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【摘 要】通过沙坪沟矿区施工实践提出了复杂地层钻进中小孔径的优点、地层压力平衡的重要性、钻杆螺纹形式的优化以及冲积层钻进需注意的几个要点,总结了在复杂地层钻进过程中所应用的新的钻探技术
【关键词】复杂地层；钻进技术；分析
复杂地层钻进一直是钻探生产中遇到的最大难题。从复杂地层的护壁角度来讲，是指阻碍钻进的一切特殊岩性的地层，这些地层包括：松散地层、胶结不良地层、软硬互层、遇水膨胀性地层，溶蚀性地层或由地质构造运动造成的破碎、裂隙、断裂性地层。钻进复杂性地层时，通常会遇到坍塌、掉块、卡钻、涌水及漏失等不良情况，如果处理不当，会造成钻进困难甚至各种孔内事故。本文通过我队在沙坪沟钼矿矿区钻探生产所遇到的实际复杂地层，提出与应用的新的钻探技术。
今年初，我队承担施工了沙坪沟钼矿ZK10水文地质孔，该孔要求开孔开口口径为130mm，终孔口径为75mm,在遇到断层时需做抽水试验。沙坪沟钼矿区位于秦岭-大别山构造带东部，桐柏-桐城断裂带内，ZK10位于该矿区断裂带上，地层比较复杂.
一、小口径施工
钻孔结构主要依据施工设计书而确定。复杂地层钻进中钻孔结构越简单越好，但同时也必须满足施工的要求。我队施工的ZK10开孔孔径130mm，终孔直径改为75mm后，绳索取心钻进过程中下入89mm套管，施工的比较顺利，比起大孔径，小孔径有如下优点：
1．孔壁稳定，易维护、支撑力大，不易翻孔与掉块。因为孔径大，侧压力则大；孔径小，侧压力也小，但支撑力很大，故小孔径孔壁稳定，不易产生翻、掉、脱落等事故。有利于压力平衡，砂岩粉少，孔底干净，不易产生压漏与憋漏现象；
2．不易产生孔斜。因为孔径小时钻孔垂直度高；
3．可以减少工作时的劳动强度与钻探成本；
4.可以减少钻探机械设备的工作强度。
二、力求压力平衡
保持地层压力平衡的方法一般都是采用调整泥浆的比重和控制固相含量的方法。较高的泥浆比重、固相含量、粘度指标不一定有利于孔壁的保护。在所遇地层为遇水膨胀的半胶结和未胶结的泥岩、砂岩及粉砂岩等时，如果泥浆比重达1.2，固相含量35～40％，则钻进事故多、效率低，而且往往达不到终孔层位就被迫停钻。如果将泥浆比重降为1.08～1.10，固相含量降为8％～12％，则能顺利的钻到终孔深度(800m～1000m)。因而平衡地层压力，泥浆性能指标不宜过高，易坍塌地层的泥浆比重可略高些，漏失地层还可略低些，但泥浆的粘度要高些，失水量要小。
三、钻杆螺纹形式的优化
多年来，许多公司对钻杆螺纹副连接形式进行了大胆的尝试，如美国宝长年公司绳索取心钻杆“负角度面”防脱扣螺纹及不等高螺纹，德国MICON公司的不等锥度螺纹等。这些螺纹形式已经在钻探中得到了应用，勘探对国内外应用于钻探实践中的各种螺纹的技术性（强度、密封性、磨损后强度变化规律等）、可加工性、经济性进行了详细论证研究。目前已完成负角防脱扣螺纹、不对称梯形螺纹的理论分析和参数优化。通过优化螺纹副锥度、齿高及公差精度等参数，达到了提高连接强度和可靠性，增加绳索取心钻杆使用寿命的技术目标。
四、钻进过程中对泥浆的调整与维护
根据每天对泥浆性能的检测情况，按照各层段泥浆性能指标范围和配方要求，需均匀加入用不同处理剂和清水配制成的不同浓度的水溶液进行调整，其方法是：若粘度增高，失水偏大可加入PHP、CPAN水溶液进行处理；若粘度不高，失水偏大，加入CPAN水溶液调整处理；若流动性差，可加入适量NKHM水溶液；若PH值过低，可加入NaOH溶液调整处理。为控制泥浆固相与净化泥浆，还应对泥浆循环系统进行合理布置，循环槽长不应小于18m，0.5m3沉淀池不应少于2个，在没有除砂设备的情况下，应加强人工捞砂。
五、冲积层钻进中的注意事项
冲积层为第四纪地层，由表土层、粘土层、砂层及砂质粘土、砂砾层组成勘探区冲积层均较厚，且胶结松散、吸水性强，易坍塌翻孔、掉块。ZK10上部为第四纪地层，厚度30米左右，以下为坚硬岩石。该层含较多的粉土、砂、碎石、及大抛石。施工难度较大，总结近年来冲积层钻进经验，认为最好使用高粘度、低比重、低固相含量的泥浆，力争以尽快的钻进速度穿过冲积层，确保安全。
冲积层快速钻进需注意：
1.钻进中使用钻铤加压；
2．选用高粘度、低固相含量的泥浆。操作方法符合地层要求，防止钻进中压漏与憋漏。上下钻具要迅速，设专人清理泥浆槽内岩粉，尽可能使用机械除砂设备；
3．为了防止表土与砂层接触带产生“大肚子”形孔壁，钻遇该处时上下钻具速度不要过快，以免产生压力激动，而且为了防止泥浆出现紊流，泥浆性能要好，泥皮薄而光滑。另外加压要均匀，以保持孔径完整和孔壁稳定；
4．合上立轴就开泵，防止钻头堵塞，上钻前要大泵量冲孔。一旦钻孔堵塞时，不要强行扫孔和透孔，以避免孔斜。最好用长岩芯管钻具慢转冲透孔；
5．卵石层钻进时，泥浆中要提高PAM含量和加入适量孵石，以达到在孵石间隙中絮凝架桥、造壁，保持卵石稳定。在卵石层中钻进应选用三翼无心平顶或略有角度的尖顶钻头钻进；
6．上钻时，须往孔内回灌冲洗液，冲洗液面高度，力求泥浆液柱压力与地层压力趋于平衡状态。下钻要稳，防止钻具摆动时钻头捣坏井壁，下钻过快还会引起压力冲击，造成孔壁不稳定。
六、复杂地层钻进操作注意事项
应使用粘度较大（适当提高粘度至25秒左右）失水量较小、泥皮致密、静切力和泥浆比重合适的泥浆。
（1）、控排量以减小上返速度并减少冲刷破坏作用、严控失水量、减少浸泡时间、保持孔壁稳定；
（2）、严格冲洗液配制，并注意泥浆材料间的互配关系；
（3）、复杂地层严格优选钻头、尽可能一次穿过，尽量减少起下钻次数；
（4）、起下钻过程中注意起下钻速度，尽可能减少压力激动和抽吸作用对孔壁的影响；
（5）、起钻必须向孔内回灌冲洗液，保持液注压力；
（6）、起钻遇阻、应放钻具到畅通井段重新循环，避免因抽吸作用引起孔塌；
（7）、钻进过程中发生泵压升高，悬重下降、扭矩增加时应停止钻进，及时上提钻具到畅通孔段循环泥浆，采用冲通等方法处理，避免长时间定位循环。
结束语
总之，复杂地层钻进，应依据实际情况及钻进的要求，合理选择钻进技术参数，随着地层变化，改变施工的钻进技术参数。切忌生搬硬套，少走弯路，降低钻探成本，提高生产效率才是最佳选择。
【关键词】复杂地层；钻进技术；分析
复杂地层钻进一直是钻探生产中遇到的最大难题。从复杂地层的护壁角度来讲，是指阻碍钻进的一切特殊岩性的地层，这些地层包括：松散地层、胶结不良地层、软硬互层、遇水膨胀性地层，溶蚀性地层或由地质构造运动造成的破碎、裂隙、断裂性地层。钻进复杂性地层时，通常会遇到坍塌、掉块、卡钻、涌水及漏失等不良情况，如果处理不当，会造成钻进困难甚至各种孔内事故。本文通过我队在沙坪沟钼矿矿区钻探生产所遇到的实际复杂地层，提出与应用的新的钻探技术。
今年初，我队承担施工了沙坪沟钼矿ZK10水文地质孔，该孔要求开孔开口口径为130mm，终孔口径为75mm,在遇到断层时需做抽水试验。沙坪沟钼矿区位于秦岭-大别山构造带东部，桐柏-桐城断裂带内，ZK10位于该矿区断裂带上，地层比较复杂.
一、小口径施工
钻孔结构主要依据施工设计书而确定。复杂地层钻进中钻孔结构越简单越好，但同时也必须满足施工的要求。我队施工的ZK10开孔孔径130mm，终孔直径改为75mm后，绳索取心钻进过程中下入89mm套管，施工的比较顺利，比起大孔径，小孔径有如下优点：
1．孔壁稳定，易维护、支撑力大，不易翻孔与掉块。因为孔径大，侧压力则大；孔径小，侧压力也小，但支撑力很大，故小孔径孔壁稳定，不易产生翻、掉、脱落等事故。有利于压力平衡，砂岩粉少，孔底干净，不易产生压漏与憋漏现象；
2．不易产生孔斜。因为孔径小时钻孔垂直度高；
3．可以减少工作时的劳动强度与钻探成本；
4.可以减少钻探机械设备的工作强度。
二、力求压力平衡
保持地层压力平衡的方法一般都是采用调整泥浆的比重和控制固相含量的方法。较高的泥浆比重、固相含量、粘度指标不一定有利于孔壁的保护。在所遇地层为遇水膨胀的半胶结和未胶结的泥岩、砂岩及粉砂岩等时，如果泥浆比重达1.2，固相含量35～40％，则钻进事故多、效率低，而且往往达不到终孔层位就被迫停钻。如果将泥浆比重降为1.08～1.10，固相含量降为8％～12％，则能顺利的钻到终孔深度(800m～1000m)。因而平衡地层压力，泥浆性能指标不宜过高，易坍塌地层的泥浆比重可略高些，漏失地层还可略低些，但泥浆的粘度要高些，失水量要小。
三、钻杆螺纹形式的优化
多年来，许多公司对钻杆螺纹副连接形式进行了大胆的尝试，如美国宝长年公司绳索取心钻杆“负角度面”防脱扣螺纹及不等高螺纹，德国MICON公司的不等锥度螺纹等。这些螺纹形式已经在钻探中得到了应用，勘探对国内外应用于钻探实践中的各种螺纹的技术性（强度、密封性、磨损后强度变化规律等）、可加工性、经济性进行了详细论证研究。目前已完成负角防脱扣螺纹、不对称梯形螺纹的理论分析和参数优化。通过优化螺纹副锥度、齿高及公差精度等参数，达到了提高连接强度和可靠性，增加绳索取心钻杆使用寿命的技术目标。
四、钻进过程中对泥浆的调整与维护
根据每天对泥浆性能的检测情况，按照各层段泥浆性能指标范围和配方要求，需均匀加入用不同处理剂和清水配制成的不同浓度的水溶液进行调整，其方法是：若粘度增高，失水偏大可加入PHP、CPAN水溶液进行处理；若粘度不高，失水偏大，加入CPAN水溶液调整处理；若流动性差，可加入适量NKHM水溶液；若PH值过低，可加入NaOH溶液调整处理。为控制泥浆固相与净化泥浆，还应对泥浆循环系统进行合理布置，循环槽长不应小于18m，0.5m3沉淀池不应少于2个，在没有除砂设备的情况下，应加强人工捞砂。
五、冲积层钻进中的注意事项
冲积层为第四纪地层，由表土层、粘土层、砂层及砂质粘土、砂砾层组成勘探区冲积层均较厚，且胶结松散、吸水性强，易坍塌翻孔、掉块。ZK10上部为第四纪地层，厚度30米左右，以下为坚硬岩石。该层含较多的粉土、砂、碎石、及大抛石。施工难度较大，总结近年来冲积层钻进经验，认为最好使用高粘度、低比重、低固相含量的泥浆，力争以尽快的钻进速度穿过冲积层，确保安全。
冲积层快速钻进需注意：
1.钻进中使用钻铤加压；
2．选用高粘度、低固相含量的泥浆。操作方法符合地层要求，防止钻进中压漏与憋漏。上下钻具要迅速，设专人清理泥浆槽内岩粉，尽可能使用机械除砂设备；
3．为了防止表土与砂层接触带产生“大肚子”形孔壁，钻遇该处时上下钻具速度不要过快，以免产生压力激动，而且为了防止泥浆出现紊流，泥浆性能要好，泥皮薄而光滑。另外加压要均匀，以保持孔径完整和孔壁稳定；
4．合上立轴就开泵，防止钻头堵塞，上钻前要大泵量冲孔。一旦钻孔堵塞时，不要强行扫孔和透孔，以避免孔斜。最好用长岩芯管钻具慢转冲透孔；
5．卵石层钻进时，泥浆中要提高PAM含量和加入适量孵石，以达到在孵石间隙中絮凝架桥、造壁，保持卵石稳定。在卵石层中钻进应选用三翼无心平顶或略有角度的尖顶钻头钻进；
6．上钻时，须往孔内回灌冲洗液，冲洗液面高度，力求泥浆液柱压力与地层压力趋于平衡状态。下钻要稳，防止钻具摆动时钻头捣坏井壁，下钻过快还会引起压力冲击，造成孔壁不稳定。
六、复杂地层钻进操作注意事项
应使用粘度较大（适当提高粘度至25秒左右）失水量较小、泥皮致密、静切力和泥浆比重合适的泥浆。
（1）、控排量以减小上返速度并减少冲刷破坏作用、严控失水量、减少浸泡时间、保持孔壁稳定；
（2）、严格冲洗液配制，并注意泥浆材料间的互配关系；
（3）、复杂地层严格优选钻头、尽可能一次穿过，尽量减少起下钻次数；
（4）、起下钻过程中注意起下钻速度，尽可能减少压力激动和抽吸作用对孔壁的影响；
（5）、起钻必须向孔内回灌冲洗液，保持液注压力；
（6）、起钻遇阻、应放钻具到畅通井段重新循环，避免因抽吸作用引起孔塌；
（7）、钻进过程中发生泵压升高，悬重下降、扭矩增加时应停止钻进，及时上提钻具到畅通孔段循环泥浆，采用冲通等方法处理，避免长时间定位循环。
结束语
总之，复杂地层钻进，应依据实际情况及钻进的要求，合理选择钻进技术参数，随着地层变化，改变施工的钻进技术参数。切忌生搬硬套，少走弯路，降低钻探成本，提高生产效率才是最佳选择。