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1、打滑地层钻探技术打滑地层钻探技术( (工程勘察工程勘察) )主讲人 ： 杨国春2013.10.13 1打滑地层钻探技术打滑地层钻探技术打滑地层概述 打滑地层钻进技术2目录1.复杂地层概述 1.1 复杂地层 1.2 复杂地层钻进时出现的异状分 类 1.3近年来遇到的复杂地层及打滑 地层情况 1.4 利用冲洗液钻进解决的复杂 地层 1.4.1常用几种冲洗液的配置及适 用 2、砂卵石、漂卵石地层钻进技术 2.1 概述2.2 冲击抽砂跟管钻进 2.3 金刚石泥浆（或植物胶）钻进 2.4 漂卵石地层金刚石植物胶钻进 辅助多种护壁及多级套管护壁 2.5 金刚石厚壁跟管钻进 2.5.1 概述 2.5.2 金
2、刚石植物胶厚壁跟管钻进 设备及工器具 2.5.3跟管钻进施工技术与工艺 2.5.4 跟管钻进金刚石钻头的选择 2.5.5 跟管钻进参数及操作注意事 项 2.5.6 孔内跟管爆破31、打滑地层概述 1.1 打滑地层：复杂地层是指由于地表风化，水流搬运，地下 水侵蚀和地质构造运动以及岩石本身性质等影 响，而使岩石遭受破坏，失去原有的稳定性和 完整性，变为松散、破碎、大小不均，或具有 裂隙和空洞的那些地层。由于它们产生的原因 不同，原岩的性质各异，故对钻探工作的影响 也有差别。 1.2 复杂地层钻进时出现的异状分类 漏失层、坍塌层、膨胀层和涌水层等。实际钻 进过程中遇到的很多情况下是即坍塌又漏失的
3、地层。 4在钻探工作中,复杂地层按地层形成过程的不同可 分为两类:由构造运动所形成的复杂地层,即由地质构 造运动所产生的压力、张力、剪力等作用,使岩层产 生节理、裂隙、裂缝、断层和片理,特别是硬或中硬 以上的脆性岩石受构造力的剧烈破坏形成复杂地层， 这类地层往往位于覆盖层下部,称为I类地层，在这类 地层中钻探,会遇到保护孔壁、取心等困难问题 。由外力地质作用所形成的复杂地层,即风化层、河 流冲积层、洪积层,风积层。岩层经风化作用变为岩 性较松散，胶结不良的风化层,而冲积、洪积、风积 作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、 砾石、漂石成为复杂的地层。这类地层往往称为覆盖 层,这里称为类地
4、层，类地层包括粘土层，淤泥 层，砂层，砂卵石地层和漂卵石地层。在这类地层中 钻探,会遇到钻进、保护孔壁、取心等困难问题。5复杂地层复杂地层的钻进与取样问题一直是地矿勘 探、工程勘察、岩土工程施工中的一个技术难 题。由于复杂地层结构松散!无规律包裹砂卵砾 石、砾石大小不均，换层频繁!软硬悬殊!颗粒 级配悬殊等,存在钻进、保护孔壁、取心这三 大难题,常规的钻探技术难以满足施工要求。 复杂地层钻探技术先后经历了锤击跟管取芯钻 进和金刚石取芯钻进两个重要阶段。现有的砂 卵石层植物胶金刚石钻进取样技术解决了一些 稍复杂地层的钻进与取样问题,但至今,仍无法 适应较复杂的地层,钻孔质量和钻进效率仍处 于低水
5、平状态。61.2 复杂地层在按钻进中的特性分类u漏失层：地层被钻开后，孔内冲洗液循环遭到破坏，冲 洗液不能返回地面或返回量小于送入量的那些地层。（ 风化层、冲积层、松散层和破碎带等地层属于） u坍塌层：地层被钻开后，孔壁岩石失去稳定性，向孔内 塌落的那些地层。根据坍塌程度不同，轻者为掉块，重 者则为垮孔。（风化层、冲积层、松散层和破碎带等地 层属于） u涌水层：指的是含有灰岩和砂岩的地层，在钻进过程中 ，如果冲洗液的液柱压力不足，承压水会涌向孔内甚至 喷出地面，是钻进工作无法进行。 u膨胀层：主要是指某些粘土层和页岩层，在钻进中他们 会吸水膨胀造成孔径缩小，进而造成下钻困难和卡钻事 故。7复杂
6、地层钻进时的异状u在钻探实践中经常遇到复杂地层是漏失层和坍 塌层。 钻进中会发生冲洗液严重漏失，下钻 困难，卡钻或折断钻杆及堵水难以钻进等事故 ，造成停钻和废孔的重大事故。 u在实际钻探过程中漏失和坍塌往往同时发生， 如果技术措施不当，冲洗液的性能不合要求或 不适合，有往往会因漏失而造成或加剧坍塌情 况的发生。反之，如技术措施合理，冲洗液质 量和选择合理，即可减少漏失，又可减轻或避 免坍塌情况的发生。所以钻探工程中对于复杂 地层的工作应重在防护，轻在治理。一旦发生 漏失和坍塌造成停钻，治理起来比较费工费时 ，严重者造成废孔。 81.3近年来遇到的复杂地层及打滑地层情况1.3.1 复杂地层情况：
7、 （1） 长洲三线四线船闸：花岗岩球 状风化层； （2）四川金顶水电站砂卵石、漂卵 石地层； （3）四川犍为水利枢纽的漂卵石地 层； （4）四川道孚牙村水电站，大览水 电站漂卵石地层及基岩破碎带； （5）色曲河梯级水电站破碎变质砂 岩、漂卵石地层 （6）东谷河梯级水电站漂卵石地层 ； （7） 都柳江梯级水电站漂卵石地层 ； （8）云南玉明珠水库：变质砂岩、 页岩风化地层1.3.2 打滑地层情况： （1）花岗岩、石英岩：缅 甸水电站；乐滩水电站 ；岩滩水电站扩建；老 挝南涧河1号水电站； （2）硅质灰岩： （3）流纹岩：云南云县水 库：91.4 利用冲洗液钻进解决的复杂 地层 风化的砂岩、页岩、
8、球状风化的花岗岩、密实 的砂卵石地层及局部坍塌掉块的基岩，可通过 使用护壁冲洗液解决地层的钻进问题。 冲洗液：泥浆；低固相植物胶冲洗液；无固相 植物胶冲洗液；高分子化学浆液。 举例：金顶，长洲三四线船闸，犍为、成都地 区的植物胶勘察等。见图 一般情况下：冲洗液可以解决80%的复杂地层 钻进问题。10成都地区砂卵石地层植物胶钻进砂卵石底 层11成都地区砂卵石底层植物胶钻进砂卵石底 层12卵砾石地层钻进设备13清水、自然造浆细分散泥浆（淡水泥浆）石灰泥浆 Ca 2+（mg/l）120200钙处理 石膏泥浆Ca 2+（mg/l） 300500氯化钙泥浆Ca 2+（mg/l）12001400粗分散钻井
9、液 盐水泥浆（含盐3%7%）水基钻井液 含 盐 饱和盐水泥浆（含盐33%36%）海水泥浆（总矿化度 3.33.7)不分散低固相钻井液 无固相钻井液 钻井流体 水包油乳化钻井液油基钻井液 油包水乳化钻井液油基钻井液合成基钻井液干空气雾化含气循环介质 泡沫充气泥浆气举钻井液类型141.4.1常用几种冲洗液的配置及适 用 冲洗液发展至今主要可大致经过五代 一、清水泥浆（第一代）清水钻进。 应用地层？基岩完整地层，稳定土层 二 高固相细分散泥浆:（第二代） 主要成分：膨土（钙膨润土和钠膨润土） + 纯碱+(或再 加分散剂小分子聚合物)。 粘土加量10%30%：在此范围根据粘土性质和泥浆的 性能要求并经
10、验确定粘土的加量。 纯碱：如果是钙土，加量为钙土重量的5%6%；如果 是钠膨润土，纯碱可少加12%，或不加。 其他物质：降粘剂，降失水剂。如羧甲基纤维素钠盐， 0.12%的加量，用水溶解成1%浓度的溶液加入泥浆 中。15二、细分散泥浆适用的地层细分散泥浆的适用地层：非粘土质的地层 护壁。岩心钻探及石油钻探的开孔钻进 ；钻孔灌注桩钻孔施工；水井钻探； 不适用：深度厚的粘土层，石膏层，岩盐 层，页岩，泥岩层等水敏地层。 配置时：粘土要用淡水预泡824小时；161.4.1几种冲洗液的配置及应用三、高固相粗分散:（第三代） 膨土（加量小于15%） + 碱 （0.30.75%） + 降水剂(纤维素、 聚
11、丙烯腈)+ 钙+(分散剂) (使粘土质岩屑维持粗粒状)。（适用 于钻进泥质岩地层） 应用地层？粘土岩、泥页岩、和泥质胶 结的岩层等水敏性地层；含钙质的岩层，如石膏层。 钙处理泥浆：石灰泥浆；石膏泥浆；氯化钙褐煤泥浆； 盐水泥浆四、低固相不分散（46kg土/100升泥浆(46%)、4060kg土 /方）（第四代:1966年）膨土 + 碱（加量使泥浆PH89） +降失水剂（纤维素、 聚丙烯腈乙烯基单元多体共聚物(48万)、 PAC142、 PAC143、腐植酸盐(Na,K)+ 链状大分子聚合物(如水解聚 丙烯酰胺，共聚型、分子量400万上、80A51) 。 不分散: 使泥浆中造浆粘土颗粒不再分散，
12、抑制泥质岩屑不分散造浆，胶 结孔壁泥岩，抑制其剥落。 17四、低固相泥浆 * 亦称低固相聚合物泥浆、低固相不分散泥浆 * 低固相:泥浆中膨润土含量低,岩芯钻探常用膨润土量是46 （4060公斤/每立方米）甚至更低. 高聚物:链状大分子,分子伸展长度达微米级,分子链节上的官能 团,有 强亲水性基和弱亲水性基.如水解聚丙烯酰胺,常用水解度为 30 ,即带强亲水基(-cooNa)的链节数占分子总链节数的 30 . 不分散:链状大分子吸附到固相颗粒表面形成分子网和膜,俗称”包 被”. 岩屑、配浆粘土、孔壁上的泥质岩粒被”包被”作用后,不易再 分 散.18低固相泥浆的配制配方：1m3 中10m3 中 膨
13、土粉(钙钙土或钠钠土5%50 kg500 kg纯纯碱0.1%1.0 kg10 kg腐植酸盐盐(KHm、 NaHm)0.5%5 kg （5%溶液 0.1m3）50kg（5%溶液1m3）羧羧甲基纤维钠盐纤维钠盐 (Na-CMC)0.2%2 kg (2溶液 100L)20kg（需2%溶液1m3）水解聚丙烯酰烯酰 胺 (PHP)0.08%0.8 kg(1溶液 80L)8kg（需1%溶液800升）新配泥浆性能：密度10.3kg/mL; 漏斗沾度2025s; 低压失水量10ml/30min 19举例:配低固相泥浆 10m3 ,搅拌罐容积1m3罐（1m3 ）中成浆，搅拌10罐 每罐1罐（1 m3 ）中另需水
14、量100050/2.510080=800升10m3中另加水量 100.5/2.5110.8=7立方米水800L、土粉50Kg 、纯碱1Kg、KHm5Kg、NaCMC100L、 PHP80L依次加入并搅拌润滑剂在冲孔循环时加入依次加剂，池中成浆（10立方米）1. 先向池中加水，加水量 7000（ 1000100/2.5）X5=2200L；2. 搅拌基浆5罐，每罐加膨润土 100Kg、纯碱2Kg、放入池中；3. 再依次加入5%KHm溶液1000L、 2%NaCMC1000L、1%PHP溶液 800L4. 同时开泵水力冲搅20五、 无固相聚合物冲洗液聚合物：水溶性高聚物 分子量高 成膜性好 胶结性强
15、 岩芯钻探中： 植物胶类无固相冲洗液，如SM胶， SD,SH胶等 合成类胶聚合物无固相冲洗液，如PHP， PAA等。21（一）植物胶类无固相冲洗液聚糖类聚合物，每个糖环上有三个-OH亲 水基，固为非离子型聚合物。 该类无固相冲洗液的性能特点： 具有很好的护壁性能； 在降解剂作用下可自破胶，适用于水文 探井和供水井施工； 抗温性差。22无固相植物胶冲洗液配方配方：1m3 中10m3 中水98%980 kg9800kg植物胶2%20kg （与水的比例 为为2:100 ）200kg烧烧碱0.16%1.6kg （植物胶干 粉重量的8%） 16kg 23无固相植物胶水玻璃浆液配方（ 防城港电厂扩建中应用）配方：1m3 中10m3 中水90%900 kg9000kg植物胶2%20kg （与水的比例 为为2:100 ）200kg水玻璃（模数2.4以 上）8%15%80-150kg8001500kg 24无固相植物胶水玻璃冲洗液25防城港电厂植物胶水玻璃冲洗液 取心26防城港电厂植物胶冲洗液取心27防城港电厂植物胶水冲洗液取 心28防城港电厂植物胶水玻璃冲洗液 取心29防城港电厂清水钻进取心30防城港电厂植物胶水玻璃冲洗液 取心31（二）植物胶类低固相泥浆配方：1m3 中10m3 中膨土粉(钙
