深孔取芯钻进的施工技术分析

李晶峰 潘浩萌 付攀升

摘要：随着我国经济的迅猛发展，各行各业都在自己的领域取得了不小的发展与突破，当然钻探技术也不例外，岩芯钻探技术的出现就是一项重大的突破，其在通过施工取芯钻孔提取岩芯，准确掌握施工区域地质信息。因钻孔较深，为了保证取芯钻孔能够顺利施工，将取芯钻孔施工工艺进行优化，能够更好的增强整个施工的有效性和效率性。

关键词：深孔取芯;钻孔设计;施工工艺; 应用

引言：目前施工的取芯钻孔，大多不超过50m，均为浅孔取芯，取芯成功率在70%-80%之间，超过50m的深孔取芯钻孔，受岩石硬度、破碎程度、孔径收缩、软岩、煤层等众多不利因素限制，难以施工。通过施工深孔取芯钻孔，提取岩芯，编录岩性，对岩芯进行力学实验，根据深孔取芯钻进的施工方案，将取芯钻孔施工工艺优化，提高巷道掘进效率。主要针对成功施工的孔深达到143m的取芯钻孔，分析总结施工方法、优化施工工艺，为深孔取芯技术积累宝贵的实践经验。

一、钻孔设计和结构

钻孔设计方位129°，设计角度+8°，设计孔深143m。为满足设计要求，根据钻孔设计目的和孔深情况，施工前制定了详细的施工方案，将取芯钻孔施工工艺优化为3个阶段施工：第一阶段0-30m为下管阶段，该段穿过煤层，下孔口管护壁;第二阶段0-90m为无芯段，该段采用无芯裸孔钻进方式，将钻孔施工至目标取芯位置;第三阶段90-143m为目标取芯段，该段选用φ75mm取芯钻头配合φ73mm取芯管取芯钻进，预计每个回次取芯长度1.8m左右，直至设计孔深。（如图）

二、施工工艺

2.1下入一级管

钻孔预计孔深20m-30m段，自煤层底板穿越煤层至顶板，为了防止钻孔取芯过程中，在压力水的作用下，煤层受冲刷浸泡，松软、膨胀、塌孔，造成钻孔无法正常施工，决定在钻孔前方使用φ113mm钻头开孔至煤层顶板，将φ108mm孔口管下入30m，穿过煤层，使用水泥-水玻璃双液浆加固孔口管。

2.2无芯钻进

孔口管加固完成，安装φ108法兰盘，使用φ92mm钻头裸孔钻进至孔深90m，施工过程中，通过返粉情况，判断钻孔无芯段岩性情况，详细记录。

2.3取芯钻进

钻孔施工至孔深90m，进入目标取芯段，起出钻杆，更换φ75mm取芯钻头，配合φ75mm取芯管，进行取芯钻进，取芯管长度1.8m，每个回次进尺及取芯长度不超过1.8m，起出岩芯，进行岩性描述，按照取出岩芯先后顺序依次码放，避免混乱。直至取芯钻进至终孔深度143m。

2.4加固封孔

钻孔施工至终孔，取芯结束，在孔口安装压盖，使用液压注浆泵先压入水泥单液浆，以加固钻孔周围裂隙，待压力升至8MPa时，加入水玻璃，调制双液浆，封堵钻孔，封孔终压不低于10MPa。

三、深孔取芯工艺优点

相比以往的取芯方式，深孔取芯施工工艺有着以下优点：钻孔第一阶段下入φ108mm孔口管，①起到护壁作用，防护煤层及煤层顶底板软岩段，避免塌孔抱钻，保证了钻孔能够施工至目标取芯位置;②将煤壁隔离，把瓦斯封堵在孔壁外，隔绝了瓦斯溢出通道，防止瓦斯溢出，造成瓦斯超限;③防止钻孔揭露构造带或裂隙出水，导致水量失控;④封孔严实，能够带压压入水泥浆液，增大浆液扩散范围，充填钻孔周围裂隙，达到封孔终压后，封孔严实，滴水不漏。钻孔第二阶段采用φ92mm钻头无芯钻进，增大了钻孔孔径，保证钻孔长时间施工，孔径收缩量不足以抱紧钻杆，确保钻孔施工安全。钻孔第三阶段，深孔取芯段，选用长度1.8m取芯管，增加单回次取芯长度，减少起下钻次数，节省人工。

四、深孔取芯钻进技术及应用

4.1深孔取芯钻进技术要求

根据实际地质情况，钻孔优化为三个阶段施工，形成三级结构，每个阶段采用不同的孔径，自孔口至终孔，孔径依次递减，形成口大内小的结构，利于深孔施工，经过实践验证，深孔取芯施工工艺满足设计需要，达到预期目的，且实施效果显著。

稳钻开孔依照方位线稳钻，使用φ113mm钻头开孔穿过煤层。首先要保证开孔孔径具有绝对的垂直度，在钻井的过程中，要以低速、匀速的前进状态进行，对孔径的垂直度进行实时监测。下管埋管下入φ108mm孔口管，调制浆液进行埋管。孔口管试压扫孔超过孔口管长度0.5m，进行耐压试压。无芯钻进使用φ92mm钻头钻进至目标取芯位置。取芯钻进时使用φ75mm取芯钻头配合φ73mm取芯管，取芯钻进。加固封孔要压入水泥单液浆加固裂隙，后使用双液浆封闭钻孔。

4.2深孔取芯钻进的注意事项

深孔取芯钻进技术要求高，对钻探设备和钻口质量的选择要求更高。所以在进行的超深口钻探工作時，施工设备要安装牢固;而且安装的位置十分准确，在钻孔结构设计的过程中，不仅要根据相关材料进行制定，还需要根据开采的实际情况进行钻孔结构的选择;尽量使用上下贯通的钻孔，大孔径施工至取芯位置，防止孔径收缩，造成钻孔报废。这样不仅可以降低成本、提高收益，还可以提高工作的效率，降低施工的难度。在钻井的过程中，要以低速、匀速的前进状态进行，对孔径的垂直度进行实时监测。下管防护浅部煤层及软岩，避免塌孔造成钻孔报废，提高钻孔施工成功率。防护煤层，避免瓦斯溢出，造成超限事故。下管安装法兰，防止钻孔出水失控。下管能够带压加固裂隙，充填通道，且封孔严实。

五、项目实施的经济、社会和环境效益

5.1.经济效益

长管取芯，减少起下钻次数，节省了人工费用;根据以往施工情况，预计降低钻孔报废率50%，降低了钻孔费用。

5.2.社会效益

下管防护浅部煤层及软岩，避免塌孔造成钻孔报废，提高钻孔施工成功率，节省施工成本。大孔径施工至取芯位置，防止孔径收缩，造成钻孔报废。长管取芯，减少起下钻次数，节省人工费用。

5.3环境效益

下管防护煤层，避免瓦斯溢出，造成超限事故，安装法兰，防止钻孔出水失控，能够带压加固裂隙，充填通道，且封孔严实。目实施的经济、社会和环境效益。

结束语

新设备的引进与应用，对矿井地质条件有着较高的要求，准确掌握巷道预掘进前方地质信息成为了新设备运行，甚至生产接替的重要保障。目前，通过施工深孔取芯钻孔，提取岩芯，编录岩性，对岩芯进行力学实验，是矿井直观、准确的收集地质信息的唯一有效手段。因此，取芯钻孔施工成功与否，有着重要的意义。

参考文献：

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[2]李志强，黄忠高.地质深孔钻探技术与管理探讨[J].西部探矿工程，2011，23（04）：211-214.