小口径岩心钻探钻孔缩径处理研究_孙凯.pdf

小口径岩心钻探钻孔缩径处理研究孙凯(安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院 安徽 蚌埠 2 3 3 0 0 0)作者简介孙凯(1 9 8 9年)汉,男,安徽宿州,本科,工程师,研究方向:小口径钻探。摘 要 本文概述岩心钻探工艺当前的应用状况,进一步分析缩径事故发生迹象以及引发原因。重点探讨处理该事故的方法,包括预防处理、把握速度、调节泵量以及冲洗作业孔等。以供相关人员参考。关键词 小口径;岩心钻探;缩径 引言岩心钻探是现代矿产勘探项目中最为重要的作业方法。现场操作中,钻头钻到设定的地层深度,获得矿石样本,勘探工作者则需对岩心的实际点位加以分析,并给出地质项目可用的信息资料。而缩径则是因为钻探期间相应岩层膨胀,使得孔径变小。(图1)1.岩心钻探工艺岩心钻探实践中,相关技术人员需掌握高专业水准的操作技能,由此才能确保钻探作业过程有序落实。按照具体使用的钻头类型,此项工艺可被分成:钻粒、金刚石、硬质合金。实践施工期间,施工人员能利用液动冲击机械形成的作用力,实现回转钻进,而可以用在此种操作方式下的钻头为金刚石和硬质合金,所以要求施工方能组合运用。近些年,国内资源勘探领域高速成长,促使岩心钻探得以大范围使用,而液压动力、多功能钻探与立轴岩心的钻探工艺,受到更多关注。其中,立轴岩心的钻探工艺是在发展初期由国外传来的技术,但受到国内技术员个人水平的影响,使得此项技术出现在实践项目中的频率极低。为突破资源勘探方面的困境,国内相关研究学者,参考他国的岩心钻探装置,进行仿制,由此研发出诸多符合本国情况的钻探装置。但目前和其他比较发达图1 小口径钻探现场图的国家相比,国内的岩心钻探工艺还要继续改进,并且钻探所用的核心构件,通常不是国产,导致实际的钻探设备成本提升。近几年,相关领域的研究员,不断学习更加先进的工艺,强调全面创新,而现实使用中还有问题,整体发展更新速度不快。所以说,国内钻探领域人员,需主动学习及引进技术、专业理论,由此寻求创新1。2.钻孔缩径事故2.1事故迹象钻孔缩径并非突然出现,在发生事故前,会有一定的迹象,需要现场人员仔细观察感知,做好预判。首先,钻探前进,钻头会实施钻进和上升两个垂直动作,假设到达缩径地层,钻头会受到额外的压力,导致升降动作被阻碍,相对困难,必要时还要经扫孔作业。其次,钻具来到缩径地层后,因为和孔壁之间的距离持续缩小,在提高泵压中,可能会引起憋泵的问题。再次,岩粉量异常增多,泥浆中的含沙量也同样提高,假设运用绳索,实施钻进,则钻杆上的结构问题会较为严重,而且内管移动阻碍较大。最后,钻具来到缩径区域,回转阻力会增大,导致回转动作实现难度高,出现倒车的情况。2.2形成原因对于小口径的钻探作业中,形成缩径是较为正常的情况,假设发生缩径,势必会对整个项目的落实进度有较大干扰,并且会增加材料消耗量,提高建设成本。特别是在沉积地层的构造带以及强风化的地层处理中,更容易发生缩径事故。此类地层受到水的作用,出现膨胀状态,此时假设仍旧选择常规方式处理,会提升缩孔事故的出现率,阻碍钻头升降,造成抱钻,而且倘若现场处理方式不适宜,还可能使钻孔直接报废。而造成小口径条件下的钻探缩径事故的形成原因,与施工地层对象的稳定程度之间存在较大的关联。施工期间倘若没能注意到地层的复杂性问题,也没有额外设置任何应对举措,对于本身稳定性较差的地层来说,会被水影响,引发缩径事故。该类事故容易发生在小口径的项目中,给钻探作业的实施效率与品质,均产生明显的干扰,施工造价进一步增加,给整710 水文地质、环境地质、工程地质DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.020个项目带来负面干扰,因此,应当格外强调钻孔缩径的情况,以做好预防,必要时需提前做好准备,保障施工能有序落实2。3.处理小口径钻孔缩径的方法3.1落实预防处理针对钻孔缩径事故的预防处理,首先,需明确岩心钻探的状况。钻探施工时,需尽可能避免发生缩径事故,为此需要现场工人能熟知施工岩层的状态,做好预防计划。并且在钻探施工中,如果察觉到锁孔迹象,应立即上报,并落实预防处理,避免发生施工事故。对此,要求借助勘测取得具体的岩层位置,一般在破碎带与强风化层等比较容易发生缩孔事故,此类地层存在明显的水敏性,如果接触到水,会迅速膨胀,引发缩径3。其次,应合理配置泥浆。该施工项目对泥浆有较高的标准,根据预水化对泥浆的性能影响(见表1),需设置相应举措,落实预水化的处理,以适当提高粘度,控制失水量。具体操作为:把相应试剂投入到泥浆中搅拌,能有效调整失水量,让其维持在适宜的范围中,提升滤液的粘性,以控制其的渗入程度,避免对应地层被水化破坏。另外,还可借助带有抑制水化性能的冲洗液,提升泥浆的性能。同时,为切实控制地层渗透水化问题,应注重提升泥浆的矿化度,此外也能使泥浆保持在流态。而且对于不同的地层条件,泥浆的配置性能需进行调整。结合具体实例,进行细化分析,见表2。表1预水化对泥浆的影响浆液漏斗粘性(s)失水速度(mL/3 0 m i n)预水化前预水化后预水化前预水化后5%的粘土泥浆-4%的粘土泥浆表2不同地层的泥浆性能实例地层条件泥浆性能1#砂岩 夹 带 粉 砂 状泥岩,水 敏 性 强,遇水膨胀严重密度:1.0 51.0 6g/c m3;粘度:2 32 8s;p H值:9;含沙量1%;失水率5 8m L/3 0 m i n;泥皮厚度 0.5m m2#砂砾 土,亚 粘 土,夹 带 泥 层,遇 水膨胀密度:1.0 51.1g/c m3;粘度:2 53 0s;pH值:91 0;含 沙 量0.5%;失水率35m L/3 0 m i n;泥皮厚度0.5mm 最后,对于小口径的钻探项目,如果遭遇缩径地层,无论当下钻具是处于上升或者下降的状态,均要逐渐减速。假设在钻进期间,遇到阻挡,需组织扫孔,保障钻具可以顺利穿过缩径地层。而施工期间,倘若遭到缩径问题比较严重的情况,要求施工者运用略大的钻具,实施扩孔作业,钻进12 m左右,需增加套管,以有效预防缩径问题。3.2合理确定参数钻进参数影响着钻压的问题,现场实践作业中,要严谨落实钻压作业。特别是在处理地层稳定性不高的情况下,因为岩层本身的强度不大,因此,在钻探建设中,应采取轻压钻进的方式,反之,会形成一定量的岩粉,直接干扰项目的落实效率与品质,严重的话,还会导致埋钻。为防止发生缩径,需对综合时效加以确定。相关公式如下:V=6 0H+P(t1r+t2)+t3其中,V表示综合时效(m/h);H是指钻进1 m,需耗费的时长(m i n/m);P代表每钻进1 m钻具的次数(次);t1代表升降1 m中,立根需要的平均时长(m i n);t2是指不包括立根、钻进期间添设的钻杆及研磨物料在内,钻进一个来回,要耗费的时长(m i n);t3表示钻进1 m要添加的研磨物料及钻杆中需要的时间(m i n);r为井深(m)4。3.3把握钻进速度遇到缩径地层时,应当调整钻具的行进速度,在正常钻探速度的基础上,适当降低探进速度以及钻头的转速。在此作业步骤中,还要额外选择适宜的方式,确保孔壁的完整性,避免发生坍塌的问题。但假设钻进期间转速偏高,会对地层造成较大的扰动,容易直接引发抱钻情况,甚至会出现严重的安全事故,给施工项目带来比较大的经济损失。3.4控制调整泵量在小口径的项目中,面对软层钻进极易产生岩粉,同时,在钻探作业持续深入中,岩粉量会继续增多。所以,要求现场工人能按照实际状况,适当改变泵量,尽可能排除掉岩粉。假设泵量未能满足规范性数值,工地内形成的岩粉,会持续累积,对钻进的质量及效率有着极大影响,严重的话,会引发工地事故。通常条件下,泵量在每秒6 0 8 0 L/s之间,是比较适宜的。3.5落实冲洗管理使用冲洗液进行管理维护,在岩心钻探作业中,有着重要的价值,假设无法保障冲洗管理部分的落实效果,导致维护举措未能发挥效用,极有可能在孔内发生事故。所以,现场相关工人要确保把堆积中的泥浆进行全面清理,以保证泥浆的正常应用。另外,为使之后的钻探工作能顺利开展,应当落实冲洗管理,并把采取的维护举措,进行完整记录,保存有关行动资料,以为后续的处理,留下可参考的信息,提高现场作业效率5。3.6明确注意事项岩心钻探期间,假设存在容易发生缩径事故的地层条件,需先确定并了解井下的当前状况,基于现实的作业表现,实施全方位地评估。设计环节中,需利用有效方法加以处理防护,由此不仅可以优化作业施工效果,还可有效控制缩径的问题。同时,合理选择并适度调整实参数,使井下的作业压力得到全程控(下转0 3 0页)810程中,必须要坚持目标可达性、技术有效性、经济合理性、技术安全性以及可实时性这几点基本原则。与此同时,为从根本上解决地下水污染问题,降低地下水污染发生的概率,还需要建立一个完善的地下水污染预警系统,以便于第一时间发现并及时解决地下水污染问题。一旦发生污染,则可以采取地下水污染原位处理与异位处理这两种技术手段。首先采取异位处理能够使污晕的范围与污染水平逐步减小,从而使含水层介质中的污质通过向水体转移而得以消除;采取原位处理能够解决所有可降解的物质污染,推进循环系统,最后实现管理目标。未来我们在地下水污染控制与修复过程中,还需要合理的应用智能化技术与设备,提高地下水污染控制与修复的智能化水平,从而提高工作效率与质量。参考文献1杨文兴.关于工业污染场地及地下水污染控制与修复J.低碳世界,2 0 2 1,1 1(1 0):2 2-2 3.2李凌,周智来,陈辉.对地下水污染场地污染的控制与修复研究J.资源节约与环保,2 0 1 8,(0 8):6 3.3黄沈发,杨洁,吴健,喻恺.城市再开发场地污染风险管控研究及实践J.环境保护,2 0 1 8,4 6(0 1):3 1-3 5.4程曦,胡雪芹,涂震江,成一知.老工业基地搬迁改造污染场地再开发利用修复规划案例研究J.中国人口资源与环境,2 0 1 7,2 7(S 2):5 4-5 7.5靳超,左锐,王金生,张宏凯,滕彦国,翟远征.傍河污染场地地下水修复技术筛选J.北京师范大学学报(自然科学版),2 0 1 7,5 3(0 6):6 8 9-6 9 7.6许石豪.某有机污染场地环境调查评估与修复设计研究J.环境与发展,2 0 1 7,2 9(0 9):1 7-1 9.7许石豪,陈晶.典型有机污染场地环境调查评估与修复设计研究J.中国资源综合利用,2 0 1 7,3 5(1 1):1 3-1 7+2 2.8蒲敏.污染场地地下水抽出处理技术研究J.环境工程,2 0 1 7,3 5(0 4):6-1 0.9许伟.污染场地修复工程环境监理存在的问题及对策J.广州化工,2 0 1 6,4 4(0 9):1 4 7-1 4 8+1 9 8.1 0国庆,胡燕丽,王婵.对地下水污染场地污染的控制与修复研究J.山东工业技术,2 0 1 6,(0 4):2 0.(上接0 1 8页)制,科学把握钻探动作的规范化。面对不稳定的地层作业环境,因为岩石的硬度偏低,容易被其他作用力扰动,为不对孔壁造成任何影响,需采取轻压的处理方式,以免形成过多的岩粉,发生埋钻的现象。同时,为处理小口径的缩孔事故,要格外强调钻进的速度,而且需格外注意缩径的情况。在岩心钻探中,设置适宜的钻头回转速度,如果下调速度还是无法适应现场施工条件,也能选择手动钻进处理。除此之外,为防止发生缩孔,需对孔壁进行特殊处理,实际钻探时,选择适宜的升降效率参数,以降低安全事故发生的可能性,控制由此形成的成本消耗。小口径的岩心钻探中,相关施工方需对洗井环节保持较高的关注度。按照钻探作业现实状况,合理落实此项工作,并全面开展维护处理,才能真正对岩心钻探的全过程实施管控,避免发生孔内事故,确保钻探施工能有序完成,收获更多的经济利益。因此,钻探作业施工者在现实钻探期间,必须完全根据维护工作的设计安排,保障该项作业能高质量落实。在现场钻探进行中,清理掉已经堆积起来的泥浆,保持该材料的基本流态,以此确保其应用率。某丘陵地带的矿区,整体地势条件较佳,施工区内存在断流构造,现场作业时,涉及到的岩石类型复杂,实际厚度也存在差异,同时,中粒砂岩部分有岩