岩芯钻探施工技术探讨

摘要:本文详细分析深孔岩芯钻探的施工技术，并结合工程实例阐述了深孔岩芯钻探施工技术要求和需注意的事项。

关键词:深孔岩芯钻探；施工；技术

Abstract: In this paper, a detailed analysis of construction technology for deep hole drilling core, and expounds the requirements of the construction technology of core drilling hole and matters need attention in combination with the project example.

Keywords: deep core drilling; construction; technology

中图分类号：TU74文献标识码： 文章编号:

0前言

岩芯钻探在地质找矿中发挥着重要的作用，是直接取得地下实物资料的一种手段，是普查找矿和探明矿产储量的主要方法之一。随着找矿深度的增加，深孔钻探成为了解地下矿产资源的不可缺少的手段和途径。钻探施工越深，钻穿的地层越多，施工周期越长，施工难度会越大。必须综合、灵活地运用各种钻探技术手段，提高复杂地层深孔岩芯钻探效率和质量，使其达到地质设计的目的和要求。

1、深孔岩芯钻探施工的特点及设备

1.1 深孔岩芯钻探施工的特点

根据中国地质调查局《地质调查项目预算标准》，1000～2000m的钻孔投资费用较高是二、三百万，业主的质量要求也高；随着钻孔深度的增加，地层变化不可预见；深孔钻探施工对设备、管材、工器具、钻进工艺要求也更加严格；深孔钻探施工期较长，施工现场管理尤其重要，直接影响钻孔是否能顺利进行。

1.2 深孔岩芯钻探施工必备的钻探设备

1） 钻机。深孔钻探对钻机的性能要求很高，选用重心较低、提升能力强、扭矩比较大、变速范围广，立轴行程大的液压钻机比较合适，如HXY—6B、HXY—6、XY—5立轴式钻机和国产的HYDX—6型全液压动力头钻机。

2）配套设备。由于采用金刚石绳索取芯钻进工艺，鉴于钻孔深度较大，钻孔环状间隙较小，冲洗液的压力损失较大，BW320型泥浆泵可以满足2000m钻孔的施工要求。钻塔的高度最好在18m以上，这样便于上下钻，减少附属时间。同时配备2000m的取芯用绞车，由于从孔内捞取内管，提取岩心。还应该准备1～1．5立方的搅拌机一台，用于搅拌冲洗液，保证循环介质的均匀性。

3）钻杆。目前的金刚石绳索取芯工艺，ф75mm孔径为常规孔径，钻杆多采用ф71mm×5mm钻杆。为了降低成本，又可以提高钻杆的抗拉性能，建议采用墩头的钻杆，即钻杆与连接手接触部位局部加粗。这样既降低了成本，又满足了深孔钻探对钻杆的要求。

4）钻头。深孔钻探施工要采用机械钻速高、使用寿命长的钻头，尽可能地延长在孔底的工作时间，减少上下钻的次数。特殊金刚石钻头价格高些，但也能提高生产效率、带来明显的经济效益。

2、工程实例

辽宁省某矿区地层特点：地层主要为寒武系下统和震旦系上统，其岩性以云母砂岩、砂质页岩、碳质页岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩、白云质硅质岩、细晶白云岩为主。上部地层岩性松散破碎，水敏|生强，极易坍塌崩落、扩径；下部地层含构造破碎带、构造裂隙，节理较发育，岩石溶洞发育强烈。

2.1钻进方案选择和钻孔结构确定

1)方案选择

在0-500m孔段，岩性为云母砂岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩、砂质页岩、碳质页岩，岩性松散破碎，易坍塌崩落。该段地层钻井液以胶结性防塌为主。

在500-600m孔段，岩性为黑色碳质页岩、碳质粘土岩，岩性松散破碎、水敏性强，极易坍塌崩落、扩径；该段地层钻井液以胶结性防塌和抑制性护壁结合。

在600-650孔段，构造破碎带，构造裂隙、节理及溶(冲)蚀较发育，岩性松散破碎，极易坍塌崩塌、钻探施工难度大。该段以堵漏及胶结防塌为主。

在650-1100m孔段，岩石节理发育、溶洞发育强烈，一般有8～20层溶洞，洞高在0．5—9．Om不等，地下水流量很大。该段以防止岩芯堵塞、溶洞封堵为主。

2)钻孔结构

0～3m：中130mm口径钻进，下入ф127mm井口管。

3～25m：中l10mm口径钻进，下入ф108mm套管。

25～650m：中650～1100m：ф75mm口径钻进至终孔。

3)钻探施工设备

选用HXY一5型立轴岩心钻机、SGZ一18型钻塔、BW一250变量泥浆泵S95及S75A绳索取心钻具、SYZX75绳索取芯液动锤。

2.2 钻进工艺方法

取芯工艺采用绳索式取芯，其特点是取芯速度快，岩(矿)芯采取率高，操作劳动强度低，且适合于较碎裂岩(矿)层及断层破碎带的钻进施工。

(1)在650m以上孔段，考虑钻孔整体的护壁需要，采用S95绳索取芯钻进。施工操作要点：控制好孔内压力平衡，捞取岩芯及起下钻时必须采取钻井液回灌措施，并根据地层的实际情况，控制捞取岩芯及起下钻的速度，防止孔内压力失衡造成孔壁坍塌。

(2)在650m以下孔段，采用S75A绳索取芯钻进。

施工操作要点：要控制好钻进压力和转速，防止由于上部孔径较大及该段地层溶洞较多，造成钻杆折断事故。

(3)冲击回转钻进。在岩石破碎、节理发育孔段，采用回转钻进极易发生岩芯堵塞，回次进尺仅为0．2～0．5m之间，提取岩芯频繁，纯钻时间只占16％，辅助时间多达84％，且采用率仅达50～60％；采用SYZX75绳索取芯液动锤钻具实行冲击回转钻进，回次进尺提高至2．5～3.5m，采用率提高到90～100％，纯钻时间达50.3％，辅助时间只占49.7％，能极大地提高钻进效率。

施工操作要点：严格控制钻井液中的固相含量，泵量控制在60L／min，让液动锤在小冲击功和低频状态下工作，就可达到防止岩心堵塞的使用效果，并可延长游动液动锤的使用寿命。

2.3 护壁堵漏工艺

本矿区地层上部孔段采用无固相(低固相)钻井液护壁，遇较小裂隙(0．1～3．0 mm)地层时，孔内水量轻微漏失，可采用无固相冲洗液+随钻堵漏剂进行随钻堵漏；遇较大裂隙(大于3．0mm)、漏水严重时，可用水泥浆+PAM+粘土浆+惰性材料组合浆液进行专门堵漏；较大的裂隙漏失采用惰性材料堵+快干水泥封同。

下部地层孔段发生漏水时及时采用隋性材料+快干水泥封固；遇断层破碎带时，每钻进8～10m，用2．0～0．8(从稀至稠)水灰比的水泥浆灌注护壁，以确保孔壁稳定；遇溶洞时，应首先判断溶洞规模、深度以及上下岩层结构特征，然后用水泥配加2．5～3．5％711型速凝剂配成浆液，灌注到溶洞底部，待其凝固后，实行快速钻进通过。

2.4 冲洗液配置

无固相钻井液

配比：清水：植物胶：随钻堵漏剂：聚丙烯酸钾：高效剂=1000：4：4：0．3：4(重量比)。钻井液性能参数：粘度：21～23s；比重：1．029／cm；胶体率：85％；含砂量：小于0．5％；滤失量：10ml／30min；PH值：9～10。该配方针对砂岩、页岩、粘土岩组合的不同岩性地层，采取胶结性和抑制性相结合的护壁防塌方

式，达到胶结性防塌和抑制性护壁的目的，且经济性较好。

低固相钻井液

配比：清水：钠基膨润土：复合离子型聚丙烯酸盐(PAC141)：磺化沥青钠盐：随钻堵漏剂=1000：30：3：5：5(重量比)。钻井液性能参数：粘度：20～22s；比重：1．039／em；胶体率：90％；含砂量：小于0．5％；滤失量：10ml／30min；PH值：9。10。该配方针对碳质页岩、碳质粘土岩及构造破碎带组合的不同岩性地层，采取胶结性和强抑制性相结合的护壁防塌方式，达到很好的胶结性防塌和抑制性护壁的目的。

3、总结

在上部地层稳定性很差、下部漏失严重复杂地层中施工深孔，关键点在下部发生漏失时，如何保证上部地层的稳定。因此，合理确定钻孔结构、钻井液配置，实时根据地层的变化和具体的情况，灵活地组合运用水泥、套管等可靠有效的护壁和堵漏方法，才能为钻探施工提供可靠的保障。

参考资料：

［1］张元清，宋健.长白矿区复杂地层多金属矿深孔施工技术［J］.探矿工程：岩土钻掘工程，2010，37（12）：13-16.