深部地质岩芯钻探技术探讨

王　盛，熊柏槐，宋国清

（江西地质矿产开发局九一二大队，江西鹰潭355001）

深部地质岩芯钻探技术探讨

王盛*，熊柏槐，宋国清

（江西地质矿产开发局九一二大队，江西鹰潭355001）

主要介绍深部地质岩芯钻探设备的选择、对钻井液的性能要求，通过改善钻头工作层、减少孔内压力、增加钻具扶正器很好的解决了钻头寿命短、造斜地层钻孔偏斜、深孔易断钻杆等问题。

深部地质岩芯钻探；钻头寿命；钻孔防斜；钻进压力；钻井液

1　深部钻探的意义

深部钻探是通向地壳深部的通道，能够使人们直接客观地探明地球深部地层矿藏资源，通过探测地壳与上地幔的结构、物质组成、低温、地应力、地电、地磁、地热等情况来预防预警地质灾害。对于发展地球科学和勘查技术，发展社会经济改善人们的生活同样意义重大。

2　深部钻探的定义（地质岩芯钻探）

浅孔：0～300m；

中浅孔：300～600m；

中深孔：600～1200m；

深孔：1200～2500m；

特深孔：大于2500m。

3　施工深部钻探主要技术问题

3.1设备的选择（见表1）

表1　依据钻孔深度的设备选择

钻机型号的选择还受地层情况、岩石力学性质、钻孔设计孔径结构、钻孔设计顶角等因素影响，实际工作中还要依据实际情况判定。

钻杆选用F89mm国产绳索取芯钻杆和F71mm绳索取芯钻杆。

钻具选用液动冲击锤绳索取芯钻具，复杂地层配合半合管绳索取芯钻具以确保岩矿芯采取率。

钻头采用高胎体同心圆锯齿型金刚石钻头，钻头环状工作面宽、水口深的钻头有利于钻头通水性并不易崩胎体。

3.2钻井液的选择

钻井液的选择主要是确保钻进的高效、安全。因此对绳索取芯钻进用钻井液有以下要求：

（1）不与岩体、岩粉发生化学反应，随着地温增加不会出现絮凝、降解现象；

（2）对地下水、地表无污染无副作用；

（3）无固相或低固相并具有润滑排粉冷却钻头的功能；

（4）具有低粘度、低失水、高分散性。

4　实例（江西景德镇浮梁县朱溪铜钨矿钻探项目ZK5409孔）

现以我单位在江西景德镇朱溪铜钨矿项目ZK5409号孔为例与各位同行一同学习探讨。ZK5409孔设计孔深2250m，终孔孔深：2208.20m。

矿区内地层比较稳定，无涌水、垮塌孔现象较少且不连续，局部破碎出现在1000～1200m。故采用的钻孔结构较简单。

钻孔结构：1～20m为F127mm口径；

20～50m为F108mm口径；

50～1350m为F95mm口径；

1350m—终孔为F75口径。

钻机型号：HXY-6B，泥浆泵型号：BW-320，钻塔：SGX17，钻机动力：150kW，绳索绞车动力7.5kW。

钻井液的选配：选用2000万分子量水解聚丙烯酰胺、高效钻井润滑剂、磺化沥青、羧甲基纤维素等泥浆材料。在施工过程中依据地层变化适量调配药剂用量，并配备好相应的除砂设备和泥浆沉淀池以降低冲洗液固相含量。

钻进过程中遇到以下问题：

（1）钻孔施工至1700m后钻头寿命短，钻头消耗快，导致起下大钻频繁，对孔壁稳定性不利，劳动强度大，严重影响钻进效率；

（2）钻孔顶角难控制，对于造斜地层顶角尤其难以控制；

（3）钻进至一定深度后易发生断钻杆现象；

（4）钻杆伸缩性难估算，上余不准，导致内管总成报警信圈炸裂无法正常捞取内管；

（5）套管下入深，起拔困难。

采取的解决措施：

（1）降低钻进压力、做好钻杆和水泵的水路密封性；加高钻头工作面、加大钻头出水口；在钻头上镶嵌金刚石聚晶材料等措施很好的解决了钻头寿命短的问题。钻头寿命由30m增加到150m，大幅度节约了起下钻具的辅助作业时间，减少了工人劳动强度、很好的保持好孔壁稳定性，提高深孔钻探的生产效率。

（2）地基和底盘要坚固、稳定，钻塔和钻机安装要周正、牢固、水平。钻塔天车轮、提引器中心、主动钻杆中心与钻孔中心在同一条铅垂线上；不得使用旷动的主动钻杆及弯曲的主动钻杆、钻杆和岩芯管。降低钻井压力，保证钻杆处于拉伸状态；钻具多配2套导正扩孔器；使用液动潜孔锤绳索取芯钻具钻进。通过使用以上方式可取得较好的防斜效果。当遇到强造斜地层时配合使用螺杆马达纠斜钻具对已经跑偏的钻孔进行纠正，但此法在纠正过程中无法保留岩芯，而且对水泵的上水量、泵压要求较高。

（3）检查钻杆及配套接手，出现受损的立即更换；钻柱启动和钻进过程中保证钻杆处于拉伸状态；钻柱启动时应慢慢松开离合器防止启动时的瞬间扭矩作用在钻柱上导致钻柱受伤；钻进过程中降低钻进压力；改善泥浆润滑性减小钻柱扭矩；通过以上措施有效减少了经常断钻杆现象。

（4）通过减少回次进尺，每回次钻进2.8m便开始捞取岩芯（内管长3.0m），可以很好的预防内管总成报警信圈炸裂难以打捞的问题。

（5）影响深孔临时套管起拔成功的主要因素有钻孔孔斜率大、孔壁不规不圆滑、孔壁吸附套管、岩粉抱埋套管。因此在做好钻孔防斜的基础后，下入套管前应在套管外壁涂抹黄油，以防孔壁吸附套管；做好孔口封闭措施，防止岩粉随泥浆进入套管和孔壁之间的间隙抱埋套管。

5　结语

深部地质岩芯钻探施工在获得地球深部地质信息的同时其资源投入也是非常大，因此施工过程中的施工管理尤为重要。做好现场监督、现场日记，材料供应，理顺施工生产活动中人与人之间的协作配合关系，落实责、权、利一致的原则都是我们应该做到的，只有依靠集体的力量才能取得较好的工作效果。

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［3］王扶志，张至强，宋小军.地质工程钻探工艺与技术［M］.长沙：中南大学出版社，2008.

［4］王达.深孔岩芯钻探的技术关键［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，（增刊）.

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1004-5716（2016）03-0063-02

2015-03-09

王盛（1988-），男（汉族），江西抚州人，助理工程师，现从事地质矿产勘查技术工作。