定向钻如何顺利穿越硬岩及砂砾层

非开挖定向钻施工中，常常碰到砂层、卵石层、岩石层，这为施工带来极大困难，那么我们怎么做才能成功穿越呢？

 

1、土层

在粘土、泥页岩中钻进，突出问题之一是孔壁的遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。其原因是粘土、泥页岩中存在着大量的粘土矿物，使孔壁粘土接触到成孔液中的水份时，即发生粘土的吸水、膨胀、分散。针对这种水敏性地层，尽量减少成孔液对地层的渗水。

 

2、砂层
砂层根据其颗粒级配大致可分为粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾砂等。这类地层称为机械分散地层。由于颗粒之间缺乏胶结，钻进时孔璧很容易坍塌。在这类地层进行时，要合理的选择钻进工艺，选择优质钻井液护壁。

 

1.1钻进工艺

1）在砂层施工，可选用常规的导向钻进，钻孔轨迹要尽量降低入射角和出射角，避免在砂层出现太大的钻孔弯曲弧度。钻头选用硬质合金导向钻头；

2）增加导向钻头斜掌和流砂的接触面积，改善斜掌造斜和纠斜功能，从而达到导向钻头沿预期设定的钻孔轨迹延伸，保证了导向精度。

3）在导向孔施工完毕以后，要尽快开始扩孔，砂层的内聚力小，在扩孔时要尽量减少扩孔级数，减少钻具在孔内的震动次数，有效的防治孔壁坍塌。

 

1.2钻进液
钻进液主要用于稳定孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却钻具、清除钻渣等作用。在砂层中钻进，结合砂层的特点，适当提高钻井液的密度，增大粘度和降低失水，而且要考虑其可泵性。在泥浆体系的配比中，一般选用在钠基膨润土的泥浆加少量润滑剂。

 

3、卵石层
卵石层的结构极其不稳定，属于机械分散地层，颗粒之间缺乏胶结。在导向孔施工时，会出现塌孔、钻进轨迹难控制、钻渣排除困难、卵石难破碎、钻井液漏失等情况。在扩孔施工时，还会出现扩孔器卡死，甚至埋钻的现象。因此，在该地层进行非开挖施工时，要详细了解卵石层的密实情况、粒径级配、层厚度等，合理的设计钻孔轨迹、选择合理的钻具、优质的泥浆以及扩孔器，以提高钻进效率和方向控制。

 

1.1 钻进工艺

1）在卵石层施工，可选用硬质合金钻头回转挤压的顶进方法，对卵石进行挤压，形成致密的孔壁，选择聚拢压碎和劈裂大直径卵砾石的功能的钻头。

2）在导向孔施工完毕以后，要尽快进行扩孔，避免因裸孔时间过长而出现塌孔现象，扩孔可选用镶有硬质合金齿的圆锥形钻头分级进行扩孔，分级扩孔钻头的直径要根据实际情况而定，各级之间的钻头直径差一般控制在50mm。

 

1.2 泥浆护壁
对于卵石层来说，泥浆护壁是很大的难点。卵石层结构一般很松散，容易坍塌，孔隙大，耗费泥浆，所以在卵石层中进行施工的时候，关键的问题是解决要优化泥浆配比，选择高粘度的泥浆，但是也要充分考虑因为泥浆粘度太高而影响钻进效率的弊端。在利用泥浆护壁的同时，还要做好防止漏失的准备，在有必要时要定期向孔内灌注堵漏浆材。

 

4、硬岩层

未风化花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质砾岩、硅质石灰岩等，这些都属于硬岩。

 

1.1 特点

1）由于岩石坚硬、摩擦性强，钻进时破碎岩石所需要的消耗大，钻头磨损厉害，容易烧钻；

2）钻进坚硬岩石形成的井壁相对稳定，除了遇到较大的地层破碎带，一般情况下不易发生像土层、泥页岩和砂砾层那样的坍塌垮孔；

3）由于硬岩钻进多采用磨削方式碎岩，钻屑颗粒细小，因而悬排钻屑较为容易，对硬岩地层成孔液的设计应侧重于增强润滑性和冷却性，减少固相含量以利于提高钻速;而对成孔液的悬排能力和护壁性往往要求不高。

 

2.1 钻进工艺

在岩层中进行钻进，要采取“高转速、低压力”原则，才能取得较高的效率。我们可以借鉴岩心钻探和石油钻井的经验，采用冲击回转钻进的方法，高效率破碎岩石。冲击回转钻进的工艺冲击回转导向法具有效率高，易操作,适应地层广，适于城市施工等特点。