針對(duì)復(fù)雜地層情況的巖心鉆探相關(guān)技術(shù)研究與探討

張永春,楊東河（.山東省地礦技工學(xué)校；.山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠 ,濟(jì)南 5004）

針對(duì)復(fù)雜地層情況的巖心鉆探相關(guān)技術(shù)研究與探討

張永春1,楊東河2
（1.山東省地礦技工學(xué)校；2.山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠 ,濟(jì)南 250014）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于礦產(chǎn)的需要已經(jīng)越來(lái)越重要，也造成了現(xiàn)階段礦產(chǎn)資源的枯竭。在這種背景下，為了能夠更好的提高礦山的使用時(shí)間，就需要向礦山更加深的地方開(kāi)發(fā)。而越是深層次的地層就會(huì)面對(duì)越復(fù)雜的情況，難度也變得越來(lái)越多，對(duì)于技術(shù)的要求也就變的越來(lái)越高。所以，對(duì)于鉆探技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)是十分必要的。本次研究工作主要對(duì)復(fù)雜地層的巖心鉆探相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，并提出了相應(yīng)的解決方法及策略。

礦產(chǎn)；鉆探技術(shù)；復(fù)雜地層

0　引言

地質(zhì)巖心鉆探在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的有著舉足輕重的地位，近幾年發(fā)展速度也非常迅速的。由于礦山地表的礦產(chǎn)資源被過(guò)度的開(kāi)發(fā)，而現(xiàn)有地質(zhì)巖心技術(shù)的落后，礦山的深部礦產(chǎn)資源得不到有效的利用，導(dǎo)致礦山現(xiàn)有的服務(wù)年限非常短暫，市場(chǎng)礦產(chǎn)資源需求也得不到滿足。為了解決以上問(wèn)題，我國(guó)大部分地區(qū)將地質(zhì)找礦的重心轉(zhuǎn)向礦山深部資源的開(kāi)發(fā)上。開(kāi)發(fā)礦山深部資源將會(huì)大大增加復(fù)雜地層深孔鉆探的施工難度，這對(duì)于復(fù)雜地層巖心鉆探技術(shù)的要求大大提高。因此，提高我國(guó)復(fù)雜地層情況的巖心鉆探技術(shù)水平的任務(wù)就顯得十分緊迫。

只有提高我國(guó)深部鉆探技術(shù)水平和施工能力，才能保證鉆探工作的安全順利進(jìn)行，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出重大貢獻(xiàn)。

1　相關(guān)概念介紹

在我國(guó)，對(duì)于地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)的研究工作可以追溯到上個(gè)世紀(jì)的八十年代，在當(dāng)時(shí)，能夠達(dá)到的孔深度基本都是小于500米的。隨著研究技術(shù)的不斷深入，到了二十一世紀(jì)之后，許多鉆探企業(yè)能夠達(dá)到的深度都已經(jīng)到了八百至一千五百米，甚至有的工程隊(duì)都能夠達(dá)到二千米的深度了。

而對(duì)于一些較為復(fù)雜的地層來(lái)說(shuō)，在鉆空的時(shí)候，常常會(huì)遇到坍塌、滲水等問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)于鉆孔來(lái)說(shuō)是十分不利的。為了能夠更好的提高在復(fù)雜地層的鉆孔，就需要對(duì)這些地層進(jìn)行合理的分析，這樣才能夠有效的避免這些問(wèn)題的出現(xiàn)。

2　鉆探設(shè)備的配置

作為復(fù)雜地層情況巖心鉆探的核心技術(shù)之一，鉆探設(shè)備配置的合理性是至關(guān)重要的。鉆機(jī)、鉆塔、泥漿配制、泥漿泵和處理設(shè)備的配置必須要以地層情況和鉆孔設(shè)計(jì)深度為依據(jù)。全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)具有315m鉆進(jìn)行程，回轉(zhuǎn)扭力和提升能力強(qiáng)大；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距操作，大大減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；過(guò)載保護(hù)性能好，精確控制轉(zhuǎn)速和鉆壓，工作平衡可靠；可依據(jù)實(shí)際環(huán)境優(yōu)選鉆進(jìn)參數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。因此，常選用該種鉆機(jī)作為深孔鉆進(jìn)的設(shè)備，以滿足復(fù)雜地況巖心鉆進(jìn)的工藝需求。

3　鉆探機(jī)具的選擇

要想做好一件事情，準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。相較于淺孔鉆探而言，深孔鉆探對(duì)取心工具和鉆桿的要求更為嚴(yán)格。鉆探機(jī)具的性能是否可靠穩(wěn)定、效率是否達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響著深孔鉆探工作的順利進(jìn)行。國(guó)內(nèi)外金剛石繩索和鋁合金鉆桿的性能相對(duì)于其他工具來(lái)說(shuō)，性能和效率都處于領(lǐng)先地位，因此建議深孔鉆探選擇這兩者分別作為取心工具和鉆桿。金剛石液動(dòng)潛孔錘繩索取心鉆具比較符合堅(jiān)硬打滑地層或破碎地層的深孔鉆井，回轉(zhuǎn)阻力與孔的深度成正比例關(guān)系，為了進(jìn)一步保證鉆孔質(zhì)量和鉆孔工作的快速順利進(jìn)行，套管鉆進(jìn)技術(shù)或多技術(shù)集成的“三合一”鉆進(jìn)工藝都是一個(gè)較好的選擇。

4　鉆進(jìn)工藝的優(yōu)化

4.1鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆進(jìn)方法、鉆孔深度、護(hù)孔方法、地質(zhì)條件及終孔直徑等內(nèi)容都是影響確定鉆孔結(jié)構(gòu)的重要因素。為了保證深孔鉆探效率和鉆孔質(zhì)量，必須要進(jìn)行終孔直徑、下套管程序、換徑次數(shù)、鉆進(jìn)深度及開(kāi)孔直徑等方面的合理設(shè)置。在進(jìn)行復(fù)雜地層情況的巖心鉆探工作時(shí)，地層情況和施工情況決定了終孔直徑的設(shè)置。換徑次數(shù)與深度的確定則要以地質(zhì)要求、鉆探設(shè)備能力為依據(jù)。當(dāng)孔深超過(guò)1000m以上深度時(shí)一定要采用PW(5168)開(kāi)孔，5146開(kāi)孔則適用于小于1000m的孔深。

4.2鉆進(jìn)方法

一般來(lái)說(shuō)，首先要確定巖石可鉆性、研磨性及完整程度等內(nèi)容，才能進(jìn)行鉆進(jìn)方法的選擇。聚晶金剛石、硬質(zhì)合金較適用于可鉆性低于7級(jí)的巖石鉆進(jìn)。繩索金剛石與普通金剛石回轉(zhuǎn)較適用于可鉆進(jìn)性為4-12級(jí)的巖石鉆進(jìn)；金剛石沖擊回轉(zhuǎn)則適用于可鉆性為7-12級(jí)的巖石鉆進(jìn)。反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)可進(jìn)行在松散破碎地層孔深大于500m的巖石鉆進(jìn)。

4.3鉆頭的選擇與使用

在進(jìn)行鉆頭類型選擇工作之前，也要首先要確定巖石的可鉆性、研磨性及完整程度等內(nèi)容。巖石的硬密程度隨著孔深的增加而增強(qiáng)，所屬的可鉆性級(jí)別也就越高。同時(shí)，較長(zhǎng)時(shí)間的巖心打撈及鉆頭的提鉆換，這些都對(duì)鉆頭的性能提出了更高的要求。一般國(guó)產(chǎn)的金剛石鉆頭都不符合深孔鉆進(jìn)的需求。雖然國(guó)外生產(chǎn)的金剛石鉆頭要價(jià)較高，但是卻具有較長(zhǎng)的使用年限、較高的工作效率等優(yōu)點(diǎn)，為了保證深孔鉆進(jìn)工作的順利進(jìn)行及較高的經(jīng)濟(jì)效益，建議企業(yè)應(yīng)使用該種鉆頭。

4.4鉆進(jìn)參數(shù)選擇與優(yōu)化組合

為了保證鉆進(jìn)效率和鉆孔的質(zhì)量，必須合理的設(shè)置轉(zhuǎn)速、鉆壓、泵量等參數(shù)。當(dāng)復(fù)雜地層的松散膠結(jié)性較差時(shí)，鉆速的大小必須要合理設(shè)置，為了保證巖礦心采取率，可以采用孔底反循環(huán)取心鉆進(jìn)。有時(shí)還可采用低轉(zhuǎn)速小泵量取心技術(shù)。

在超徑的地層鉆進(jìn)時(shí)，要特別注意泵量的大小，因?yàn)樵诔瑥教帲魉佥^低的巖粉會(huì)沉積下來(lái)，停泵會(huì)可能會(huì)發(fā)生夾埋事故。為保證巖粉的排出，要結(jié)合實(shí)際情況，比如泵量對(duì)鉆頭胎沖蝕、泵量對(duì)孔壁的沖刷等情況，再去合理的增大泵量。在鉆進(jìn)破碎巖層或鉆孔彎曲的情況下，應(yīng)采用較小的轉(zhuǎn)速。在斜孔鉆進(jìn)時(shí)，為了穩(wěn)定鉆孔的軌跡，應(yīng)采用較高的轉(zhuǎn)速。在實(shí)際的鉆探工作中，巖層的破碎程度、管材的強(qiáng)度都會(huì)影響轉(zhuǎn)速的大小。

[1]地質(zhì)科院2012.國(guó)外礦產(chǎn)資源深部找礦勘探的現(xiàn)狀與趨勢(shì),中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所學(xué)術(shù)文獻(xiàn)2012.

[2]胡繼良.復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液研究與應(yīng)用[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)博士論文,2012(05).

[3]季偉峰,張宜.地勘用陀螺測(cè)斜儀研究現(xiàn)狀及使用中主要問(wèn)題的分析[D].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011(02).

[4]廊坊勘探研究所.全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦專項(xiàng)深孔鉆探工程技術(shù)總結(jié)[D].2011(08).

[5]沈立娜,阮海龍.國(guó)內(nèi)外金剛石鉆頭的部分技術(shù)進(jìn)展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011(05).

張永春（1987—），男，山東濟(jì)南人，學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：固體巖心鉆探方向。