，复合片与岩石接触面是一个平面，整个接触面都参与对岩石的切屑，容易造成“粘滑”和“抱团”效应，“粘滑”效应会使复合片瞬间受到强烈的冲击力、“抱团”效应还会造成复合片受力区域内应力集中，两者都会加速复合片的崩裂失效、进而造成钻头快速磨损，亦会降低碎岩效率。而在硬塑性泥岩地层机械钻速低，除与“粘滑”效应有关外，还与复合片轮廓形状有关，现加工的PDC钻头复合片首先接触岩石的轮廓为圆弧线，不利于复合片小范围吃入岩石，易在硬塑性泥岩中形成“滑动”现象而降低碎岩效率。借鉴石油钻井中异形复合片应用经验，决定将原平面复合片更换为三棱形非平面复合片和三角形复合片。三棱形非平面复合片具有突出的棱脊、三角形复合片具有较尖的角，破碎岩石时，其棱脊（尖角）首先接触岩石，可以产生较大的点载荷，有利于小范围内压碎吃入岩石，提高压碎吃入岩石的效率，减轻“滑动”现象；在岩石受压产生塑性变形时，三棱结构还可以增大岩石进入拉剪状态的区域，进而提高碎岩效率。

3.5配套选取钻具

钻探单位在对软岩地层进行钻进时，要合理应用复合排粉钻进技术，这种技术可将水力排粉作为主体，以螺旋排粉作为辅助。工作人员要对复杂地质情况进行充分分析，在此基础上合理选择配套的钻具，不仅可以将这些钻具的作用充分发挥出来，还可以达到良好的钻进效果，进一步提高整体的钻进效率。

3.6建立钻探管理体系

为了提高钻探施工的安全性和技术应用规范性，钻探单位要充分分析时代发展特点，在此基础上制定更加科学的钻探管理体系。钻探单位要明确每一个部分的工作责任，并将工作责任落实到个人，定期组织施工人员和现场管理人员的培训教育活动，这样不仅能提高人员自身的业务能力，还可以使其有效应用各种先进的钻探技术和设备，将技术使用规范性和合理性充分体现出来。与此同时，钻探单位还要将施工现场的管理工作落实到位，采取有效措施保障各种配套工作的正常开展，并指派专门人员对施工现场开展安全检查工作，发现安全隐患的时候可以第一时间采取措施。

结语

由此可见，钻探单位在复杂地层中开展钻探作业时，会受各种安全因素的影响，导致各种问题，相关管理人员要提高对这些影响因素的重视程度，严格按照相关要求和规定制定完善的防范对策，确保后续钻探工作正常开展，进一步提高整体的钻探效果。

参考文献

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[2]闫平均,刘东华.复杂地层地质钻探冲洗液研究与应用[J].西部探矿工程,2021,33(11):61-62+64.

[3]李舜丰.复杂地层地质钻探冲洗液研究与应用[J].有色金属文摘,2015,30(5):88-89.