豫东南平原地区深孔钻探技术

冯军山　贾永祥

【摘 要】平原地区一般第四系覆盖层较厚，基岩埋藏较深，在深孔钻探施工时，如果采取工艺和措施不当将很难施工，本文对近两年施工的几个钻孔钻探经验进行了总结，从钻机、钻塔、泥浆泵、钻具及钻头的选择，到泥浆材料的配制、钻孔结构的设计、事故的预防和处理、套管的提拔等方面进行了阐述。

【关键词】平原地区；深孔；钻探技术研究

近年来，随着国家对矿产资源的需求与日俱增，国家对地质找矿工作的重视程度提到了一个崭新的高度，国家不惜投入大量资金进行地质找矿工作。河南省有色金属地质矿产局广大地质工作者积极响应国家的号召，奋身投入地质找矿工作的大潮，在一些具有含矿潜质的地区进行了大量的物化探和测量工作，经过对技术资料的反复研究，在河南的西平、虞城、正阳、新蔡地区发现了一些磁异常现象，为了验证磁异常现象进行了实际钻探工作，经过钻探工作对磁异常现象的存在分别作出了相应的解释。其中商丘市虞城县利民镇矿区在1000至1500米之间发现了铁矿带的存在。

1、矿区基本情况

这几个地区均处于平原地带，地势平坦，交通便利，第四系覆盖层较深，自西向东呈逐渐加深趋势，一般在700-1100米，设计钻孔深度1300-1760米，实际施工钻孔最深达1701.16米。钻孔设计均为直孔，终孔直径不小于75mm，第四系可不采取岩心，但地层层位必须分清。地层情况除第四系外，基岩岩石一般为砂岩、泥岩、页岩、细粒闪长岩、片麻岩、条带状混合岩等。岩石较破碎，局部风化蚀变严重。

2、施工组织

2.1钻探设备选择

根据钻孔设计深度及钻探技术要求决定采用张家口中地装备探矿工程机械有限公司生产的XY-6B型钻机，该钻机特点：动力大，扭矩大，钻进效率高，提升力大；采用高碑店市冀宝地矿设备厂生产的AS18-36s型钻塔，该钻塔稳固、提升能力强、起钻效率高；采用山东中探机械有限公司生产的BW320型泥浆泵，该泥浆泵泵量大，流量可调范围大，能适应泥浆性能变化较大的要求，易损件易更换、易维修，适合深孔钻进。

绳索取心钻杆采用唐山市金石超硬材料有限公司生产的ZXJS71钻杆，该钻杆经多钻孔适用强度高，很少出现断钻事故，适合深孔钻进；第四系钻进采用Ф108钻具带Ф133三翼复合片钻头，这种组合的钻具钻进效率高，钻孔不易偏斜，利于套管下入；基岩钻进采用ZXJS75+1型金刚石钻具，该型钻具可以减少冲洗液循环时的背压，利于岩粉排出，起钻不容易产生抽吸现象。

2.2钻孔结构

根据掌握的地层基本情况和钻孔设计技术要求，钻孔结构采用三级结构即：第四系下入Ф108地质套管，基岩钻进遇完整地层时下入Ф89地质套管，最后采用ZXJS75+1型金刚石钻具钻进，钻孔直径为78mm。

2.3泥浆材料的选择

在近几年的钻探施工过程中，通过我们对数家泥浆材料厂家产品的使用对比，我们认为延安朝政泥浆有限公司生产的系列泥浆材料虽然价格稍贵一些，但是质量可靠，效果明显，用着省心、放心，我们单位及周围的钻机现在一直在用。

⑴第四系钻进时泥浆由清水+膨润土+广谱护壁剂+磺化褐煤树脂搅拌调制而成，膨润土加入量25%，后二者的掺入比例均按1.5%。这样调出来的泥浆具有护壁能力强、携砂效果好、降失水性能强、润滑性能好的特点。

⑵基岩钻进时泥浆由清水+膨润土+广谱护壁剂+切削膏搅拌调制而成，膨润土加入量2-10%，广谱护壁剂加入量1.5%，切削膏加入量 2-5%，切削膏具有增进润滑，提高钻进效率的作用，钻进效率可提高20%左右。

⑶在易坍塌地层中钻进时，为防止钻孔坍塌可在泥浆中增加泥浆粉用量并加入0.5-1%高粘防塌剂，泥浆比重要大于1.2，漏斗粘度≥35s，泥浆要有很好的流动性和润滑性。

⑷在这些地区的钻孔除第四系与基岩接触部位漏水量较大（后面将单独阐述）外，其它部位漏水都不严重，一般情况下在泥浆中加入0.1-0.2%高粘堵漏剂或混合堵漏剂即可达到堵漏的效果。

3、施工关键技术

3.1预防偏斜措施

在第四系钻进过程中为了保径、防止钻孔偏斜，在三翼复合片钻头上部连接16米Ф108粗径钻具，钻具由4根4米长的Ф108钻具组成，中间和顶部连接4个400mm长的Ф133接头作为扶正器，粗径钻具加扶正器长度达17.60米，钻进时采用减压钻进。

3.2泥浆回灌技术

在第四系和基岩破碎带地层钻进过程中，起钻时为了防止孔内产生抽吸现象继而产生缩颈和塌孔现象，在起钻时要从钻杆外部向孔内回灌泥浆，有时由于钻杆外部环状间隙小泥浆下不到孔底时要从钻杆内部回灌泥浆，直到灌满为主，钻孔较深起钻时间较长时，要分段回灌，每次回灌都要灌满为止。

4、常见事故的预防和处理

4.1第四系预防粘附卡钻

⑴做好固控工作，尽量清除钻井液中的无用固相。

⑵为了防止产生粘钻在钻进过程中不能一直往下钻进，应经常上下活动钻具。

⑶加卸钻杆要迅速。

⑷如遇泥浆泵出现问题需修理时，要将钻具提到安全位置。

⑸设备发生故障，不能转动时，要上下活动，不能上下活动时，要力争转动。

⑹经常检修泵压表、指重表、扭矩表，保持灵敏可靠，以防作出错误的判断。

⑺严禁将立轴钻杆坐在井口维修故障，一旦发生卡钻，就失去下压和转动钻具的可能。

4.2粘附卡钻事故的处理

在第四系钻进时最容易发生粘附卡钻事故，对粘附卡钻事故的处理方法很多，在发生卡钻30分钟内，接上震击器，用震击的方法有可能解卡，时间长了以后就希望不大了。其它方法有清水解卡、烧碱解卡、快T解卡、盐水加快T解卡、AD干粉解卡、原油加柴油解卡等。解卡不成时可以采取套取的方法。

正阳的钻孔在钻至660.30米第四系黄土层时发生粘附卡钻事故，我们分析粘钻发生位置应该在粗径钻具处。在震击、顶、拉都无济于事时，我们综合各方面因素决定采取套取的方法：用Ф108地质套管当钻杆，根据套取情况下面依次连接4米、8米、12米Ф146钻具套取，在连接8米Ф146钻具套取至651.00米后成功解卡，被卡钻具顺利起出。套取的方法适宜于第四系，时间短，效果明显。

4.3孔内渗漏的处理

⑴在这几个地区普遍存在的现象是在第四系土层于基岩交接带易发生漏水现象，孔口不返浆或反浆量很小，遇到这种情况后应再钻进6米，彻底穿过漏层，然后起钻堵漏。堵漏的方法是配置0.5m3比重为1.20漏斗粘度大于50秒的稠浆，配制方法是：0.5m3清水+150公斤膨润土+5公斤高粘防塌剂+0.5公斤高粘堵漏剂；再配0.75 m3比重1.85的水泥浆，配制方法是：0.5 m3清水+1吨水泥。先向孔内注0.5 m3稠浆，再向孔内注0.75 m3水泥浆，静止候凝24小时即可。

⑵在破碎带钻进时，孔内会出现漏水现象，一般漏失不严重，治理方法是在泥浆中加入0.1-0.2%高粘堵漏剂的同时再加入一些锯末。

5、套管的提拔

在钻孔达到设计技术要求后，技术人员会组织测井并对测井资料、岩心编录进行综合研究，最后作出终孔决定。终孔通知书下达后，一个非常重要的任务就是提拔套管。首先要提拔的是Ф89地质套管，由于套管底部埋在基岩里面，长时间不动，再加上岩粉的沉淀侵入，套管很难提拔上来，采用大型油缸顶也没有效果，反丝钻杆反有时也可能就反出来一个接头，有时可能同时反开几节容易发生次生事故，非常麻烦，由于价格昂贵又不能不要。经过我们研究认为：Ф108地质套管和Ф89地质套管由于在孔口密封的非常严实，不会有岩粉等侵入，如果能从Ф108地质套管底口以上将Ф89地质套管割断，那么Ф89地质套管将轻松起出，Ф108地质套管可以采取反丝钻杆反和大型千斤顶顶的方法等，首要是解决Ф89地质套管的问题，经过我们的共同努力设计出了一种割刀，该割刀安装在Ф71钻杆上，下至将要割断的位置将Ф89地质套管割断，将套管顺利起出，减少了一大笔损失。

在虞城钻孔施工时，由于卡钻Ф71绳索取心钻杆提拔不动，我们将割刀改小后安装在Ф60绳索取心钻杆上下钻至被卡部位上部同样将Ф71绳索取心钻杆割断。由于我们拟将该割刀申请发明专利，所以这里对有关割刀的形状、图片及设计内容等暂时保密，不便泄露，望谅解。

6、总结

通过近两年在这几个地区的施工，积累了一些施工经验供大家参考。这几个矿区代表了河南的大部分平原地区，但是每个矿区地层情况都不是完全一样的，在具体施工时要针对具体情况认真分析研究采取有针对性的措施，才能达到理想的效果。

参考文献：

[1]黄汉任，等.泥浆工艺原理[M].北京：石油工艺出版社，1985.

[2]李世忠，等.钻探工艺学（下册）[M].北京：地质出版社，1989.

[3]刘希圣，等. 钻进工艺原理[M]. 北京：石油工艺出版社，1981.

作者简介：

冯军山（1976-），男（汉族），河南长葛人，河南省有色金属地质矿产局第四地质大队工程师，地质工程专业，从事钻探、岩土工程施工技术管理工作。