深部地層地質巖芯鉆探技術探討

呂彥軍

（安徽省地質礦產勘查局332地質隊，安徽 黃山 245000）

深部地質巖心鉆探技術的興起，是為了配合地球深部探測科學，主要作用是為了研究地球所含低下物質，通過實物資料、信息監測以及地球物理現象，也是對地球進行研究的主要手段，并在對地球的研究中，對地球研究目的能夠實現問題上，發揮了重要作用。隨著人們的不斷發展，朝著地球深處尋找礦物已經成為了必要的發展趨勢，當前人們所運用的更為成熟的地址理論、遙感技術實時勘測，都是為了深部地層地質巖心鉆探提供基礎，只有采用地心取樣的方法，才能正式對之前所做的判斷和推斷準確性進行驗證。深部鉆探技術能夠讓人門對地球的檢測更具核心地帶，此外還能對地殼、上地幔的整體結構和醉成進行研究，從而對一些地質災害做好預防，降低災害帶來的經濟損失，發展地球科學技術以及地質勘察工作，能夠有效存進社會發展，提升人們生活質量。

1 深部地層地質巖心鉆探定義

一般而言，根據孔的深度分成五個階段，分別是：淺 孔，0m～300m；中 淺 孔，300m～600m；中 深 孔，600m～1200m；深孔，1200m～2500m；特深孔，大于2500m。

2 施工深部鉆探中出現的技術問題

2.1 鉆探設備選取 （如表1所示）

對于鉆機而言，對于型號的選取要能夠結合鉆探地區的地質狀況、鉆孔設計、鉆孔結構、巖石的力學性質等，這些因素都會直接影響到鉆探工作實施，因此實際工作還要根據現場實際情況來制定。

表1 鉆進深度不同所選擇的鉆探設備

實際工作中，對與鉆桿的選用，一般都為F89mm國產伸縮取芯鉆桿，或者是F71mm繩索取芯鉆桿。在鉆具的選用方面，應選取液動沖擊錘繩索取芯鉆具，這樣一來才能適應相對復雜的地質狀況，從而確保對巖礦芯的采取率[1]。而在鉆頭的選取上，則需要選取高胎體同心圓鋸齒型金剛石鉆頭，同時還要能夠保證鉆頭環狀工作的面寬、水口深，這樣才可以保證鉆頭在工作中，能夠具備良好的通水性，不易崩胎體。

2.2 鉆井液的選取

鉆井液在鉆探在鉆探工作中的作用，主要是為了保證鉆進工作高效、安全，因此對于繩索取芯鉆進所使用的鉆井液，有以下幾點需求：第一點，不會與巖體、巖粉等發生一些化學反應，同時還要保證不會隨著地溫的不斷提升，出現絮凝和講解等不良現象；第二點，對地下水和地表不會造成污染；第三點，低固相或為無固相，并且還能對鉆到起到顯著的冷卻排粉功能；第四點，保證鉆井液低粘度、高分散和低失水性[2]。

3 深部地層地質巖心鉆探工程案例

以我國某地區項目ZK5409號孔為例，ZK5409孔在設計時，設計孔深為2260m，最終孔深2237.53m。礦區內部環境相對穩定，出現涌水、垮塌孔等現象也相對較少，并且不具備連續性，而局部破碎則在1000m～1200m之間出現，因此在實際工作中選取了相對簡單的鉆孔結構。

鉆孔結構：1m～20m之間，采用F127mm口徑；20m～50m之間，采用F108mm口徑；50m～1350m之間，選用F95mm口徑；在1350m之后，最終選擇F75mm口徑。而在鉆機型號的選取工作中，則是選取了HXY-6B，泥漿泵為BW-320。鉆塔為SGX17。鉆機動力為150kW，伸縮絞車動力為7.5kW。而在鉆井液的選擇上，采用2000萬分子量的水解聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素和高效鉆井潤滑劑等作為泥漿的材料。同時，在施工過程中，工作人員還依據當前地層的變化選用適量的調配藥劑用量，此外還配置好了專業的除砂裝置以及泥漿沉淀池，從而保證工作過程中有效降低沖洗液固相含量。

在保證鉆進工作完善的同時，還需要針對鉆進過程中出現的問題進行重視，一般而言為以下幾點：第一點，當鉆孔工程鉆進到1700m之后，鉆頭的壽命會明顯縮短，鉆頭消耗速度也會提升，從而導致起下大鉆工作頻繁，對于孔壁的穩定來說，有著嚴重的安全隱患，同時勞動強度大，對鉆進效率造成嚴重影響；第二點，鉆孔頂角控制難度大，對于造斜地層而言，頂角控制難度更大；第三點，鉆進工作進行了一段時間之后，易發生斷鉆桿現象。

針對以上幾點問題，需要采取相應的管理措施進行解決：第一點，工作人員可以適當降低鉆進壓力、做好水泵的水路密封以及鉆桿工作，對鉆頭的工作面實施加高處理、提升鉆頭出水性，同時還可以在鉆頭上鑲嵌金剛石聚晶材料，這樣一來就能直接解決鉆頭使用壽命短的問題；第二點，在工作中，要保證地基和地盤的整體穩定性，同時對鉆塔與鉆機的安裝工作而言，還要保證安裝的周正、水平和牢固，并保證鉆塔的提引器中心、鉆孔中心，天車輪以及主動鉆桿中心能夠保證在一條鉛垂線上；第三點，認真對鉆桿與其配套接手進行檢查工作，如果出現了破損現象，應當及時進行更換，當鉆柱啟動的過程中，還需要保證鉆桿能夠處于拉伸的狀態，而在鉆柱啟動的時候，應當慢慢松開離合器，從而防止機械啟動的瞬間扭矩的作用力施加到鉆柱上，導致專注受傷，在鉆工作進行時，還需要降低鉆進壓力，對泥漿潤滑性也要進行改善，從而降低鉆柱的扭矩，同時，還要做好孔口封閉措施，防止巖粉隨泥漿進入套管和孔壁之間的間隙抱埋套管。通過以上幾種措施，就能夠直接降低鉆進工作中出現的幾點安全隱患，保證鉆探工作順利實施開展。

4 結語

深部地質巖芯鉆探施工在獲得地球深部地質信息的同時其資源投人也是非常大，此外由于深部鉆探技術能夠讓人門對地球的檢測更具核心地帶，此外還能對地殼、上地幔的整體結構和醉成進行研究，從而需要對一些地質災害做好預防，因此施工過程中的施工管理尤為重要。

為了保證工作的完善，還需要工作人員能夠做好現場監督、材料供應，理順施工生產活動中的協作配合關系，落實責、權、利一致原則，只有依靠集體力量才能取得較好工作效果。

[1]周龍濤,劉金凱,郭欣.深部地質巖芯鉆探技術探討[J].工業c,2016,(6):70-70.

[2]王盛,熊柏槐,宋國清.深部地質巖芯鉆探技術探討[J].西部探礦工程,2016,(3):63-63.