海洋钻探全孔取芯新技术

张恒　时彦立　孙冠石　李兆均

[摘要]海洋浅层第四系全孔取芯钻探中所采取的Φ108mm钻具，分水器，Φ90mmPVC管钻具取得了很好的效果，粘土层取芯率达到90%以上，砂层取芯率达到80%以上。

[关键词]全孔取芯 岩芯采取率 地层岩性

[中图分类号] P7 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-415-1

我国是一个海域非常广阔的沿海国家，管辖海域面积近300万km2，大约占陆地国土面积的1/3。中国正在从海洋大国向海洋强国迈进，想要海洋开发，钻探工作是先行者，中国已经到了向海洋发展，征服海洋空间的时刻。

第四系全孔取芯可以更好的展现工程地质情况，更好的了解海洋浅层地质年代情况。通过自制钻具，钻速的控制，泥浆的配比粘土层取芯率达到90%以上，砂层取芯率达到80%以上。

1工程概况

本次工程涉及海区范围包括唐山三岛海域H1、滦河口海域H2、H3、秦皇岛海域H4、辽宁绥中六股河海域1-1、1-2、1-3、1-4、辽宁鲅鱼圈海洋2-1、3-1，布设钻孔10口设计孔深均为30米，累计进尺300米。

2工程地质条件

根据本次勘察查明唐山海域及秦皇岛海域自上而下简单描述如下：

3技術原理

工程施工工艺：

传统钻孔施工中，钻机采用单管单动钻进，漏失泥浆严重，与双管单动正循环泥浆钻进相比，具有钻进效率低，岩芯采取率低，岩芯污染等特点，本次施工采用双体专业勘察船和XY-150型钻探采用“双管单动”工艺，钻具选用Φ108mm钻具，内管采用Φ90mmPVC管，分水器，PVC管钻具，内外管同步钻进全孔取芯（图2-1）。这种钻具结构简单合理，易于加工及操作，水路可以沿管壁流出，避免了冲洗液对岩芯的冲刷，自制PVC钻具和自制铁钉可以防止岩芯掉落，更好的保证岩芯采取率，使用安全，不易发生孔内事故，经过改进后粘土层取芯率在90%以上，砂层取芯率在80%以上。双管单动钻具除可以防止冲洗液直接冲刷岩芯外，由于其内管不转动，还可以避免因钻具转动对岩芯的机械破坏作用，保证了岩芯的采取率、完整度、防止污染。

4影响海域钻探的因素

海域钻探影响因素有水深、水流、波浪、潮汐、水下地形地貌等，海域钻探和陆地钻探的区别就是陆地钻探是把钻机固定在汽车上或者直接稳固与地面上，而海域钻探是把钻机固定到船上。因此船的稳定性对施工起着至关重要的作用，所以停放船只时要迎向涌浪的方向停船，在施工过程中要及时紧锚及时跟进套管。

5钻探中出现的问题及解决方法

（1）套管在下入过程中倾斜，解决方法：套管采用外接箍厚壁细丝扣连接，在水深中、下段位置的管柱上设夹板系保护绳逆水牵引，以保持管柱垂直和增强抗水流冲击力的强度。

（2）遇到坍塌缩径地层时，此类岩层，一般强度和硬度低，或呈水溶、水化、水蚀、水敏特性，其弹塑性呈极低或极高状态。其岩层在形成过程中或形成以后，由于扭转、挤压、风化、沉积、溶蚀等内、外动力地质作用，形成松散层、破碎带、断层、孔隙环境、裂隙环境以及溶解性环境。解决方法：在综合采取扩径、泥浆调整等措施后，采取多扫少钻，倒杆时预留活动余地，尽量不停车。处理过程中尽量避免卡死，操作拉顶时不要顶死，来回多活动、多扫，以达到扩大钻杆与孔壁环状间隙，并减少孔内坍塌产生的粗颗粒岩屑，要高度重视泥浆比重，对于复杂地层泥浆粘度可适当偏高，一般控制在25-36s，比重在1.05-1.20，可以有效的防止塌孔和缩径。

（3）岩芯采取率不足，解决方法：钻进工艺选用要恰当、岩层变化时，应调整钻进技术参数，岩层由硬变软时，进尺速度过快，应减少钻压；岩层由软变硬，钻速变慢时，不得任意增大压力，以免损坏钻头或造成孔斜。在非均质岩层中钻进，应控制机械钻进。当遇见砂层底层时，要稠泥浆护壁，采用优质泥浆泥浆粘度25-35s，当遇见泥质地层时，要采用无泥浆干压钻进方法，钻进至预定孔深后在钻杆内部投入蛋子，保证岩心采取率。

6结论

（1）钻孔漏失严重影响岩芯钻探施工的正常进行，增加钻探施工的难度和成本，降低钻进效率，有的造成严重的孔内事故，甚至造成报废，危害性极大，要通过采取科学合理的固井技术措施及优质泥浆体系保证固井质量。在复杂地层条件下钻进，泥浆性能至关重要。作为冲洗液泥浆必须具备良好的护壁能力、润滑能力、及良好的携带岩粉、清洗孔底和冷却钻头的性能。

（2）钻具级配、钻进参数、泥浆配比的确定是岩芯采取率的决定性因素。要在钻探过程中合理的选择钻具级配、钻进参数、泥浆配比来保证岩芯采取率。近海实际地层在沉积历史及形成环境中异常复杂，一般都是非均匀、渐变式的，经常是一类土与其他类土相互掺杂，通过全孔取芯可以更好的了解近海第四系沉积地层的普遍规律，在了解其基本地质工程概念的基础上，采用合理且经济适宜的地层分类方法划分地层，这样才能更好的提供科学数据。

参考文献

[1]《地质岩心钻探规程》（DZ/T 0227-2010）.

[2]《工程地质钻探规程》（DZ/T 0017-91）.

[3]赵尔信，蔡家品，贾美玲，等 我国海洋钻探技术。探矿工程（岩土钻掘工程）2014.09.

[4]曹建明，宋斌，刘发义，金新，等松软媒层瓦斯抽采孔PVC管护壁技术应用研究。探矿工程（岩土钻掘工程）2014.09.