本文主要分析了金刚石水钻打孔机器应对复杂地层的形成原因并提出了钻进过程中的相应对策。
【关键词】金刚石水钻打孔;原因分析;综合治理
复杂地层钻进一直是小口径岩心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。因此在钻进前应当及时了解钻遇地层情况，优选钻探工艺并设计钻孔结构，以保障钻探工作的顺利进行。
1.复杂地层的形成原因
复杂地层的类型是多种多样的，其形成是地层本身和外力作用的结果，一般说来包括以下几个方面的因素。
1.1地层本身的矿物岩石组成造成的复杂地层
钻孔形成后，冲洗液立即渗入到孔壁地层中，当该段地层由粘土、泥页岩等组成时，遇水后其强度降低，颗粒胶结性迅速下降。后期在钻具以及冲洗液循环的作用下，容易破碎而发生掉块。当泥质成份中蒙脱石含量较高时，会吸水膨胀，造成缩颈而导致卡钻事故的发生。当钻遇盐膏层时，地层中的盐岩会发生溶蚀作用进入到冲洗液中，直接导致孔径扩大。
1.2风化作用下形成的复杂地层
风化作用破坏了坚固岩石的全部或部份的颗粒之间的联结，使岩石变得疏松，具有较大的缝隙，易于坍塌掉块与漏失。
1.3流水冲击作用、沉积作用等形成的复杂地层
流砂层、沉积的泥质地层，皆为流水沉积作用从而使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌、缩经。
1.4地质构造引起的复杂地层
地质构造引起的复杂地层。在地质构造运动形成的压力、振力和扭力等作用下，造成所谓压性、张性、扭性、压扭性和张扭性各类断层，这些大都由断层泥、糜棱岩、断层角砾，压碎岩、碎块岩和片状岩等分别组成，此类断层的延伸和宽度可以达几米、十几米、数百米不等。当钻进在破碎带时，由于钻具的频繁碰撞和冲洗液的冲刷，往往形成不同程度的坍塌和漏失。
1.5地下水溶蚀作用形成的复杂地层
水化和溶解是地下水溶蚀对岩石的主要破坏作用。当花岗岩中的长石被水化和溶解时，本来坚硬的长石，经过变化后，碳酸钾溶于水中被带走了，剩下松软的高岭土和石英粒混合体，钻进时极为坍塌。遇水中的碳酸 (气)变成碳酸氢钙，就今形成常见的溶洞，从而带来漏水、涌水等各种复杂问题。
1.6岩性本身造成的复杂地层
各类粘土层、泥页岩地层等在冲洗液和钻具的作用下，容易破碎而发生掉块，当泥质成份偏高时，也会吸水膨胀，造成钻进井壁不稳定。
2.复杂地层钻进技术对策
针对以上常见的六种复杂地层，结合相关资料和自身实践经验，提出以下建议。
①对第一种、第二种和第三种复杂地层，由于地层本身属于弱胶结地层，岩石颗粒粘结力很低，其对策是：在钻具起下钻过程中，应当控制起下钻的速度，防止因压力激动而导致孔壁失稳、掉块。从冲洗液方面来看，应当增加冲洗液的粘度，这样可以更好的粘接孔壁破碎带颗粒，增加其粘结力;同时适当控制泥浆泵的排量，避免返速过高而冲刷孔壁导致掉块塌孔;同时应当降低泥浆的失水量，控制失水量小于15ml/30min，对以蒙脱石含量高的泥页岩地层其失水量更应当控制在8m1/30min～10ml/30min以内，防止泥页岩地层遇水膨胀而导致缩颈、卡钻。钻遇盐膏层等含盐量较高的地层时，应当使用高盐度的钻探泥浆，防止地层中的盐岩发生溶蚀进入到泥浆中，使井径扩大。
对于破碎程度很大的地层，可用具有堵塞或胶结能力的物质注人地层，把松散、破碎的岩石胶结凝固在一起，以提高孔壁岩石的稳定性，如使用浓泥浆、水泥投球等。对于极端破碎的地层，可先用水泥浆封住破碎带，达到一一定强度后进行重新钻穿该段地层。此外，还可以采用套管直接封堵住该段破碎带，或者换成泡沫泥浆进行钻进。
②第四种地层主要的难点是出现断层泥，断层泥孔段钻探的主要问题有三个：第一，断裂段的岩层往往处于一种高地应力状态，钻孔形成后，岩层内部的应力平衡状态马上被破坏掉，应力作用下，断层泥发生塑性流动，从而导致缩颈卡钻;第二是断层泥中含有大量的粘土矿物，这类粘土矿物以蒙脱石为主，遇水后会发生膨胀，导致缩颈卡钻;第三是断层泥比表面积很大，存在很强的粘滞性，一旦遇水后即会把钻杆给包裹住，导致起拔钻杆困难。因此在该类地层钻进中，应当从钻井液的密度、失水量和润滑性三个方面进行控制。高密度的钻井液应当保匠能够平衡地层压力，具体视钻孔深度和地下水而定，失水量控制在8m1/30min～l0ml/30min以内，以控制地层的膨胀缩颈，泥浆中可掺人6%一 10%的植物油，以增加泥浆的润滑性。
③第五种喀斯特地层钻进时的主要特征是泥浆漏失量大，不返浆。在钻进过程中，若发现泥浆返浆较少，表明此时钻遇层段可能为出现了少量的裂隙，泥浆顺着这些裂隙流入地层深处。针对小缝小漏，可在泥浆中添加细微颗粒和纤维物质，如云母片、石棉粉、超细碳酸钙等;若出现大漏可使用桥接剂，包括贝壳渣、膨胀性堵剂等;严重漏失时可使用柴油一膨润土浆等;而对于溶洞性漏失，可往孔内投入粗砂、碎石、水泥球等，可借助于井下封隔器进行。水泥球中可掺人3%左右的固化剂，以提高同结时间。
3.结束语
治理复杂地层，应依据实际情况及钻进的要求，合理选择处理方法，切忌生搬硬套，少走弯路，降低成本才是最佳选择。