岩芯钻探施工技术的应用初探

摘要：岩芯钻探技术的成功使用，为提高钻进效率及质量打下了基础，在施工中所取得的经验，对同类矿区的钻探施工具有推广应用价值。

关键词：深孔岩芯；钻探；技术

一、钻探设备配备及工艺

本文依据不同的设计孔深配备深孔钻探设备及材料。设计孔深在650m以下，可使用XY-4型钻机，动力系统采用45KW的发电机组，确保其钻进稳定性设计孔深在650～850m，宜采用XY-44型钻机，Φ59口径最大钻进深度为1200m，动力系统选用45KW或75KW的发电机组；设计孔深在850～1250m，则采用XY-5型钻机，动力系统采用75KW的发电机组。钻头均选用金刚石孕镶钻头，胎体硬度HRC35～45或HRC45～50。钻机的取芯工艺宜用绳索式取芯，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。

二、钻进方法

1、钻孔结构

根据钻孔设计孔深，一般采用二径或三径成孔。即设计孔深550～850m，以Φ91口径开孔，下入Φ89套管后，以Φ76S口径钻进穿过磷矿层直至终孔；设计孔深≥850m，宜用Φ110口径开孔，分别下Φ108、Φ89两层套管，最后以Φ76S口径钻进至终孔。

2、钻进参数

2.1泵量。钻进过程中的泥浆排量（水量或冲洗液量），主要作用是冷却钻头、护壁、润滑钻具、减轻震动、清洁孔底、平衡压力等。泵量在金刚石深孔钻进中是一个很重要的参数，要求泵量均匀、连续，不能过大或过小。在地区钻探开孔地层一般为下古生界寒武系，发育细碎屑岩及碳酸盐岩，岩体结构相对完整，硬度较小，宜采用较大泵量；当钻进至震旦系灯影组地层时，由于其地层厚度大，岩石较破碎，研磨性强，且裂隙及节理较发育，应采用较小泵量，以利于孔底保留较少的岩粉来研磨钻头使其保持出刃；随着孔深进一步加大，泥浆在孔内循环时所经过的孔段越长，产生的阻力损失也越大，此时宜选用较大泵量。

2.2转速。转速是指钻头在单位时间内转动的圈数。理论上讲，转速越高，单位时间内钻头切削岩石的次数就越多，钻进效率自然就高。转速选择主要取决于地层特性，但也受设备、管材、泥浆、口径等因素的制约。一般地讲，颗粒细、均质完整、研磨性较弱的岩层可用较高转速；而颗粒粗、裂隙发育、研磨性强的岩层则应降低转速。根据圆周线速度与直径的关系，转速相同时的钻头直径越大，圆周线速度越快。因此，在相同条件下，钻头直径大时转速应相应降低。

三、钻进操作技术要领

钻孔深度一般在650m以上，以碳酸盐岩为主的地层，其结构构造比较复杂，钻具在高深度区受力很不均匀，若操作不当，极易造成钻杆脱扣、折断甚至跑钻。

1、钻杆脱扣、折断的预防措施

开始钻进时，先用轻压、慢转，待钻头工作适应孔底情况后，再将钻压和转速提高到需要值；正常钻进时，给压要均匀，不得无故提动钻具，同时要保持孔内清洁，遇到孔内有阻力时不能猛拉猛顶；取岩芯时，不得用高速晃车，以免造成钻杆大幅震动致使钻杆脱扣或折断。

2、防止跑钻

应定期检查升降机的制动带与卷筒的同心度是否一致，制动带与卷筒之间的间隙是否合适，操纵手柄是否灵活，刹片磨损是否严重等。提引器上下运行过程中，操作者的视线应始终盯着提引器，并随着提引器上下移动；提下钻时，操作者不能猛拉猛墩，塔上塔下要保持协调一致，注意力要集中；提钻时，提引器一定要拧紧。

3、深孔套管的下入与起拔

依据设计要求确定终孔口径，再反推至孔口，对于超深或复杂地层的钻孔，一般在中间预留一径或两径做备用。本区设计终孔口径为Φ76mm，根据上述原则，开孔应以Φ95或Φ110口径比较合理。套管下入深度主要取决于地层的复杂程度。下套管前，套管外壁应涂以废机油或防锈润滑材料，有时可考虑向孔内注入适量粘度较大的泥浆，以冲填孔壁间隙或防止粘土层膨胀。下套管时，应在每节套管丝口处涂抹适量松香防滑剂并拧紧，使其封闭严密防止冲洗液漏失；套管下端应坐落在稳固的地层中并加以密封，以防套管内外水力相通；套管上端也要密封，防止岩粉落入套管和孔壁间，造成起拔困难。起拔套管困难时，宜先用升降机来回提拉，然后再逐根起拔；若来回活动无效，可用千斤顶对准孔口中心进行起拔，操作时压力应均匀，应顶顶停停，避免将套管顶断；用千斤顶起拔无效时，则须用公锥将套管逐根返上来。

四、护壁与堵漏

岩石结构总体较破碎，节理、裂隙、溶洞较发育，而以绳索取芯工艺为特征的双管钻进对孔壁完整性及返水要求较高。因此，护壁与堵漏的成功与否是实现高效深孔钻进的关键环节。

1、冲洗液护壁

针对地区地层特点，可采用如下配方配制的无固相冲洗液护壁：PAC-141+腐植酸钾，比例为1∶2，即1KgPAC-141，2Kg腐植酸钾，将二者充分溶解于水，并搅拌成细糊状，直接送入孔内。若遇孔内掉块或孔壁坍塌，可在此配方中加入适量聚乙烯醇。该冲洗液在孔内通过钻杆反复回转，在孔壁上形成粘性极强的网状保护膜，从而有效地防止孔内坍塌、堵塞溶洞及裂隙。

2、水泥浆护壁

钻进遇断层破碎带时，每钻进5～10m，用425#水泥浆（水灰比1∶0.5）灌注护壁，以确保孔壁稳定。灌注前提出钻具再下钻杆到距孔底约5cm，用清水清洗孔壁泥皮，直至清水返出。清洗时需连续回转钻杆，以免埋钻；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425#水泥并配加2.5%～3.5%711型速凝剂配成浆液，再下钻杆到溶洞底部，待其凝固后，实行快速钻进通过。

3、堵漏

遇较小裂隙（0.1～1.5mm）和中小裂隙（1.5～3.0mm）地层时，孔内水量轻微漏失，不必专门堵漏，可采用护壁的无固相冲洗液钻进。遇较大裂隙（>3.0mm）、漏水严重时，可用如下配方进行堵漏：PAC-141+腐植酸钾+细木粉，以2∶4∶4的比例加水搅成糊状灌入。操作时，先上紧主动钻杆，开泥浆泵，然后低速回转，使堵漏剂充分进入孔底。当冲洗液返上孔口时再恢复钻进，灌入量以120～150Kg为宜，也可根据实际地层情况适量增减。

参考文献：

[1]陈奇林.浅析地质勘探金刚石岩心钻探施工中的应用[J].经营管理者.2010（02）

[2]林文彬.护壁堵漏水泥浆的改性与灌注问题的探讨[J].西部探矿工程.2009（08

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