复杂地层分类
复杂地层的钻探工艺与泥浆使用
复杂地层的钻探工艺与泥浆使用杨培全【摘要】对于复杂地层,采取何种钻探工艺,直接关系到能否达到设计目的和能否发挥最大效益,绳钻与普双钻进行比较,在多煤层、多泥岩、含断层、易坍塌、易膨胀地层,采用普双钻进更能体现它的优越性.选择相适应的化学泥浆,除要防坍塌、防垮孔外,还要在遇坍塌、垮孔后能将泥浆性能在较大范围调节,以达到预期效果.【期刊名称】《江西煤炭科技》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】3页(P110-112)【关键词】复杂地层;钻探工艺;普双钻进;泥浆护壁【作者】杨培全【作者单位】江西省煤田地质局二二四地质队,江西,分宜,336600【正文语种】中文【中图分类】P634万载县苎麻埚井田含煤地层为安源组,可采煤层7～8层,而且炭质泥岩及断层较多,岩层破碎,加之倾角大时,极易吸水膨胀、垮塌。
在该矿区施工我们同时采取了绳索取芯钻进和普双钻进。
采用绳索取芯施工5个钻孔,采用普双钻进施工了8个钻孔。
从两种钻探方法看,绳索取芯钻进难度很大,5个钻孔有4个因较厚的破碎层或较多的煤层垮孔,靠扩孔下套管护壁完成,而且事故多效益极低。
而采用普双钻进,施工的8个钻孔,除有2个孔在第四系与基岩接触面下入套管护壁外,其余钻孔,遇断层、厚煤层、炭质泥岩时垮孔,但在调节泥浆性能后都能顺利施工,质量和经济效益有明显的优势。
万载苎麻埚矿区地层中,水敏性、破碎层位及厚煤层较多(煤层主要为粉煤,瓦斯含量高),极易吸水膨胀、垮塌(见图1),断层带一般为砂及泥、砾石碎屑,易跨塌(见图2)。
对于煤层中的垮塌,经调节泥浆性能后,用绳钻自身钻具都能正常扩孔下套管,而对于断层引起的垮塌由于坍塌物粒径较大,绳钻难以从孔壁间隙返上孔底沉渣和坍塌物,而普钻由于钻具孔壁间隙较大,冲洗液粘度又可调到较大值,可调粘度40″～60″,而钻具回转不受到影响,孔内4 mm以下的坍塌物都可返出孔内,故而对于一般坍塌地层都可顺利施工。
1)绳索取芯钻进由于采用口径较小(Φ75 mm),而且上下钻具同径,正常稳定地层施工上下钻具时间少,而双管钻进又保证了岩芯的采取率,同时采用高转速金刚石钻进,故而钻进的效率高,质量有保障。
地理地形分类
地理地形分类1、丹霞地貌由巨厚的红色砂岩、砾岩组成的方山、奇峰、峭壁、岩洞和石柱等特殊地貌的总称。
岩石地貌类型之一。
主要发育于侏罗纪到第三纪，产状水平或缓倾斜的红色陆相地层中。
以中国广东省韶关市仁化县境内的丹霞山为典型。
具顶平、坡陡、麓缓的形态特点。
丹霞地貌的发育，始于第三纪晚期的喜马拉雅运动，它使部分红层变形，并将盆地抬升。
红色地层沿着垂直节理受到流水、重力作用、风力作用等侵蚀，形成深沟、残峰、石墙、石柱、崩积锥以及石芽、溶洞、漏斗、石钟乳等地貌形态。
主要山体呈方山状、堡垒状、宝塔状、单斜状峰群等。
丹霞地貌区奇峰林立、景色瑰丽，旅游资源丰富，有的早已成为风景区，如丹霞山、金鸡岭、武夷山等。
是研究、恢复红色盆地的古地理环境的最佳地区。
2、喀斯特地貌具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称。
又称岩溶地貌。
水对可溶性岩石所进行的作用，统称为喀斯特作用。
它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。
这种作用及其产生的现象统称为喀斯特。
喀斯特是南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的地名，当地称为Kras，意为岩石裸露的地方。
近代喀斯特研究发轫于该地而得名。
喀斯特地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区。
可溶性岩石有3类：①碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥灰岩等)。
②硫酸盐类岩石（石膏、硬石膏和芒硝）。
③卤盐类岩石（钾、钠、镁盐岩石等）。
总面积达51×106平方千米，占地球总面积的10％。
从热带到寒带、由大陆到海岛都有喀斯特地貌发育。
较著名的区域有中国广西、云南和贵州等省（区），越南北部，南斯拉夫狄那里克阿尔卑斯山区，意大利和奥地利交界的阿尔卑斯山区，法国中央高原，俄罗斯乌拉尔山，澳大利亚南部，美国肯塔基和印第安纳州，古巴及牙买加等地。
中国喀斯特地貌分布广、面积大。
主要分布在碳酸盐岩出露地区，面积约91～130万平方千米。
其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一；西藏和北方一些地区也有分布。
地质环境条件复杂程度分类
地质环境条件复杂程度分类复杂：１、地质灾害发育强烈２、地形与地貌类型复杂３、地质构造复杂，岩性岩相变化大，岩土体工程地质性质不良４、工程地质、水文地质条件不良５、破坏地质环境的人类工程活动强烈中等：１、地质灾害发育中等２、地形较简单，地貌类型单一３、地质构造较复杂，岩性岩相不稳定，岩土体工程地质性质较差４、工程地质、水文地质条件较差５、破坏地质环境的人类工程活动较强烈简单：１、地质灾害一般不发育２、地形简单，地貌类型单一３、地质构造简单，岩性单一，岩土体工程地质性质良好４、工程地质、水文地质条件良好５、破坏地质环境的人类工程活动一般注：每类５项条件中，有一条符合复杂条件者即划为复杂类型。
地质灾害主要分为：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面塌陷等六种类型，其中崩塌、滑坡、泥石流是目前所有地质灾害发生次数中最多的三种。
上述六种地质灾害类型的特征如下：崩塌是指地质体在重力作用下，从高陡坡突然加速崩落（跳跃）。
具有明显的拉断和倾覆现象。
滑坡是指地质体沿地质弱面向下滑动的重力破坏。
滑坡通常具有双重含义，可指一种重力地质作用的过程，也可指一种重力地质作用的结果。
泥石流是指由于降水（暴雨、冰川、积雪融化水）在沟谷或山坡上产生的一种携带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流。
其汇水、汇砂过程十分复杂，是各种自然和（或）人为因素综合作用的产物。
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。
地裂缝是地表岩层、土体在自然因素(地壳活动、水的作用等)或人为因素(抽水、灌溉、开挖等)作用下,产生开裂,并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种宏观地表破坏现象。
地面沉降是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象）。
地质作用的分类根据产生地质作用的能源及作用发生的部位，地质作用分为内力地质作用和外力地质作用两类内力地质作用是因地球内部能产生的地质作用，这类地质作用主要发生在地下深处，有的可波及到地表。
地层划分对比
标准化石法、化石组合法
标准化石：演化快、地理分布广、数量丰富、特征 明显、易于识别的化石。
❖ 在应用标准化石法时应注意其精度
（2）生物学方法
化石组合法是根据地层的化石组合对比地层的方法
化石组合：指在一定的地层层位中所共生的所有化 石的综合。
2.地层对比的方法
（1）岩石学方法 按两地岩层的颜色、成分、结构和构造的相似性来
建立其对比关系的方法。
❖ 岩层在侧向连续的条件下，不同地区的岩石学特征相当 的地层是可以对比的。
❖ 绝大多数岩石地层单位是穿时的。
标志层方法
❖ 标志层：指厚度不大、岩性稳定、特征突出、易于识别、 分布广泛接触关系类型 地层之间的接触关系类型的差异是地壳运动
及其性质的不同表现形式。往往会引起自然 地理环境的巨大变化，造成生物界的重要变 革。 1）、整合接触（Conformity） 连续沉积的上下两套地层之间无明显的截然 变化（沉积作用基本没有停止，无缺失地层 现象）。
岩性由一种或一种以上构成，厚度几米乃致数百米， 有一定的分布范围，上、下界线清晰；是野外地质 调查和填图中最重要的基本岩石地层单位。
岩石地层单位-组
建组条件：
❖ 岩性相对一致（均一、夹层、互层或特别复杂） ❖ 内部结构一致（内部不分段的组为一种结构类型，内
部分段的组可有多种结构类型） ❖ 顶底界线明显（不整合或明显的整合） ❖ 一定和厚度和分布范围（一般要求能在区域地质图
（1）岩石学方法
标志层通常用于地层对比
标志层有两种类型：
❖ 穿时性的标志层，如地层中的砂岩夹层、煤层、蒸发岩 层等；
❖ 等时性的标志层，如火山灰层、小行星撞击事件层及风 暴岩层等。
中国区域年代地层表
内容简介分为三大部分，第一部分介绍了地层学的相关知识，包括地层学的相关概念（地层学、地层、地层单位、地层术语、层型、带及面等）、地层划分的类别（岩石地层划分、生物地层划分、年代地层划分、磁性地层极性划分及层序地层划分等方法）、岩石地层单位相关知识及生物地层单位相关知识；第二部分详细介绍了中国海相地层及陆相地层的分阶情况（包括命名的时间、地点、人物及层型剖面位置，生物化石标志，层型剖面岩性特征，同期岩石地层单位，与国际地层表中的同期地层阶位对比，底界年龄）；第三部分主要是附表，包括最新版的中国海相和陆相区域年代地层表及国际地层表。
第一部分地层概述前言近20年来，我国的地层工作在《中国地层指南及中国地层指南说明书》（1981）（以下简称《指南》）所倡导的地层分类、术语、划分原则及地层单位的建立与修订程序的指导下，取得了极大的进展。
一般概念1.1 地层学（Stratigraphy）地层学是研究构成的所有层状或似层状岩石体固有的特征和属性，并据此将它们划分为不同类型和级别的单位，进而建立它们之间的空间关系和时间顺序的一门基础地质学科。
地层学的研究范围实际上涉及到岩层中所有能识别的特征和属性（包括形状、分布、岩性特征、化石内容、地质年龄、地球物理和地球化学性质等），及其形成环境或形成方式和演化历史。
构成地壳的各类层状或似层状的岩石——沉积岩（包括固结的或未固结的沉积物）、火山岩及变质岩都属于地层学的研究范畴。
1.2 地层（Stratum, Strata）地层是具有某种共同特征或属性的岩石体。
能以明显界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩石体相区分。
1.3 地层分类（Stratigraphic classification）根据构成地壳的岩层、岩石体的不同方面的特征或属性，将其划分成不同类型的地层单位。
地层所具有的特征是多样的，属性也不尽相同，每种特征或属性原则上都可以据以作为地层分类的依据。
因此，地层划分的类别也是多样的。
多重地层的划分
一般概念1.1 地层学（Stratigraphy）地层学学是研究构成的所有层状或似层状岩石体固有的特征和属性，并据此将它们划分为不同类型和级别的单位，进而建立它们之间的空间关系和时间顺序的一门基础地质学科。
地层学的研究范围实际上涉及到岩层中所有能识别的特征和属性（包括形状、分布、岩性特征、化石内容、地质年龄、地球物理和地球化学性质等），及其形成环境或形成方式和演化历史。
构成地壳的各类层状或似层状的岩石——沉积岩（包括固结的或未固结的沉积物）、火山岩及变质岩都属于地层学的研究范畴。
1.2 地层（Stratum, Strata）地层是具有某种共同特征或属性的岩石体。
能以明显界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩石体相区分。
1.3 地层分类（Stratigraphic classification）根据构成地壳的岩层、岩石体的不同方面的特征或属性，将其划分成不同类型的地层单位。
地层所具有的特征是多样的，属性也不尽相同，每种特征或属性原则上都可以据以作为地层分类的依据。
因此，地层划分的类别也是多样的。
如，岩石地层、生物地层、年代地层，等等。
1.4 地层区划（Stratigraphic regionalization）由于中国地域辽阔，各个地区的地层发育特征和状况颇不相同，把不同地区的地层加以对比研究，找出其共同点和不同之处，阐明其原因，并划分出不同的地层区域，这即是地层区划。
这种划分不但具有重要科学意义，而且也有很大的实用价值。
地层工划主要依据地层发育的总体特征来划分。
而决定和影响这些特征的，主要是地壳的活动性、古地理与古气候条件、古生物群的变化等综合因素，其中构造环境起着控制作用。
现行的地层区划，是综合各个层系共同特点的综合地层区划。
地层区划可分为两级。
一级地层区划（即地层区），相当于大地构造分区上的一级构造单元（或构造域）；在同一地层区内，“系”级以上地层单位在岩相和生物区系上应可对比，“统”级地层单位可基本对比。
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施秦如雷;段隆臣【摘要】钻探是为地质工作取得一手资料所采取的直接有效的手段.钻探工作中经常遇到地层渗漏、孔壁坍塌、钻孔缩径等复杂地质情况,由于孔壁的不稳定,常会出现卡钻、埋钻事故.若不及时治理,就可能造成孔内事故频繁发生,处理时间过长,或将导致钻孔报废.为了快速、安全、准确的钻探取心,就要从最初钻探设计时便开始采取“预防为主,防治结合”的原则.结合上宫金矿等实例,总结出钻前预留一级孔径、钻中采用套管与钻井液堵漏等方法,为后续钻进工作达到又快又好的效果,提供一些技术参考.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2011(038)010【总页数】4页(P6-9)【关键词】岩心钻探;复杂地层;防治措施;护壁堵漏;套管;钻井液【作者】秦如雷;段隆臣【作者单位】中国地质大学〈武汉〉工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学<武汉〉研究生院,湖北武汉430074;中国地质大学〈武汉〉工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P635.5俗话说“工欲善其事，必先利其器”，为了快速安全的钻进，首先便要搞清所钻地层的基本性质。
有关资料统计，复杂地层在地质钻探时发生的工程进尺只占30%左右，而完成这些工程量所要花费的工程成本，却占整个工程成本的60%以上，而且95%以上因事故而报废的工程量又都发生在这些复杂地层的钻进中。
所以钻遇复杂地层时，应慎重的采取适合的钻进方法。
但是，万变不离其宗，不论何种钻探方法，其设计时都应本着“预防为主，防治结合”的原则进行。
在钻探过程中，遇到的复杂地层通常可分为2类:一是在构造运动作用下形成的复杂破碎地层，即由地质构造运动所产生的挤压、张拉、剪切等作用，使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理，其中坚硬的脆性岩石受构造力的剧烈作用最容易形成复杂破碎地层。
二是由外力地质作用所形成的复杂破碎地层，即风化层、河流冲积层、洪积层，风积层。
地层的划分与对比及地质年代表
第二节地层的划分与对比及地质年代表一、地层划分与对比的概念(一)地层划分地层的划分是地层学的一项基础任务，也是地质工作的基础。
其目的在于确定区域地层层序和建立相应的地质年代系统。
我们把一个地区的岩层，按其形成的先后顺序、岩性、化石等特征归纳成不同级别的地层单位，建立区域地层层序，了解该区域地层在时间上的变化规律，称为地层划分。
如果地层形成以后，一直保持其原始生成顺序，即老地层在下，新地层在上，属正常层序。
但在地壳发生过强烈运动的地区，由于岩层遭受褶皱和断裂的影响，使原始地层产状发生变动，甚至倒转，使早期形成的岩层覆盖于晚期形成的岩层之上。
因此地层划分首先要判定地层的正反顺序，建立正常层序。
地层的特征和属性是多种多样的，如岩层的几何形态、接触关系、岩性、岩石组合、化石特征、地球物理和地球化学性质等，其中任何一种特征都可以作为划分地层的依据。
由于切分地层的依据和标准不同且具有多样性，因而可以划分出多种地层系统，不同种类的地层划分可以重叠在同一剖面上进行，这就是地层单位和地层划分的多重性。
目前常用的有岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位三种。
(二)地层对比在地层划分的基础上，将不同地区(或剖面)的地层进行比较，论证其地质时代、地层特征和地层层位的对应关系，即为地层对比。
在实际工作中，由于特征和依据不同，有不同种类的对比。
例如：岩石地层对比是论证岩性特征和岩石地层位置是否相当；年代层对比是要论证地层的地质年龄和年代地层单位的位置是否相当；生物地层对比是要说明含化石层的化石内容和生物地层位置是否相当。
地层划分与对比两者在原则和依据上是同一的，在方法上是有密切联系的。
二、地层划分与对比的方法(一)岩石地层学方法凡是以地层的岩性特征为主要研究内容，以岩性界面变化为准，划分地层，是建立区域地层层序的主要方法统称为岩石地层学方法。
岩石特征主要指岩性、岩石组合、岩相、岩层的横向展布和岩石的变质程度等。
根据岩石特征的相似程度，对地层进行划分，并建立岩石地层系统。
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复杂地层分类
地层是由各种造岩矿物以不同集合形式组成，矿物的成分、性质和结构构造决定了各种类型岩层的物理、力学性质，如岩石的强度、硬度、弹塑性、脆性、水溶性和水化性等。
钻进过程中出现的各种复杂情况与岩石性质密切相关。
另外，岩层在形成过程中或形成以后，在扭转、挤压、风化、搬运、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用下，形成松散层、破碎带、孔隙环境、裂隙环境以及溶隙性环境，也是钻进过程中经常遇到的各种复杂情况。
根据复杂地层的成因类型、性质和状态及其在钻进过程中可能出现的情况，可将复杂地层分类如表所示。
地层分类成因类型典型地层复杂情况
各种盐类地层水溶性地层盐岩、钾盐、光卤石、芒硝、天然碱、石膏钻孔超径，污染泥浆，孔壁掉块，坍塌
各种粘土、泥岩、页岩水敏性地层(溶胀分散地层、水化剥落地层)松散粘土层、各种泥岩、软页岩，有裂隙的硬页岩，粘土胶结及水溶矿物胶结的地层膨胀缩径，泥浆增稠，钻头泥包，孔壁表面剥落，崩解垮塌超径
流砂、砂砾、松散破碎地层松散的孔隙性地层，风化裂隙发育地层，未胶结的构造破碎带流砂层，砂砾石层，基岩风化层，断层破碎带漏水，涌水，涌砂，孔壁垮塌，钻孔超径
裂隙地层构造裂隙地层，成岩裂隙地层节理、断层发育地层漏水，涌水，掉块，坍塌
岩溶地层溶隙地层溶隙、溶洞发育地层(石膏，石灰岩，白云岩，大理岩)漏水，涌水，坍塌
高压油、气、水地层封闭的储油、气、水的孔隙型地层，裂隙及溶隙地层储油、气、水的背斜构造，逆掩断层的封闭构造井喷及其带来的一切不良后果
高温地层岩浆活动带与放射性矿物有关地层地热井、超深井所遇到的地层泥浆处理剂失效，地层不稳定，H2S造成危害
上述复杂地层，一些主要表现为井壁直接松散、破碎;一些主要表现为遇水后水化、水溶;另一些则主要表现为漏失、涌水;还有一些主要表现为压力温度异常。
许多情况下，地层的多种复杂表现兼而有之，或以一种为主，其他为辅;或是先有一种表现，继而再出现其他复杂状况。