针对复杂地层情况的岩心钻探相关技术研究与探讨

张永春,杨东河（.山东省地矿技工学校；.山东省地质探矿机械厂 ,济南 5004）

针对复杂地层情况的岩心钻探相关技术研究与探讨

张永春1,杨东河2
（1.山东省地矿技工学校；2.山东省地质探矿机械厂 ,济南 250014）

随着经济的快速发展，人们对于矿产的需要已经越来越重要，也造成了现阶段矿产资源的枯竭。在这种背景下，为了能够更好的提高矿山的使用时间，就需要向矿山更加深的地方开发。而越是深层次的地层就会面对越复杂的情况，难度也变得越来越多，对于技术的要求也就变的越来越高。所以，对于钻探技术的研究与开发是十分必要的。本次研究工作主要对复杂地层的岩心钻探相关技术进行了深入的探讨，并提出了相应的解决方法及策略。

矿产；钻探技术；复杂地层

0　引言

地质岩心钻探在我国社会经济建设中的有着举足轻重的地位，近几年发展速度也非常迅速的。由于矿山地表的矿产资源被过度的开发，而现有地质岩心技术的落后，矿山的深部矿产资源得不到有效的利用，导致矿山现有的服务年限非常短暂，市场矿产资源需求也得不到满足。为了解决以上问题，我国大部分地区将地质找矿的重心转向矿山深部资源的开发上。开发矿山深部资源将会大大增加复杂地层深孔钻探的施工难度，这对于复杂地层岩心钻探技术的要求大大提高。因此，提高我国复杂地层情况的岩心钻探技术水平的任务就显得十分紧迫。

只有提高我国深部钻探技术水平和施工能力，才能保证钻探工作的安全顺利进行，为我国的经济建设作出重大贡献。

1　相关概念介绍

在我国，对于地质岩心钻探技术的研究工作可以追溯到上个世纪的八十年代，在当时，能够达到的孔深度基本都是小于500米的。随着研究技术的不断深入，到了二十一世纪之后，许多钻探企业能够达到的深度都已经到了八百至一千五百米，甚至有的工程队都能够达到二千米的深度了。

而对于一些较为复杂的地层来说，在钻空的时候，常常会遇到坍塌、渗水等问题，这些问题的出现对于钻孔来说是十分不利的。为了能够更好的提高在复杂地层的钻孔，就需要对这些地层进行合理的分析，这样才能够有效的避免这些问题的出现。

2　钻探设备的配置

作为复杂地层情况岩心钻探的核心技术之一，钻探设备配置的合理性是至关重要的。钻机、钻塔、泥浆配制、泥浆泵和处理设备的配置必须要以地层情况和钻孔设计深度为依据。全液压动力头式钻机具有315m钻进行程，回转扭力和提升能力强大；可实现远距操作，大大减少了工作人员的劳动强度；过载保护性能好，精确控制转速和钻压，工作平衡可靠；可依据实际环境优选钻进参数等优点。因此，常选用该种钻机作为深孔钻进的设备，以满足复杂地况岩心钻进的工艺需求。

3　钻探机具的选择

要想做好一件事情，准备工作至关重要。相较于浅孔钻探而言，深孔钻探对取心工具和钻杆的要求更为严格。钻探机具的性能是否可靠稳定、效率是否达标，严重影响着深孔钻探工作的顺利进行。国内外金刚石绳索和铝合金钻杆的性能相对于其他工具来说，性能和效率都处于领先地位，因此建议深孔钻探选择这两者分别作为取心工具和钻杆。金刚石液动潜孔锤绳索取心钻具比较符合坚硬打滑地层或破碎地层的深孔钻井，回转阻力与孔的深度成正比例关系，为了进一步保证钻孔质量和钻孔工作的快速顺利进行，套管钻进技术或多技术集成的“三合一”钻进工艺都是一个较好的选择。

4　钻进工艺的优化

4.1钻孔结构

钻进方法、钻孔深度、护孔方法、地质条件及终孔直径等内容都是影响确定钻孔结构的重要因素。为了保证深孔钻探效率和钻孔质量，必须要进行终孔直径、下套管程序、换径次数、钻进深度及开孔直径等方面的合理设置。在进行复杂地层情况的岩心钻探工作时，地层情况和施工情况决定了终孔直径的设置。换径次数与深度的确定则要以地质要求、钻探设备能力为依据。当孔深超过1000m以上深度时一定要采用PW(5168)开孔，5146开孔则适用于小于1000m的孔深。

4.2钻进方法

一般来说，首先要确定岩石可钻性、研磨性及完整程度等内容，才能进行钻进方法的选择。聚晶金刚石、硬质合金较适用于可钻性低于7级的岩石钻进。绳索金刚石与普通金刚石回转较适用于可钻进性为4-12级的岩石钻进；金刚石冲击回转则适用于可钻性为7-12级的岩石钻进。反循环连续取样钻进可进行在松散破碎地层孔深大于500m的岩石钻进。

4.3钻头的选择与使用

在进行钻头类型选择工作之前，也要首先要确定岩石的可钻性、研磨性及完整程度等内容。岩石的硬密程度随着孔深的增加而增强，所属的可钻性级别也就越高。同时，较长时间的岩心打捞及钻头的提钻换，这些都对钻头的性能提出了更高的要求。一般国产的金刚石钻头都不符合深孔钻进的需求。虽然国外生产的金刚石钻头要价较高，但是却具有较长的使用年限、较高的工作效率等优点，为了保证深孔钻进工作的顺利进行及较高的经济效益，建议企业应使用该种钻头。

4.4钻进参数选择与优化组合

为了保证钻进效率和钻孔的质量，必须合理的设置转速、钻压、泵量等参数。当复杂地层的松散胶结性较差时，钻速的大小必须要合理设置，为了保证岩矿心采取率，可以采用孔底反循环取心钻进。有时还可采用低转速小泵量取心技术。

在超径的地层钻进时，要特别注意泵量的大小，因为在超径处，流速较低的岩粉会沉积下来，停泵会可能会发生夹埋事故。为保证岩粉的排出，要结合实际情况，比如泵量对钻头胎冲蚀、泵量对孔壁的冲刷等情况，再去合理的增大泵量。在钻进破碎岩层或钻孔弯曲的情况下，应采用较小的转速。在斜孔钻进时，为了稳定钻孔的轨迹，应采用较高的转速。在实际的钻探工作中，岩层的破碎程度、管材的强度都会影响转速的大小。

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[3]季伟峰,张宜.地勘用陀螺测斜仪研究现状及使用中主要问题的分析[D].探矿工程(岩土钻掘工程),2011(02).

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[5]沈立娜,阮海龙.国内外金刚石钻头的部分技术进展[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2011(05).

张永春（1987—），男，山东济南人，学士，助理工程师，主要研究方向：固体岩心钻探方向。