复杂地层的钻孔技术解读

第四章复杂地层的钻孔技术

什么叫复杂地层1

复杂地层是相对好地层而言的。一般人们习惯于把出现坍塌、掉块、漏水、涌水、缩径、膨胀等一系列现象的地层，叫复杂地层。

复杂地层是客观存在的，是不依人的意志为转移的的。不论你承认不承认都会发生，是一种地质现象。不管你用什么设备，什么钻进方法；也不管大口径或小口径，合金或钢粒，还是金刚石；也不管是地质钻探、工程钻探、水文钻探或工程施工都会遇到这种现象，而且随着水电工程的发展，复杂现象也愈加严重。

具体讲，复杂现象的钻孔包括覆盖层，特别是深厚覆盖层的钻孔、岩溶地层的钻孔，以及不均匀地层的钻孔等。

复杂地层对钻孔施工的影响2

在钻孔施工中，若遇复杂地层，就会严重地影响钻孔生产，轻者，使钻进不能正常进行，停待时间增多；重者，导致孔内事故，质量达不到要求，拖延工程进度；再重者，钻孔报废。

复杂地层的钻孔事故屡见不鲜，这里不细述。

复杂地层对钻孔的影响是多方面的：

生产效率低2.1

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。

工程质量得不到保证 2.2

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。

成本增加，盈利减少 2.3

（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。

影响新技术推广2.4

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。

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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。

复杂地层钻孔的应对措施3护壁堵漏是解决复杂地层钻孔问题的有效手

段3.1

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。

坚持“因地制宜，综合治理”的方针 3.2

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。

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护壁堵漏方法的正确选择4

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。

选择护壁堵漏方法的依据 4.1

（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。

选择护壁堵漏方法的原则 4.2

（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。

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护壁堵漏方法的选择5

优先选用泥浆5.15.1.1 适应性

泥浆是一种用得最广泛，效果最好的护壁堵漏方法。①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；②不仅适用于风化层、破碎带，也适用水敏地层、缩径膨胀地层；③不仅能用于浅孔，更适用于深孔；④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。