如何了解巖石完整程度和裂縫性分級？

1.完整程度

巖石的完整程度對鉆進效果有著顯著的影響。巖石的完整程度與礦區的地質構造和斷裂帶分布情況有關,巖體中存在各種裂紋的總體情況決定了巖石的完整程度。我國新出版的《地質巖心鉆探規程》將巖石的完整程度分為五級:完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。但是沒有給出具體的劃分指標。

有些國家把巖石完整程度稱為巖石的裂隙性,用來描述巖體結構的不均性飛和各向異性。裂隙的存在破壞了天然巖體的完整性,巖塊被裂縫分割(例如卡斯特空洞和蜂窩狀通道),使巖石的強度降低,研磨性加大,將影響巖石的穩定性、變形能力、透水性、含水性、硬度和可鉆性巖石具有明顯裂隙性(不完整性)時,對鉆探生產的最直接影響是巖心采取率下降,鉆孔漏失,甚至出現孔壁掉塊。必須使用專用取心鉆具來保證取心質量,進行護壁堵漏,或采取措施隔水、加固孔壁。

定量地評定裂隙性(不完整性),哪怕是近似地估計,都是很有意義的。通常從線、面、體三方面來描述裂隙分布的密度和單個裂紋的尺寸大小。

(1)線指標(在孔內單位長度上裂隙的個數和交叉裂隙的總長度);

(2)面積指標(在單位面積孔壁上裂隙的個數,大小和裂隙的張開程度)

(3)體積指標(在鉆孔周圍空間單位體積上裂紋的個數,所占孔壁的面積和裂紋的體積)。

俄羅斯全俄勘探技術研究所認為,巖石的裂隙性在某種程度上可以反映鉆進過程中形成巖心的能力。巖石的裂隙性完全可以用鉆進過程中巖心的破碎程度(呈塊狀,還是呈碎渣狀)來描述。巖心的破碎程度(不完整程度)指標用1m孔段或1m巖心上巖心斷成小塊的塊數K來衡量(從孔內取上來的原始塊數,不允許人工敲碎巖心)。巖心采取率越高,對單位長度巖心的塊數K評價越準確。這個指標受鉆探工藝的影響較小,它反映了巖石本身真實的裂隙性,其相關系數在0.71-0.96的范圍內。這種描述巖石完整程度的指標可供我國鉆探界參考。

如果說用單位長度巖心的塊數K來評價巖石的裂隙性還只是一種近似估計的話,為了更準確地評定巖石的裂隙性,還可以引進一個補充準則—巖石的裂隙性指標。

W=D,KLA/tanB  式中:W為巖石的裂隙性指標,個數/轉;D4為巖心直徑,m;KL為單位長度巖的塊數,塊/m;λ為考慮巖心將被二次破碎的經驗系數;計算時可平均取λ=0.7;B為裂紋面與鉆孔軸線的夾角(可以從巖心上量取),(°)。  巖石裂隙性指標W的物理實質是鉆頭每轉一周遇到的裂紋數。綜合巖石的裂隙性指標W、單位長度巖心的塊數K和巖心采取率Bk三個指標,可更完整地評價巖石的裂隙性。

2、裂隙性分級

在綜合上述巖石裂隙性指標的基礎上,可以列出一個按裂隙性程度和獲取巖心難易程度的分類表(表2-26)。其中,單位長度巖心的塊數K是評價所鉆巖石裂隙性程度的基本指標,而巖心采取率B可作為補充指標。

為了做好巖心采取和護壁堵漏工作,對于巖石裂隙性程度在Ⅳ~V級的鉆孔,應借助儀器進行孔內測量,分析裂紋組及其體系,搞清楚裂紋的張開程度(長度、寬度),不連續程度,及其在走向和深度方面的變化,測定裂紋夾雜物質的成分和充填程度,以確定裂紋的類型,估計巖石的破碎程度和穩定性,并確定可能對巖石性質產生的局部或區域性影響。