深孔钻探降低钻探成本方法

2015-12-15王幼凤

安徽地质 2015年1期

王幼凤

（安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237010）

0 引言

钻探是一项复杂的工程技术，其工作对象是岩石，地下岩层的不确定性、隐蔽性使钻探施工的经济效益具有风险性。影响钻探成本的主要因素是钻探效率，而科学的成本管理也是提高钻探经济效益的关键。本文主要对近年来所施工的深部钻探孔成本的构成、降低成本的途径进行了浅析，以供同行参考。

1 钻探成本构成及分析

1.1 钻探成本

关于钻探成本有广义钻探成本和狭义钻探成本两种表述。

地勘单位钻探生产经营中，为获取和完成工程目的所支付的一切代价，即所支出的费用之和，称为广义钻探成本（或钻探综合成本）。

在钻探项目施工现场所耗费的人工费、材料费、施工机械使用费、现场其他直接费及为项目组织工程施工所发生的管理费用之和称为狭义钻探成本（或称为直接成本）。其成本的发生局限在某一项目（或单孔）范围内，不包括地勘单位经营期间的经营费用、利润和税金。狭义钻探成本是项目成本核算的主要内容。

1.2 钻探成本的构成

国家或部门在不同时期会按不同地层条件和当时的技术水平、物价、人工费等因素颁布每米综合钻探成本单价。钻探成本主要包括下述内容：

1.2.1 直接费

钻探直接费由人工工资及工资附加费、材料费、动力（燃料）费、设备折旧费、管材摊销费、修理费、运输费、临时场地占用费、青苗赔偿费、施工准备费（现场路通、电通、水通及场地平整费等）、现场管理费（通讯、差旅、住房、办公、协调等）、环境保护等费用构成。

1.2.2 间接费

钻探间接费包括综合管理费、教育、劳保、养老、医疗、保险等费用。

1.2.3 税金

按钻探工程费用总额依国家规定比例上缴税务部门。

1.2.4 利润

利润是所承担的钻探工程总费用减去直接费、间接费、税金三项费用后，所获剩余部分。工程预算时按国家计划利润率计算。

1.3 钻探成本分析

在钻探成本构成中，直接费用是可变成本，间接费用变化较小，税金是不变成本，实际利润率受直接费用支配。在地质条件、孔深、孔径、施工环境、质量指标等因素和钻探总费用确定的情况下，直接费用是成本控制的关键。例如，安徽省地矿局313队2012～2013年施工的安徽庐枞科学钻探LZSD-1孔和江西赣州南岭科学钻探NLSD-1孔的合同总费用基本相同，孔深相近（分别为3008.29m和2967.83m），均采用N系列绳索取心钻进，但因平均台月效率差异明显（分别为300.83m和112.85m），导致两孔的利润也相差很大（图1、图2）。

由图看出：两孔钻探直接费用占总费用的比例分别为58.2%和86.0%；间接费用与税金分别为10.1%和12.3%；实际利润分别为31.7%和1.7%。直接费用中除施工前期准备费（修路、平整场地、拆迁、安装、架电、土地临时征用、青苗赔偿、临时设施、现场管理费、运输费等）变化较小外，其余费用均受钻探台月效率、工期影响。直接费用的升降直接影响钻探工程项目的亏盈。

图1 LZSD-1孔钻探成本构成比例关系Fig.1 Component ratio of drilling cost of LZSD-1 hole

图2 NLSD-1孔钻探成本构成比例关系Fig.2 Component ratio of drilling cost of NLSD-1 hole

2 影响成本和效率的因素

分析和经验表明，影响钻探成本的主要因素是直接成本，而直接成本又主要取决于钻探技术水平，反映钻探技术水平的是台月效率。台月效率愈高则成本愈低，经济效益愈好。图3形象地显示了影响台月效率的主要工艺因素，此外还有地质因素和工程因素。所有影响台月效率的因素都贯穿于整个钻进过程。

2.1 地层因素

岩石的物理力学性质、可钻性及岩层结构构造特征是影响台月效率的主要客观因素。如地层复杂、岩石坚硬破碎、自然弯曲严重等都会使小时效率、回次进尺下降，孔内事故率、辅助时间增加。

2.2 工程质量指标因素

不同钻孔的质量指标（孔斜率、取心率、中靶精度等）要求不同。质量指标要求越高，钻探辅助时间越多，纯钻进时间利用率越低，台月效率则越低。

2.3 钻进工艺因素

在地质条件、质量指标要求相同情况下，钻进工艺对台月效率起关键作用，在钻进技术措施、钻孔结构设计、钻进参数、取心方法及工具、护壁与堵漏等方面，只要有一项或两项不合理，都会造成台月效率下降，钻探周期延长。

2.4 钻头质量因素

钻孔靠钻头克取岩石而延伸，若钻头选择不合理（不适应地层和取心要求）将使钻进效率下降、回次时间延长、取心效果差；尤其是深孔绳索取心钻进，钻头寿命短将增加提下钻次数，使纯钻进时间利用率下降。

图3 影响台月效率的工艺因素关系图Fig.3 Relationship diagram showing technical factors affecting drill-block monthly efficiency

2.5 钻探装备因素

装备包括钻探设备和机具。钻探设备选型合理、机械化、自动化程度高，可减少设备停待和辅助作业时间，从而提高台月时间利用率、纯钻进时间利用率，并提高职工劳动生产率。机具（钻杆、取心管、纠斜器等）性能、质量好，可提高台月时间利用率、减少孔内事故，提高钻探效益。

2.6 作业安全因素

钻探施工与地下岩石打交道，常年野外单机作业，流动性大，设备装卸搬迁频繁，工作环境恶劣，施工过程中高空与地下作业皆有，一旦发生人身、机械、孔内事故不得不停止施工，导致钻探效率下降，成本大幅度上升。

2.7 施工组织因素

严格的施工管理制度、各工序良好的衔接性，有利于减少停待和辅助时间，降低事故率及材料消耗，可明显影响钻探台月效率。

3 提高台月效率降低成本的途径

上述分析表明，钻探成本与台月效率密切相关。实际影响台月效率既有客观因素，也有主观因素。我们应从主观因素着手来提高台月效率，降低成本。

3.1 优化钻孔设计

设计是工程的灵魂。工程设计应以科学原理、技术储备为基础，通过深入思考，制定出在具体约条件下可行的系统或工艺过程，以追求最高经济效益。应根据地质（或工程）目的要求及已知（或预测）地层条件，在施工前进行系统详细的钻探设计。没有设计不准施工。对于2000m以深及特殊工程钻孔，还需组织专家对设计进行评审。

3.2 优选配置设备

机械设备是实施钻探的必要条件。应根据孔深、口径、地层和施工环境等因素重点考虑以下因素来选择钻探设备。

3.2.1 设备的先进性

勿容置疑，钻探设备的机械化、自动化、智能化程度越高，其生产效率就越高，人均效率也高。但任何事物都是一分为二的，设备的现代化程度高，未必钻探成本低。例如，用一台上千万元的智能设备去施工几百米深的钻孔，在总工作量不足万米的情况下，高生产效率节约的费用也很难弥补设备的折旧费。因此，选择设备时还要权衡利弊，以获取最佳的投入产出比。

3.2.2 设备的经济性

钻探设备的能力应满足安全施工要求，并有一定的负载充盈系数。深部钻探更是如此。若配置能力过剩，动力消耗浪费大；能力不足，则很难处理钻进过程中的异常情况；设备陈旧肯定钻进效率低，辅助时间长；但设备自动化，智能化程度高则使用成本高。

3.2.3 设备的适用性

（1）在高山峻岭、农田、沼泽条件下，钻探设备需解体拆卸人工搬运。如果设备无法解体或单件重量、体积太大就会给搬迁带来困难，若专门修建临时运输道路则会增加工程前期成本。

（2）在平原施工可配置整体性强的设备，减少安装拆卸时间提高工作效率。

（3）应尽量选择可靠性强，耐用，检修方便的设备，以减少现场维修工作量；对于对环境要求苛刻的精密仪器、设备应谨慎选择，以免增加维护成本。

（4）现场钻探设备应根据需要配置，不能贪大求全，以减少设备租赁费用。

3.3 合理选择钻进工艺方法

不同钻进方法的时间利用率和成本差异较大，应从以下几方面进行选择：

3.3.1 注重缩短钻探工期

如果能通过优选钻进方法来缩短工期，则对降低成本非常有利。

3.3.2 注重地层的适应性

若钻进复杂地层，则必须考虑工艺方法对地层的适应性。如绳索取心方法就不适用于需要高密度、大粘度泥浆护壁的复杂地层。因绳索取心钻杆内壁易结泥垢，打捞、投放内管困难，提下钻的抽吸及泥浆压力激动不利于保护孔壁，所以绳索取心的优越性就无法发挥。例如：四川汶川地震断裂带科学钻探孔曾试用过绳索取心钻进方法，后因地层异常复杂而放弃，改用常规取心和螺杆钻取心方法。

对于2000m以深孔段，如选择液动冲击绳索取心钻进，由于绳索取心的环状间隙小，孔内背压高，冲洗液流量受限，难以发挥冲击器工作效能，钻探效率提高并不明显，有时还因冲击器工作不正常而增加辅助时间。

3.3.3 注重泥浆及护壁技术

钻孔护壁技术在第五章中已有论述，不再赘叙。应根据不同地层、不同的钻进方法合理选择护壁方法及泥浆类型，以增强孔壁的稳定性、钻具的润滑性，从而提高钻进效率和岩心采取率，降低孔内事故率。尤其应考虑到泥浆性能对孔底动力机具（如冲击器、孔底马达）寿命和工作性能的影响。

3.3.4 注重切削具的质量与效率

“工欲善其事，必先利其器”。以深部绳索取心钻头为例，其结构和质量不仅影响小时效率，且影响提钻间隔及钻进时间利用率。例如，寿命为50m和200m的两种绳索取心钻头提钻间隔就相差3倍。在3000m孔深条件下，寿命50m的钻头需提钻60次，而寿命200m的只需15次，以提下一次钻具平均需10h计，两者的辅助时间相差450h（约19个工作日）。一般深部钻探日人工费及动力费达万元。可见，选择高效、长寿命钻头对提高台月效率、降低成本极为重要。

3.4 降低钻孔事故率

钻探工程，尤其是深部钻探，发生孔内事故在所难免。处理事故对钻探效率及成本影响很大。深孔钻探一旦发生孔内较复杂事故处理时间就很长，会造成台月效率下降，工期延误，使成本大幅度飚升。因此，必须严格管理，提高技能，尽量避免孔内事故，并准备事故处理预案以减少事故处理时间。

3.5 挖潜力降低能耗

深孔钻探设备功耗大，一台3000m岩心钻机及其动力系统一般需配200kW电机或260马力柴油机组。深孔作业辅助时间较多，为节约空载运行能耗，可把辅助作业的动力与主机分离。例如，前述ZK1725、NLSD-1两孔采用的FYD-2200型动力头钻机及其动力站总功率194kW，施工中把泥浆泵、绳索取心绞车与主机分离驱动。据两孔统计，施工中内管投放与取心时间占总台月时间15%左右，冲孔、搅泥浆等辅助时间还不含在内，而主机纯钻进时间只占20%左右。因此，分离驱动比整体联动节电50%以上，这是降低深孔钻探成本的一项有效途径。

3.6 推广应用新技术

尤其深部钻探采用先进的钻探设备和工艺可以事半功倍。例如：

（1）1000m以深钻孔应用绳索取心钻探技术可减少提下钻次数，提高纯钻进时间利用率，减少钻探辅助时间。比常规钻探提高台月效率50%以上；

（2）应用液动冲击回转钻进技术可在硬岩层中提高钻进效率约20%～30%，同时具有减少岩心堵塞，延长回次进尺及防止孔斜作用；

（3）与立轴式钻机相比，分体塔式全液压动力头钻机可增加钻进行程达4.5m，节约倒杆时间，钻进平稳，减少岩心阻塞，延长回次进尺；

（4）应用液压动力钳拧卸钻杆可节约1/3钻杆拧卸时间，减少钻杆损坏；

（5）复杂地层应用半合管、三重管取心钻具保证岩矿心采取率和原状性，避免岩矿心丢失、补心而报废工作量；

（6）应用新型高效长寿命金刚石取心钻头，提高提钻间隔；

（7）用受控定向钻进技术侧钻绕障，可避免钻孔报废而造成损失。

3.7 提高质量意识

钻探工程必须按一定质量要求进行。如果岩心钻探六项质量指标达不到要求，轻者补做工作，重者报废部分或全部工作量，造成成本上升。所以施工过程中要采用有效措施严格把住钻孔质量关，控制钻孔轨迹及深度偏差，提高岩矿心采取率，减少补心、钻孔纠偏及侧钻工作量。

3.8 加强施工现场管理

“管理出效益”同样适用于钻探施工。施工人员的主观能动性、责任心、各工序的协调衔接、现场材料的采购与节约、设备的保养维修、质量安全、技术方案与措施的落实都靠严格管理来实现。深部钻探特别要加强机班长素质和专业技术培训。工效、质量、安全与经济责任制挂钩，做到责任权利统一才能确保高效、优质、安全、低耗地完成钻探目标任务。

一般2000m以深的钻孔及累计钻探工作量达到5000m的矿区原则上要设立施工项目部。项目部下设施工机台、钻探技术管理组、生产保障组等若干作业组。项目部实行项目经理负责制，研究项目设立首席专家制，以便项目有序进行。

钻探现场安全生产管理也十分重要。施工中若出现重大人身事故，除经济上蒙受巨大损失外，社会效益也会受到很大影响。所以，杜绝重大事故，减少一般事故是降低工程经济风险的根本。