复杂地层的钻孔技术Word文档格式.docx
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复杂地层对钻孔的影响是多方面的:
2.1生产效率低
由于地层复杂,难以钻进,或钻具下不到底,或被卡、夹、埋,反复处理,辅助时间增多。
发生孔内事故多,又把大量时间用在处理事故上,纯钻时间相应减少,生产效率下降。
据有关资料,钻探发生的各类事故中,有70%以上都与复杂地层有关,有的大工程因地层复杂拖延了计划工期;
有的钻机完不成任务,有的承包者赔本,连工资都发不出来。
2.2工程质量得不到保证
一方面由于孔内事故多,使一些钻孔在未达到设计孔深时被迫提前终孔;
有的因为岩石破碎,岩心采取率达不到要求;
有的因孔壁坍塌严重无法按时进行试验或灌浆;
另一方面,由于人们把大量的精力用在处理事故上,无心去研究工程质量问题,使工程质量得不到保证。
2.3成本增加,盈利减少
(1)效率的降低使单位成本增加;
(2)处理事故使费用增加。
如原材料消耗加大;
运输量增多;
机械磨损加剧;
劳动量加大;
而且,往往由于孔内事故导致机械事故,机械事故又引起人身事故,形成恶性循环,使单位成本和总成本骤增,盈利大幅度下降,甚至亏本。
(3)由于事故迫使提前终孔的,需要另外补设新孔,也使成本大大增加;
(4)由于工期紧,效率低,完不成任务,不得不增加钻机数量。
2.4影响新技术推广
在试验、推广新技术、新方法时,一般都要孔内有良好的条件。
如金刚石钻进、绳索取心钻进就是这样,如果孔内事故频发,将严重阻碍新技术、新方法的试验与推广。
综上所述,复杂地层钻孔问题不仅是解决好其他问题的前提和基础,而且是影响施工效率、质量的主要障碍。
但是,掌握复杂地层的钻进技术是一种必然趋势,我们不但不能回避,而且应主动想办法去攻克技术难关。
3复杂地层钻孔的应对措施
3.1护壁堵漏是解决复杂地层钻孔问题的有效手段
在钻孔施工中,为了对付复杂地层,就出现了护壁堵漏这个名词和方法,但护壁和堵漏的概念是不同的,目的也是不同的,护壁也叫护孔,主要是解决孔壁的稳定问题。
堵漏主要是解决冲洗液的漏失问题。
但由于二者常常同时进行,用的材料也大部分相同,堵漏的主要目的往往是为了解决护壁问题,护壁有时也可堵住漏失,所以通称护壁堵漏。
护壁堵漏是治理解决复杂地层钻进的有效手段,是预防孔内事故的重要措施。
地层虽然是复杂的,但规律是可以掌握的,人是可以制服它的。
一般情况下,只要方法正确,对症处理,就可以使钻孔孔壁稳定平衡,实现顺利钻进,把由于复杂地层造成的孔内事故降低到最低限度,从而实现钻探生产的优质、高效、安全、低耗。
工艺的正确与否是进尺多少的问题,护壁堵漏的正确与否是能不能进尺的问题,护壁堵漏工作的成败与否决定其他工作的成败与否。
在生产实践中,有些人不愿意花力气解决这个问题,总想冒险行动,抱着侥幸心理,甚至认为搞不搞无所谓,不搞护壁堵漏也过去了等等。
这种缺乏科学的劳动往往事故多,效率低,成本高,质量差或发生许多无效劳动。
技术的高低,方法的好坏,其效果是大不一样的,经济效益的差别是很大的,这种例子很多。
在复杂地层中采取正确的护壁堵漏措施就能提高经济效益。
如果坚持蛮干,不讲科学,最后必然劳民伤财,导致一系列工作变为徒劳,如有些机组在复杂地层施工不愿采取措施,屡屡不接受教训,孔内事故接二连三地发生,钻孔出了大力,却没有收益。
3.2坚持“因地制宜,综合治理”的方针
所谓“因地制宜,综合治理”就是依据地质地层特点、钻孔结构、现场条件,根据本单位的货源情况、技术水平,分析、对比确定一种或几种有效的护壁堵漏材料,对复杂地层进行及时的处理,以保持孔壁的平衡稳定或不涌不漏,维持正常钻进。
为什么要制定这样的方针呢?
这是因为:
(1)复杂地层是各种各样的,客观条件是不同的,引起钻孔不稳定的原因又是多方面的;
发生复杂情况的种类、轻重程度也有差别;
现场条件如钻孔的深度、孔径、地质因素也有差别,一种方法解决不了那么多复杂问题,如果盲目的用单一的方法,必然得不到满意的结果。
(2)目前所有的护壁堵漏材料都各具有其特点,在一定条件下,有一定适应范围,并有不同程度的效果。
到目前为止,还没有一种通用材料能解决所有的复杂问题。
(3)钻孔目的不一样,要求不一样,方法也就不同。
(4)技术因素、货源情况不同,用一种方法解决所存在的问题是不可能的。
(5)目前钻孔深度和复杂性还在增加。
(6)多年来的实践证明,凡是坚持因地制宜,综合治理,讲求实效方针的,效果就好,事故就少,生产就发展;
反之,效果差,事故多或事倍功半。
4护壁堵漏方法的正确选择
目前用于钻孔护壁堵漏的材料种类很多,据资料介绍,国外有几千种,国内也有几百种,但我们常用的只有十几种。
如各种类型的泥浆处理剂、水泥及各种附加剂、套管、各种化学材料、惰性材料,各种速效液、堵漏籍、无固相冲洗业以及压力平衡钻进法、根管钻几根管钻进法等。
所有这些材料和方法各具有不同的特点、适用条件,而且在实践中都取得了明显的效果。
要真正做到“因地制宜,综合治理”,就必须先掌握钻孔护壁堵漏的依据、一般原则,并在此条件下正确选择方法和材料。
4.1选择护壁堵漏方法的依据
(1)地层特点
适应地层特点达到稳定孔壁或不漏、不涌的目的,满足顺利施工的需要是正确选择护壁堵漏方法的主要依据。
如对于只漏不垮的地层,在水源充足条件下,可用清水顶漏钻进;
对只垮不漏或小漏的地层可用泥浆、水泥进行处理;
对于轻微的坍塌可用无固相冲洗液或提钻回灌的方法解决;
对于有漏又跨的地层要抓住主要问题进行治理,视情况可以用水泥护壁,也可堵漏后用泥浆护壁。
(2)施工目的
护壁堵漏方法应满足施工目的和不影响地质资料获得为前提。
如水井钻探和灌浆孔就不能用水泥或泥浆,否则就把裂缝封住了;
以获得水文资料为主的工程钻孔,在基岩就不能用泥浆,否则会影响水文资料的正确性。
(3)钻孔结构
钻孔结构不同,孔径大小不同,钻孔深度不一样,其护壁堵漏的方法和材料也可能不一样。
(4)货源情况
有些材料虽好,但货源紧张或条件不具备,在这种情况下就要根据货源情况就地取材。
(5)现场条件
对于现场条件,如问题的复杂程度、空段的范围、深浅、钻进方法、施工时间的长短、季节、技术力量等都要充分考虑。
4.2选择护壁堵漏方法的原则
(1)效果好
选择的护壁堵漏方法要效果好,能达到稳定孔壁的目的,满足顺利施工的要求,保证在整个散工周期内不再引发,直到终孔。
(2)速度快
即在满足施工要求的条件下,选择的方法尽可能简单,辅助时间少,停待时间短,速度越快越好。
(3)成本低
选择的材料要货源广、价钱便宜、成本要低。
以上所述速度快、成本低、效果好,这三者是不可分的,而效果好是主要的,只有坚持科学的态度,进行综合评价,及时、果断并尽可能使用先进技术,才能获得理想的效果。
5护壁堵漏方法的选择
5.1优先选用泥浆
5.1.1适应性
泥浆是一种用得最广泛,效果最好的护壁堵漏方法。
它可根据不同地层特点对症选择不同性能的类型,且可随钻随护壁;
不仅适用于风化层、破碎带,也适用水敏地层、缩径膨胀地层;
不仅能用于浅孔,更适用于深孔;
不仅能用于大口径钻孔,也能用于小口径钻孔。
特别是随着PAM低固相泥浆、SM、NG植物胶无固相冲洗液的普遍推广,把泥浆的应用发展到一个新的水平。
国内外专家一致指出:
泥浆是完成钻进任务关键的关键,并认为“地质条件是复杂的,只有泥浆搞好了,复杂条件就不见了”。
可见泥浆的重要性了。
泥浆在石油、地矿、煤田、冶金等钻探施工中广泛应用着,近些年来,水电工程施工中也大量地进行了引用。
地勘部门一般都是深孔钻进,常常在500m以上,根据他们的经验,在实际中,常常有这种情况,由于地层复杂,处于山穷水尽疑无路时,一旦用上泥浆就立即柳暗花明又一村了。
在开孔钻穿覆盖层时,有人总想用清水钻进,往往一个十几米或二十几米的破碎带要折腾56天,甚至十多天;
如果用上泥浆,一般13天就能下好空口管了。
【实例一】某单位在眉县铜峪钻探施工中,曾先后有三个钻孔,设计孔深均在400米以上,覆盖层为1520米。
因用清水、合金钻头钻进,多次导致事故、移孔位,仅开孔下孔口管时间累计折腾110天,平均一个孔36天多。
后来的三个孔采用泥浆、钢粒钻进,水泥封闭套管底部(隔钢粒)的方法,在比前三个孔复杂的条件下,开孔下孔口管的时间累计为15天,平均一个孔为5天。
仅开孔下套管的时间就缩短了95天。
【实例二】又如1978年在周至西骆峪工区ZK26孔,设计孔深600米,孔径Φ56mm,清水钻进至495米时,因上部炭质片岩松散,又塌又漏,孔内积渣十多米,无法施工,先后折腾了十多天无效果,正讨论报废时,在该孔引进了PAM低固相泥浆,结果很快堵住了漏失(PAM泥浆中加入100kg水泥)护住了孔壁,顺利钻至终孔。
【实例三】在三峡隔流堤高喷施工中,覆盖层最深才50米左右,一般2530米,但钻一个孔常常要2~3天,有的达一个星期,而且孔内事故多,后来采用NG植物胶泥浆后,大为改善,一般12天就能终孔,而且下喷管也很方便。
综上所述,泥浆具有以下特点:
(1)随钻随护,钻到那里就护到那里,不仅效果好,速度快,成本也低,还能根据不同地层选用不同性能的类型。
(2)兼有润滑减阻、提高钻头寿命、携带岩粉能力强,预防事故,提高钻速等优点。
(3)有些品种如SM植物胶、NG植物胶等还有保护岩芯的作用。
长办在三峡就成功利用SM植物胶泥浆取出了柱状岩芯。
所以在条件允许的情况下,应优先选用泥浆,特别是选用优质泥浆。
用好泥浆的关键是选好类型,抓好现场管理。
5.1.2对泥浆的要求与性能指标
(1)必须是低固相、低粘度和低比重。
这样才有可能在环空间隙小的情况下,减少流动阻力和泵压损失,使钻具开上高转速,特别是金刚石钻进。
(2)必须有良好的润滑性,以减轻钻具高转速时的耐磨和振动;
(3)要求泥浆失水量较小,泥饼致密,润滑性好,有利于减少动失水和上下钻时的压力激动。
(4)要求泥浆流变性好,具有良好的剪切稀释作用,既有利于钻头的冷却,延长钻头寿命;
又有利于携带岩粉和保护孔壁;
(5)要求泥浆有低的切力和良好的地表除砂系统,有利于排除细的岩粉。
泥浆的具体性能指标值参考如下表4-5-1。
表4-5-1泥浆的性能指标参考值
胶体率(%)
比重
粘度
(s)
失水量(cm/30min)
泥皮厚
(mm)
含砂量
(%)
静切力
(mgf/cm2)
PH值
>97
1.05~1.10
17~23
7~9
<0.5
0~2
7~8.5
5.1.3泥浆性能及其测定
泥浆的工艺性能是泥浆物理化学性质的反映。
泥浆性质的变化直接影响机械钻速、钻头寿命、孔壁稳定、悬浮、携带与清除岩粉、护壁堵漏和孔内事故等一系列钻进工艺问题。
泥浆主要性能有:
泥浆比重、泥浆流变性(粘度与切力等)、泥浆失水量、泥浆造壁能、泥浆含砂量、泥浆PH值等。
(1)比重
泥浆比重是泥浆质量与同体积水的质量比,其大小
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