小口径岩心钻探钻孔缩径的预防与处理

胡吉祥

摘要：在地质探矿过程当中受复杂地质情况影响，时常引发一些钻探问题。特别是近年来伴随经济社会的高速发展，探矿项目日渐增多，而且不断向深部扩展，持续延伸向更深深度的探矿工作，使钻探问题更加暴露出来。在钻探施工过程中，常常遇到钻孔缩径问题，特别是小口径岩心钻探施工过程当中，钻孔缩径问题更为突出，不断对施工进度造成很大影响，同时还浪费了很多施工材料，施工成本也增加很多，更为严重的会引发孔内事故的发生，导致钻孔报废，所以在小口径岩心钻探过程中，钻孔缩径问题是亟待解决的重要难题。为了确保钻探工作的顺利推进，提供此项工作的安全性与有效性，加强小口径岩心钻探钻孔缩径预防和处理方面的研究，更加凸显出其重要性。

关键词：小口径岩心钻探；钻孔缩径；泥浆护壁

伴随经济社会的不断发展，地质探矿工程项目日渐增多，同时不断向更深层次迈进，钻探施工过程当中面临的钻探问题也越来越多，尤其是钻孔缩径问题现已成为影响钻探施工的重要问题之一。钻孔缩径，是由于钻探过程当中钻孔孔壁岩层发生膨胀，导致的钻孔孔径缩小现象。由于钻孔孔径缩小，轻则增加岩粉量，重复进行钻进，安全隐患增加，进尺缓慢，造成较高的成本投入，严重的引发埋钻、断杆事故，更甚者导致钻孔报废。下面笔者根据小口径岩心钻探工作实践，对钻孔缩径问题预防与处理展开探讨，以供参考。

1.地质岩心钻探技术概述

在固体矿产地质勘探中，岩心勘探技术發挥着非常重要的作用，是一种重要的勘探手段，通过对不同深度地质进行钻探来提取相关矿样，并对这些样品展开详细分析，同时更好的指导地质作业。在地质勘查过程当中，工作人员通过钻探工具在破碎环状岩石进行孔底钻探，同时保留一个岩心，工作人员取出岩心之后通过对其实际情况展开详细的分析与研究，来充分了解和掌握地质和矿产情况。这项工作具有较强的专业性，需要工作人员具备较高的专业素养与操作能力。由于岩心钻探钻头种类的不同，主要包括钻粒钻探和金刚石钻探以及硬质合金钻探等。在实际钻进过程当中，工作人员通过液压冲击器提供的强大冲击力进行回转钻进，硬质合金和金刚石都能承受强大的冲击力，但在工作实际中必须要合理应用。

现如今伴随我国资源勘探工作的高效发展，岩心钻探技术也获得了极大的提升，应用日渐普遍起来，特别是多功能钻探技术以及液压动力钻探技术和立轴岩心钻探技术发展迅速。我国在钻探工程发展过程中，在早些时候引进立轴岩心钻探技术，但是受技术能力因素影响，该项技术在资源勘探过程当中应用率非常低，为了更好地应对勘探资源难题，在新中国建立后科研人员与苏联的岩心钻探设备下午联合进行相应的防治工作，经过不断努力，将TK系列岩心钻探设备自主研发出来，同时XY、YL和HXY系列岩心钻探设备等也相继获得很好的发展。

但是和一些发达国家相比，在岩心钻探技术层面，我国的技术还比较落后，岩心钻探过程当中一些钻探机械设备的核心部件，都是通过国外引进来实现，导致岩心钻探机械设备制造成本居高不下。近年来，我国在岩心钻探方面的研究一直没有停歇，而且不断在原有基础上形成新的突破，自主创新。但在具体工作当中，对于一些国外先进技术，还未引起足够的重视。虽然相较之前我国的岩心钻探技术发展水平逐步提升，但是总体发展还比较缓慢。所以在岩心钻探过程当中，应当对国外先进的钻探理论与技术进行引进，在借鉴他国经验的同时不断创新，才能更好地应对岩心钻探技术落后现状。

2.造成钻孔缩径的主要地层

水敏性地层以及断层泥和强风化地层是引发岩心钻探钻孔缩减的主要地层类型。

3.钻孔缩径事故的前兆

（1）在钻探过程当中，钻头的钻进与提升，如果遇到缩径地层，便会对其升降造成升降困难，有时还需要扫孔处理。（2）钻具进入缩径地层时，由于和孔壁间隙不断变小，为进一步增高泵压，有时会发生憋泵情况。（3）岩粉量突然变多，还增加泥浆含沙量，如果通过绳索进行曲取心钻进，钻杆中结垢现象比较突出，内管提放存在较大难度。（4）钻具进入缩径地层后，出现回转困难，阻力变大，影响钻具正常转动，发生倒车现象。

4.出现小口径岩心钻孔缩径的主要原因

在小口径岩心钻探过程当中，钻孔缩径问题非常常见（图1），如果出现钻孔缩径，会对施工进度造成巨大影响，同时加大材料的使用，使得施工成本进一步加大。尤其是一些沉积地层地质构造带和强风化地层钻进过程当中，极易出现钻孔缩径问题，在这些地层中，由于水因素的影响会发生膨胀，倘若依照传统方法进行钻进，孔内事故发生率会很高，影响提钻和下钻，导致抱钻问题发生，处理不科学还极易引发钻孔报废。导致小口径岩心钻探钻孔缩径问题的主要因素，和穿越不稳定地层有着密切联系，施工作业过程中没有充分考虑地层复杂情况，未采取有效措施积极应对，这些不稳定地层由于水的因素影响，导致缩径问题出现，而且这一问题常常出现在小口径岩心钻探工作当中，对岩心钻探工作效率和质量造成非常大的影响，同时也大大增加了材料的消耗率，成本投入进一步扩大，对工程的整体效应造成不良影响，所以必须要充分重视小口径岩心钻探过程中钻孔缩径问题的发生，采取有效措施积极预防，科学处理，还应当提前将相应的准备工作充分做好，确保工程顺利开展。

5.小口径岩心钻探钻孔缩径的预防措施

5.1熟练掌握小口径岩心钻探情况

在具体钻探施工过程当中，为了控制和减少钻孔缩径问题出现，工作人员必须要具备较高的技术素养，同时对钻孔缩径地层情况有一个更加全面的了解，针对性的采取有效的措施进行预防。如果钻探施工过程当中发现钻孔缩径先兆时，需要向有关部门及时上报，应加强预防措施，以免导致事故发生，对工作人员的生命安全构成威胁。为了更好地预防钻孔缩径问题发生，应当全面了解施工现场的具体情况，展开科学的勘察工作，可以制定完善的预防方案提供参考，降低和控制钻孔缩径问题的发生。

5.2依据科学标准进行泥浆配置

钻探施工过程中有着较高的泥浆配置要求，在配置过程当中，必须要保证其粘度密度以及pH值，都和相关要求相符合。泥浆性能会受到粘土遇水化因素影响，所以，应当通过有效的预防措施科学地进行处理，使泥浆漏斗粘度进一步提升，控制失水量，可以在泥浆中加入增粘降失水剂，控制和减少泥浆失水量，提高其使用性能，保持泥浆滤液粘度，控制滤液渗入深度，控制相应地层中出现水化破坏问题。还可将抑制水化作用冲洗液进行合理应用，增强泥浆自身抑制性能，为了控制地层渗透水化，可以对泥浆矿化度进行有效提升，而且还能保证孔内环空处泥浆保证处于流态，这对保证泥浆质量，达到施工要求，增强施工效率和质量发挥着非常重要的。

5.3其他相关预防措施

在穿越缩径地层过程中，钻具的下降与提升，都必须要减缓速度通过，如果钻进过程当中遇到非常大的阻力，需要及时地进行扫孔处理，保证钻具可以顺利地穿越缩径地层，如果缩径情况非常严重，此时可以增大钻具级别，进行扩孔，钻进1m～2m后，及时的下套管，控制和减少缩径事故的出现。

6.缩径地层的治理

6.1钻孔过程中缩径的发生

文中将一丘陵地区矿产开采作为此次研究对象，矿区分布区域地势相对较好，地貌特征主要为黄土性质，矿区所在区域分布褶断束构造带，发育很多断裂构造，在具体施工过程当中面对很多种类的岩石，同时厚度上也存在很大不同，主要表现为巨粒类型，同时，还有一些岩泥混入中粒砂岩中，受强风化因素影响，地层存在非常大的变动性，受水因素的影响极易出现膨胀，尤其是施工过程当中存在大量的粉红色粘土，钻探施工时水量损失比较严重，这就极大地增加了钻探施工的安全风险，很容易引发事故。所以具体钻探时，如果遇到提钻下钻困难，钻孔便会被埋，难以找到钻孔，更会造成其他钻孔报废，对施工进度造成很大影响，还会进一步加重经济损失。导致故障发生的主要原因和工程施工区域上不存在不稳定的含砾层密切相关，施工时未下套管，施工过程中如果出现地层孔，未采取有效措施进行解决，就无法保证岩浆质量，引发钻孔缩径问题出现。

6.2钻孔缩径的处理

（1）从钻孔结构上采取必要的措施。钻孔结构选择&110-91-75mm，钻孔结构以上部位能后应用0mm～50mm，使用相对简单，而且比较方便，当穿越缩径地层时，于距离该地层3m～5m位置，通过双管钻具开展协同施工，当达到预期位置时停止，这就可以控制缩径问题出现。

（2）在取粉管上安装反钻头。在取粉管上安装反钻头，通过上部扫描，来对缩径病害部位进行明确，提高施工质量。

（3）科学对泥浆进行配制。实际钻探时有着非常高的泥浆配置要求，在配制泥浆时，必须要保证其pH值粘度和密度等都于有关要求相符合，并科学地控制泥浆失水量与含沙量，按照最适宜的比例开展配置工作，更好地提升泥浆配制质量，确保施工正常进行，提高施工质量。

6.3做好缩径的预防工作

为了降低和控制钻孔缩径问题的发，或者再出现钻孔缩径问题后，采取有效措施及时应对，必须要是前将相应的预防工作充分做好，针对性的采取有效措施进行预防。首要的问题是科学的对泥浆进行配置，这是减少钻孔缩径问题的主要因素，泥浆应当按照4mL/30min对其失水量进行控制，同时面对缩径地层，应当控制和减慢钻具速度，在实际转进过程当中，如果感觉到阻力，及时地进行扫孔。倘若钻探过程当中，缩径地层非常的严重，可以扩大钻具级别进行钻进，扩孔处理，当钻进两米之后，将套管下上，控制缩径问题发生。

7.钻进缩径地层应注意的事项

在遇到缩径地层时工作人员应当与施工实际充分地结合，展开详细的分析与研究，针对施工现场展开科学的评估，并采取有效的措施及时应对，保证工作效率，还需要注意以下几点：

（1）科学选择钻进钻压。在钻探过程当中需要科学地对钻压进行选择，具体工作实际，钻压选择的是否合理非常重要，特别是面对不稳定地层，岩石岩层非常柔软，实际钻探时需要保持轻压钻进。穿越缩径地层时，需要控制在3kN～5kN的钻压范围，如果面对过大的钻压，极易导致钻具堵塞，或者因过快的进尺，岩层位置会有很多岩粉扬起，对施工效率与质量造成很大影响，严重的会导致埋钻事故出现。（2）严格控制钻具转速。在缩径地层钻进过程当中，需要对转速严格控制，缓慢钻进，慢进尺，钻进1m～2m时，将钻具进行上提，反复进行几次，倘若无缩径问题存在时，在进行钻进，避免缩径地层造成的影响，应用了护壁措施，在快速钻进时，也会导致施工安全事故的发生，造成较大的经济损失，一般按照200r/min～300r/min控制钻速。（3）合理调整泵量。在实施小口径岩心钻探过程当中，遇到软层钻进过程中，会有大量的岩粉出现，同时伴随钻探工作的不断开展，岩粉量会持续增多，如果泵量较小，那你将大量的岩粉带出，过多的岩粉存在于孔内，极易造成埋钻事故。所以具体施工过程当中，必须要和施工实际充分结合，将岩粉有效的清除出去，如果泵量不符合相关要求，岩粉就会持续性的增加，对施工效率和质量造成不良影响，更甚者导致安全事故的发生，所以必须要合理控制。（4）做好冲洗液维护工作。冲洗液维护也是小口径岩心钻探过程当中，非常重要的一项工作内容，如果沒有充分做好冲洗液维护工作，不但会加重反复，还会引发严重的孔内事故，所以施工过程当中，必须要按照相关操作规程科学地进行操作，及时地进行补充，并做好监测工作，科学的配置泥浆，提高泥浆使用性能，做好详细的记录，充分结合科学的调整，使其使用性能得到良好的保持，不能将水和泥浆材料随意地加入其中。同时，具体施工时还需要对泥浆堆积的岩粉及时的进行清理，使泥浆处于良好的性能状态，提升维护工作水平，为钻探工作的高效实施提供保障。

8.结语

在缩径地层钻探过程当中，首先必须要对岩层情况有一个更加充分的了解，科学的选择钻进措施，并合理的配比泥浆，通过有效的预防措施，控制和减少孔内事故的发生，如果在穿越缩径地层时，应当合理控制钻探速度，及时下套管，如果无法穿过时，就会造成钻孔报废，造成严重的经济损失，缩径地层钻探过程当中有一些先兆，应当认真的观察，并做好相应的记录工作，并采取有效的措施及时应对，不可盲目地钻进，以免发生孔内事故。为了进一步提高小口径岩心钻探施工效率与质量，控制和减少孔内事故的发生，今后还应当进一步加强相关研究工作，更好地为国家找矿服务。

参考文献：

[1]冯海权.小口径岩心钻探钻孔缩径的处理与注意事项[J].黑龙江科学， 2015， 6（2）： 39-42.

[2]朱恒银，蔡正水，王强.深部钻探技术方法的研究与应用[J].地质装备， 2013（12）： 26-28.

[3]时志兴.小口径岩心钻探钻孔缩径的预防与处理[J].探矿工程（岩土钻掘工程）， 2012， 39（6）： 46-47.

[4]何计彬.深孔小口径科学钻探孔斜机理分析与轨迹预测[D].成都理工大学， 2018（09）：12-45.

[5]贾河，成汉军.岩心钻探危险因素辨识及其对策[J].吉林地质， 2019（04）： 56-90.