針對復雜地層情況的巖心鉆探相關技術研究與探討

張永春,楊東河（.山東省地礦技工學校；.山東省地質探礦機械廠 ,濟南 5004）

針對復雜地層情況的巖心鉆探相關技術研究與探討

張永春1,楊東河2
（1.山東省地礦技工學校；2.山東省地質探礦機械廠 ,濟南 250014）

隨著經濟的快速發展，人們對于礦產的需要已經越來越重要，也造成了現階段礦產資源的枯竭。在這種背景下，為了能夠更好的提高礦山的使用時間，就需要向礦山更加深的地方開發。而越是深層次的地層就會面對越復雜的情況，難度也變得越來越多，對于技術的要求也就變的越來越高。所以，對于鉆探技術的研究與開發是十分必要的。本次研究工作主要對復雜地層的巖心鉆探相關技術進行了深入的探討，并提出了相應的解決方法及策略。

礦產；鉆探技術；復雜地層

0　引言

地質巖心鉆探在我國社會經濟建設中的有著舉足輕重的地位，近幾年發展速度也非常迅速的。由于礦山地表的礦產資源被過度的開發，而現有地質巖心技術的落后，礦山的深部礦產資源得不到有效的利用，導致礦山現有的服務年限非常短暫，市場礦產資源需求也得不到滿足。為了解決以上問題，我國大部分地區將地質找礦的重心轉向礦山深部資源的開發上。開發礦山深部資源將會大大增加復雜地層深孔鉆探的施工難度，這對于復雜地層巖心鉆探技術的要求大大提高。因此，提高我國復雜地層情況的巖心鉆探技術水平的任務就顯得十分緊迫。

只有提高我國深部鉆探技術水平和施工能力，才能保證鉆探工作的安全順利進行，為我國的經濟建設作出重大貢獻。

1　相關概念介紹

在我國，對于地質巖心鉆探技術的研究工作可以追溯到上個世紀的八十年代，在當時，能夠達到的孔深度基本都是小于500米的。隨著研究技術的不斷深入，到了二十一世紀之后，許多鉆探企業能夠達到的深度都已經到了八百至一千五百米，甚至有的工程隊都能夠達到二千米的深度了。

而對于一些較為復雜的地層來說，在鉆空的時候，常常會遇到坍塌、滲水等問題，這些問題的出現對于鉆孔來說是十分不利的。為了能夠更好的提高在復雜地層的鉆孔，就需要對這些地層進行合理的分析，這樣才能夠有效的避免這些問題的出現。

2　鉆探設備的配置

作為復雜地層情況巖心鉆探的核心技術之一，鉆探設備配置的合理性是至關重要的。鉆機、鉆塔、泥漿配制、泥漿泵和處理設備的配置必須要以地層情況和鉆孔設計深度為依據。全液壓動力頭式鉆機具有315m鉆進行程，回轉扭力和提升能力強大；可實現遠距操作，大大減少了工作人員的勞動強度；過載保護性能好，精確控制轉速和鉆壓，工作平衡可靠；可依據實際環境優選鉆進參數等優點。因此，常選用該種鉆機作為深孔鉆進的設備，以滿足復雜地況巖心鉆進的工藝需求。

3　鉆探機具的選擇

要想做好一件事情，準備工作至關重要。相較于淺孔鉆探而言，深孔鉆探對取心工具和鉆桿的要求更為嚴格。鉆探機具的性能是否可靠穩定、效率是否達標，嚴重影響著深孔鉆探工作的順利進行。國內外金剛石繩索和鋁合金鉆桿的性能相對于其他工具來說，性能和效率都處于領先地位，因此建議深孔鉆探選擇這兩者分別作為取心工具和鉆桿。金剛石液動潛孔錘繩索取心鉆具比較符合堅硬打滑地層或破碎地層的深孔鉆井，回轉阻力與孔的深度成正比例關系，為了進一步保證鉆孔質量和鉆孔工作的快速順利進行，套管鉆進技術或多技術集成的“三合一”鉆進工藝都是一個較好的選擇。

4　鉆進工藝的優化

4.1鉆孔結構

鉆進方法、鉆孔深度、護孔方法、地質條件及終孔直徑等內容都是影響確定鉆孔結構的重要因素。為了保證深孔鉆探效率和鉆孔質量，必須要進行終孔直徑、下套管程序、換徑次數、鉆進深度及開孔直徑等方面的合理設置。在進行復雜地層情況的巖心鉆探工作時，地層情況和施工情況決定了終孔直徑的設置。換徑次數與深度的確定則要以地質要求、鉆探設備能力為依據。當孔深超過1000m以上深度時一定要采用PW(5168)開孔，5146開孔則適用于小于1000m的孔深。

4.2鉆進方法

一般來說，首先要確定巖石可鉆性、研磨性及完整程度等內容，才能進行鉆進方法的選擇。聚晶金剛石、硬質合金較適用于可鉆性低于7級的巖石鉆進。繩索金剛石與普通金剛石回轉較適用于可鉆進性為4-12級的巖石鉆進；金剛石沖擊回轉則適用于可鉆性為7-12級的巖石鉆進。反循環連續取樣鉆進可進行在松散破碎地層孔深大于500m的巖石鉆進。

4.3鉆頭的選擇與使用

在進行鉆頭類型選擇工作之前，也要首先要確定巖石的可鉆性、研磨性及完整程度等內容。巖石的硬密程度隨著孔深的增加而增強，所屬的可鉆性級別也就越高。同時，較長時間的巖心打撈及鉆頭的提鉆換，這些都對鉆頭的性能提出了更高的要求。一般國產的金剛石鉆頭都不符合深孔鉆進的需求。雖然國外生產的金剛石鉆頭要價較高，但是卻具有較長的使用年限、較高的工作效率等優點，為了保證深孔鉆進工作的順利進行及較高的經濟效益，建議企業應使用該種鉆頭。

4.4鉆進參數選擇與優化組合

為了保證鉆進效率和鉆孔的質量，必須合理的設置轉速、鉆壓、泵量等參數。當復雜地層的松散膠結性較差時，鉆速的大小必須要合理設置，為了保證巖礦心采取率，可以采用孔底反循環取心鉆進。有時還可采用低轉速小泵量取心技術。

在超徑的地層鉆進時，要特別注意泵量的大小，因為在超徑處，流速較低的巖粉會沉積下來，停泵會可能會發生夾埋事故。為保證巖粉的排出，要結合實際情況，比如泵量對鉆頭胎沖蝕、泵量對孔壁的沖刷等情況，再去合理的增大泵量。在鉆進破碎巖層或鉆孔彎曲的情況下，應采用較小的轉速。在斜孔鉆進時，為了穩定鉆孔的軌跡，應采用較高的轉速。在實際的鉆探工作中，巖層的破碎程度、管材的強度都會影響轉速的大小。

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[3]季偉峰,張宜.地勘用陀螺測斜儀研究現狀及使用中主要問題的分析[D].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011(02).

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[5]沈立娜,阮海龍.國內外金剛石鉆頭的部分技術進展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011(05).

張永春（1987—），男，山東濟南人，學士，助理工程師，主要研究方向：固體巖心鉆探方向。