岩芯钻探深孔施工之重点

刁长河（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队　哈密　839000）

岩芯钻探深孔施工之重点

刁长河
（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队哈密839000）

随着地质找矿的深入和发展，深孔施工越来越多，这就要求组织者在各方面有更充分的准备和应对措施。

1　设备选择

现有国产设备，依次排列基本可满足一般性质的深孔施工要求：

⑴钻机：HXY-6或HXY-6B，满足Φ75口径终孔1 500m钻孔；HXY-8或HXY-8B，满足Φ75口径终孔2 500m钻孔；HXY-6或HXY-9B，满足Φ75口径终孔3 500m钻孔。

其他进口或国产全液压设计2 000～3 000m的设备，实际应用中可按70%～80%的能力进行选择。

⑵钻塔：钻塔的选择以提升承重能力为最重要的指标，根据使用的钻杆单米重量和钻孔深度，同时同孔壁摩擦力降低提升能力最少以30%计算，即设计50 t承载的钻塔，选择时应以最大承载力35 t择用。

⑶水泵：当采用小口径深孔钻进时，随着钻孔的不断加深，冲洗液循环阻力不断增大，泵压增大。一般千米以内的小口径钻孔，BW-250水泵可适用，工作泵压达到4～5mPa即可，但当钻孔深度达到2 000～3 000m时，环空间间隙小于5mm时，最小工作泵压不应低于10mPa的水泵方可满足施工要求。

⑷钻杆：对于连续取芯岩芯钻探，当以绳索取芯工艺为首选，那么钻杆的选择尤为重要。不论选择NQ、PQ标准的钻杆，当以材质、加工工艺为重，超深钻孔（3 000m以上），更应考虑特殊材质和加工工艺的钻杆。足够强度的钻杆是减少孔内事故的强力保证。

2　施工设计

设计要点及影响因素：

2.1钻孔结构

2.1.1影响因素

⑴钻孔深度：钻孔设计深度越深，钻孔结构越多级化；

⑵地层因素：地质设计地层越复杂，钻孔结构越多；

⑶现有设备即辅件的能力：钻孔设计深度越深，地质构造复杂，设备选择时更应有针对性。

2.1.2设计的原则

把施工中可能遇到的麻烦尽量考虑全面，从而使钻孔结构更复杂一些，但不能因侥幸而简易。

⑴要预留足够的口径，应对地层因素造成的困难，当地层复杂，构造多变时，尽量用较大口径的孔段，保证上段或多段的技术套管的使用或水泥封固的需求；

⑵考虑有足够的孔内环空间隙保证冲洗液的循环畅通；

⑶级配合理：在没有地质设计特殊要求的情况下，应根据国内或进口沿用的系列逐级递减。比如，Φ150→Φ130→Φ110→Φ91→Φ75→Φ60。

通常，对千米以上的钻孔，一级孔径只能穿过表层完全无胶结的风化层即可，以不超过20m为宜，然后下井口管封固，并且尽量配合水泥浆全封管外间隙，配合水泥墩稳固井口，水泥墩应不小于深1.5～2m，直深1.5～2m。

二级孔径：原则上应直达基岩，即穿过不稳定地层。二级孔径的孔深随不同地质结构的变化而定，可能仅百米左右，也可能超过千米。因此，设计该级孔径的钻进深度时，以超基岩5～10m为标准，而在实际施工时，如果取芯要求较高，可先用小口径快速取芯并探明基岩的具体位置，然后扩孔完成。二级孔径达到预计孔深后，必须用强度较高的地质管材封固，因为往往由于深孔施工周期长，该孔段问题较多，且一旦发生就很难处理。

三级孔径：该孔径可根据下部岩石特性而定，如果下部岩石已稳定，该孔径可适当减小钻进深度，但设计原则应确定该孔段的钻进深度超过设计孔深的2/3，比如：设计孔深3 000m，那么该孔深钻进深度应超过2 000m。

终孔孔深：即地质设计的终孔孔深，该孔径在设计时，可预留全孔段的1/3深度，但在实际施工时，该孔段的深度越小对成井而言越安全。

总之，深孔施工设计和地质设计的终孔孔径，稍大一级为宜。因为地质设计的终孔孔径要求是终孔的取芯直径，而钻探施工只要能满足地质要求，当然还要追求安全完孔。

2.2技术套管

技术套管在井壁稳定性差的钻孔内，完全回收的可能性较小，但不可因降低成本而选择低劣等级的普通管材，否则可能引起敲裂或磨裂事故，另外，长孔段下入技术套管，每个连接处应涂胶胶结，以防倒扣脱落。下入井内时，外壁涂抹非水溶性润滑剂，以便减小摩擦阻力。

2.3钻头选择

钻头规格：通常在岩芯完整，孔壁稳定的底层，深孔钻进选择钻头比系列标准稍大2～3m即可，在岩芯破碎、易塌垮，遇水膨胀的地层，选择钻头比系列标准最大可以超过20mm。据查，在新疆某页岩气钻孔施工时，Φ95系列的钻具选择加大到Φ110的钻头，成功完成钻进1 850m。

钻头底唇和工作层：底唇以选圆弧和外锥直面形为准，工作稳定易于排粉，寿命较长。工作层宜加厚0.5～1.0 cm，以增加钻头寿命。

2.4冲洗液配制及管理

⑴护壁性：浅部钻进，当以粘土泥浆较佳，成本低、配制容易、效果好；深部钻进，当以无固相化学浆液为主，保证粘度、比重适中，流动性好，同时兼顾护壁。

⑵润滑性：浅部钻进，无需特殊润滑措施；但当钻孔超过1 000m时，冲洗液的润滑性应当作为一项重要指标加以配制，可选的润滑材料应以岩屑酸碱性而定。必要时辅助非水溶性油脂涂抹钻杆，效果良好；在超深孔钻进时，如果上部封固良好，冲洗液不易流失，可考虑选用油基冲洗液。油基冲洗液虽然成本较高，但流动性较好，润滑性强，除矿简单，容易保持清洁和长期重复使用。

⑶冲洗液管理：冲洗液在正常使用过程中，首先，必须派专人管理，随时测量其比重、粘度、含矿含泥量，发现问题，及时调整。其次，当冲洗液循环量不足时，必须补充各指标合格的备用液，且不可随意添加清水或其它配料。

3　深孔钻进过程中操作要点

3.1取芯

⑴选择能力足够的卷扬设备，在一般千米以内的钻孔中，普通卷扬设备配Φ6mm钢丝绳即可，但当深孔超过2 000m时，Φ6mm的钢丝绳强度就达不到要求，而要配备Φ8mm或Φ10mm的钢丝绳，就必须配备相应能力的卷扬设备。

⑵钻具结构稍作优化，选择特殊设计的钻头，即钻头内径小于系列标准2～3mm，内管总成可相应标准总成减小2～3mm，以便提升和投放畅通。

⑶完整岩层取芯管可稍作加长，但最长不宜超过6m，不管岩层是否完整，卡簧以使用一回次即换为宜。

3.2参数

转数：4000m以内，以500～1000转为宜；1000～1 500m孔段，以500～800转为宜；1 600～2 000m孔段，以400～600转为宜；2 100～3 000m孔段，以200～400转为宜；钻压：Φ150钻头，以不大于2.5 t为宜；Φ130钻头，以不大于2.0 t为宜；Φ95钻头，以不大于1.5 t为宜；Φ75钻头，以不大于1.0 t为宜；泵量：Φ110～Φ 150口径钻头，选择150～200 L/min为宜；Φ75～Φ91口径钻头，选择80～150 L/min为宜。

在深部钻进时，考虑到部分漏失，只要所用水泵的承受能力足够，泵量采用唯大不小的原则。

3.3事故预防

⑴预防烧钻：保证水泵正常工作，供液量足够；保证钻杆、钻具密封良好，严防孔内假循环。精心观察孔内泵压变化。

⑵预防跑钻：保证提升系统安全可靠，保证孔口夹持系统安全可靠，精心操作。

⑶预防埋钻：每回次钻进结束，钻头必须提高孔底足够高度，再作取芯。通常，1 000m以内孔深，提高10～15m；1 000～1 500m以内孔深，提高15～30m；1 500～2 000m以内孔深，提高30～50m；2 000～3 000m以内孔深，提高50～100m。

当钻孔超过1 000m以后，取芯后如果采用加重杆和打捞器压送取芯总成，切记应在压送前开泵冲孔，时间根据实际孔深而定，比如，钻孔达到2 000m时，冲孔时间不能少于1 h。

严防钻杆柱和钻具在孔内长时间静置，如果条件允许，每两小时适当转动或上下提动钻具，同时配合冲孔。

（4）预防裸钻孔塌垮：裸孔静置时间过长，极易造成孔壁塌垮，一旦塌垮，处理困难。因此，分析裸孔可能静置较长时间后，之前必须用清洁冲洗液冲洗钻孔，然后将加重冲洗液注入孔内，加重冲洗液的比重比正常使用的冲洗液比重加大20%～30%即可。

收稿：2016-04-05

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.002