复杂地层中深孔绳索取心钻探技术对策

摘要：复杂地层中深孔钻探施工要达到安全、快速、经济的目标，必须在采用新研制的高强度SQ系列绳索取心钻具系统的同时，施行科学合理的钻探工艺技术措施。新型钻具在生产试验示范中，详细分析了国内典型矿区地层特点、装备配置以及目前机台工人素质等情况，有针对性地研究制定了施工方案和技术措施，这些措施对今后复杂地层深孔钻探具有一定指导意义。

Abstract: In order to make deep hole drilling in complex stratum achieve safe, rapid and economic goals, we must use the new SQ series of rope core drill system with high-strength, at the same time take scientific and reasonable drilling technical measures. In the production demonstration of new drilling, the paper made detailed analysis of the characteristics of stratum, equipment configuration, and the quality of the current machine workers, etc., in typical domestic mining, pertinently studied and developed the construction planning and technical measures, which has some significance for future deep-hole drilling in complex stratum.

关键词：复杂地层；深孔绳索；取心钻探技术；对策

Key words: complex stratum；deep rope；core drilling technology；strategy

中图分类号：TU4 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0067-01

1优化设计钻孔结构，完善钻具级配

钻杆柱是把地面钻机的回转扭矩和给进压力传递到孔底切削钻具的传动件，同时又是输送冲洗介质的通道。绳索取心钻杆柱还是捞取岩矿心和投放内管总成的通道。在地质钻探设备和器具中，钻杆柱的受力情况和工作条件最为复杂和恶劣。在机械设计和力学分析时，钻杆柱（非挠性钻杆）被认为是一根细长的软轴，它的绝对长度和长径比（细长比）在其它机械中是少有的。一般机械中把长径比为10～15的轴称为细长轴；长径比50～100的轴属于刚性很差的特细长轴。而?准55.5mm绳索取心钻杆在1000米钻孔中长径比达到了18018，这样的长径比相当于一根75米长的8号金属铅丝（?准4.064mm）。因此，在绳索取心钻探施工中，应当严格控制钻杆与孔壁之间的间隙。当因工艺需要或地质要求变换钻进孔径时，必须下入技术套管。钻孔口径过大，将造成绳索取心钻杆局部明显弯曲，钻杆螺纹部分极易发生折断。绳索取心钻进时的孔壁间隙应限制在钻杆直径的15%～20?准%以内。如，在?准59mm孔径使用?准55.5mm钻杆钻进，钻杆与孔壁之间的间隙不得大于8.33～11.1mm，即孔径不得大于?准63.8～66.6mm。由此可见，在由?准75mm孔径变换为?准59mm孔径后，必须下入合适的技术套管，以减少孔内钻杆折断事故，提高绳索取心钻杆的整体使用寿命。

2合理选择钻探设备

选择钻深能力大，稳定性好，给进行程较长，回转速度调节较宽的XY-5型岩心钻机（采用全液压顶驱式长行程钻机更佳），同时配套可以提升四联4.5m钻杆立根的SG23管型钻塔。绳索取心钻进应采用可变量小排量高压泥浆泵（BW-90、BW-150）。如条件许可，建议机台现场配齐泥浆搅拌机、泥浆除砂器、绳索取心打捞绞车、具有施加预扭矩功能的拧管机、钻杆简易校直架等设备，逐步提高机台绳索取心辅助设施配套水平。

3选用高时效、长寿命、广谱型高品级人造金刚石钻头

近20年来，人造金刚石岩心钻头价格逐步走低，而劳务成本大幅度增长。在当前劳务成本和材料价格条件下，从提高岩心钻探效率和降低钻探生产总成本两方面看，使用低品级人造金刚石钻头都是不尽合理的，亦不利于提高绳索取心钻杆的使用寿命。鉴于金刚石超硬材料生产技术水平的提高和地质勘探经济技术条件的明显变化，在绳索取心钻探中应当大力推荐使用高品级的人造金刚石岩心钻头，并调整金刚石钻进技术参数。

采用高品级人造金刚石钻头可以提高机械钻速，延长钻头使用寿命，提高岩矿心采取质量，增加绳索取心钻进提下“大钻”间隔。在绳索取心钻探，特别是复杂地层深孔钻探中使用高品级的人造金刚石岩心钻头技术效果和经济意义是明显的。

由于复杂地层多破碎，软硬不均，在钻进时要使金刚石钻头打出好水平，获得最优经济效果，一是根据不同地层选用适岩的金刚石钻头，如对坚硬岩石，由于其研磨性弱，钻进对造成“打滑”，应选用JR4级以上，粒度为46-60混镶优质人造金刚石钻头为宜。二是将钻头扩孔器进行排队使用。三是建立金刚石钻头使用档案，通过对档案数据的统计分析，进行优胜劣汰，确定优质钻头的生产厂家和钻头类型。

4优化绳索取心钻探工艺规程参数

探索改进复杂地层深孔机台现场操作工艺。SQ77型高强度绳索取心钻具改进简化了内管总成结构，适当增加了内外管之间、外管与孔壁之间的环状间隙，减小了冲洗介质投放阻力，加快内管总成投放速度。在孔壁稳定的前提下，也可以适当提高内管总成上提速度。

SQ77型高强度绳索取心钻杆定尺长度由原来的3m增加到4.5m，钻杆接头螺纹副在孔内的受力状况有所改善，钻杆可承受更大的给进压力。同时，SQ77型高强度绳索取心钻具钻头外径为77mm，内径为46mm，较原S75绳索取心钻头的刻取面积（76/49mm）略有增加，因此钻机给进压力可适当增加，但不应高于1200Kg。SQ77型高强度绳索取心钻具内管总成岩心管部分的有效长度增大，最大长度为4.5m（推荐使用3.0m）。钻进中可以适当增加回次进尺，以减少打捞采心次数。在复杂地层深部孔段钻进，为确保施工安全，防止孔内事故，应适当控制钻机回转速度。采用SQ77型绳索取心钻具时，回转速度应不高于700rpm。生产试验证明，强力规程有时不是快速钻进的唯一方法，通过优化选择大粒度、高品级金刚石钻头，合理选择冲洗液流量、给进压力、回转速度参数等措施同样可以获得较理想的钻进效率，并且孔内事故亦大大减少。

5选择适合绳索取心钻进的护壁堵漏措施

项目组对复杂地层绳索取心钻探护壁堵漏技术进行了专题调研。目前国内对于强漏失及极不稳定的孔段通常采用801堵漏剂、高失水树脂、沥青粘土球、惰性材料及水泥浆等护壁措施。长孔段水敏性的煤系地层、其它沉积地层以应用磺化沥青泥浆、增效粉泥浆和聚丙烯酸钙泥浆，结合水泥护壁等工艺技术措施为主。固体金属矿区比较破碎，易发生孔壁坍塌、钻孔漏失的岩层，采用PVA（聚乙烯醇）与CMC（羧甲基纤维素）复配护壁冲洗液，其中PVA浓度5%～6%左右。PVA具有胶结松散岩石的能力，可抑制岩矿心水化，有利于提高岩矿心的采取率。同时PVA与金属吸附性差，不易在绳索取心钻杆内壁结垢。CMC的主要作用是改变冲洗液流变特性，适当提高冲洗液粘度，减轻钻孔漏失。此外，在特定条件下，为控制钻孔漏失，部分矿区可以采用泡沫泥浆钻进措施。

参考文献：

[1]张毅，赵仁存，张汝忻.国内外高强度钻杆的技术质量评述[J].钢管，2000，（05）.

[2]宋金亭，姜光忍，王献斌，高保娟，唐宇恒，徐新绿，石清荣.深部岩心钻探用高强度绳索取心钻杆的研制[J].地质装备，2008，（02）.