矿产资源钻探施工技术研究

路宏亮

（河南省煤田地质局二队，河南 洛阳 471000）

我国地大物博，有着广袤的土地和资源，很多能源相对来说是比较丰富的，其中矿产资源的储量也较为丰富。但我国的很多可开采矿产资源的所在地的自然环境和地质条件都较为恶劣，比如干旱缺水、地层急斜、有很多不容易被破坏的大块石层等，并且有可能还存在着软硬互层以及矿层自燃等因素造成的破碎带，开发难度是很大的，这些都大大增加了钻探施工的难度。为了进一步了解我国矿井的钻探施工技术的情况，文章对矿井钻探施工技术的相关问题进行了研究和分析，希望可以为我国不同区域矿井的勘探开发技术以及钻井工程的顺利实施打下良好的基础。

1 矿井钻探施工技术的重点和难点

在矿井的钻探施工过程中，钻探环节比较多、工艺也较为复杂，不管是其中哪一个环节出问题都可能会导致能源开发的失败。就目前来看，开采失败的原因有很多都和施工环节的不够严密或不够重视有一定关系，在矿区的整个勘探环节中，施工过程以及施工技术的应用是非常重要的。从目前来看，我国从事矿井钻探施工的人员多是地质行业的从业人员，从业人员对能源进行钻探施工显然是缺少一定的专业性。

在矿井钻探施工过程中还面临着以下一些问题：第一，目前矿井的主要设备较为匮乏。这是因为一部分矿井在钻探时的口径要求的都较大，需要使用的相应的钻井设备也就有了较高的要求，如2000m的水源钻机、小型石油钻机等较为专业的钻井设备，但目前仍有一些勘探队伍缺少这种设备。第二，施工过程中能够用于矿井钻探的管材欠缺。如相应的钻具、钻杆或套管等。第三，我国对于清洁能源的开发和利用现在还不是很广和很多，所以对于相关的专业技术人员的培训也还不够。第五，固体矿产资源转化成清洁型能源是近些年新开发出来的新型的、洁净的一种替代能源，因为对其的利用和开发还不够，也导致在对矿气储存层的保护上还缺乏谨慎和严密的流程和工艺。

2 清洁能源钻探施工技术的工艺要点

（1）钻进方法。我国现在在很多能源的勘探开发上所使用的钻探方法是以垂直井抽取为主的。对于清洁能源开发所采用的也同样是垂直井抽取为主，钻进方法则也是较为常规的钻井方法，也就是常用的以泥浆为循环介质的旋转钻进方式，这种钻进方法是比较常见的，也是在很多能源开发或者是气体开发中应用比较广泛的。但目前也有部分矿井在钻进施工中使用了较为先进的空气旋转钻进的方法，这种方法和现在所使用的常规的钻进方法相比。

（2）井身结构。通常情况下，清洁能源的生产井主要采用二级井身结构：一开（Φ311mm井眼＊Φ244mm表层套管）+二开（Φ215mm井眼＊Φ139mm生产套管）。在复杂的地层条件下，则主要采用三级井身结构：一开（Φ444mm井眼＊Φ339mm表层套管）+二开（Φ311mm井 眼＊Φ244mm技术套管）+三开（Φ215mm井眼＊Φ139mm表层套管）。

（3）钻井设备。现在很多勘探工程中所使用的水源钻机、小型钻机以及全液压矿层钻机等，这些钻机在使用起来是较为灵活的，可以根据井眼的尺寸和实际的开采情况来选择。在二开工程中，所采用的钻井设备也是一些较为常用的设备，比如如果是Φ152.4mm的小井眼的井，在钻进时可以采用2000m水源钻机或SPS200X型地热、水井钻机等国产钻机，这些钻机相对来说，不仅设备组合数量较少，并且易于搬迁，更重要的是钻井的效率并不比一些大型的机械设备效率低，因此，这些钻机多好用于山地或者丘陵地区的矿井的钻探工程中。

（4）钻具组合。我国清洁能源生产井所采用的钻具组合及结构如下：Φ311mm或Φ215mm牙轮钻头+Φ178mm钻铤6根+Φ127mm钻杆+Φ133mm方钻杆。

所研究的参数井及取芯钻具组合如下：Φ215mm取芯钻头+Φ178mm绳索半合管取芯钻具+Φ178mm钻铤6根+Φ127mm钻杆+Φ133mm方钻杆，钻头选用的均是PDC取芯钻头、合金取芯钻头或者是金刚石取芯钻头。

3 矿井钻探施工技术对策研究

（1）做好表层的防斜打直工作。在很多钻井施工的过程中，防斜打直工作一直是一个非常重要的部分，也是钻井施工中的一个难题。一定要做好表层的防斜打直工作。主要方法就是在开孔钻进时钻铤未接完前必须吊打，特别是在黄土层和石板层的过渡带一定要做好吊打防斜，不要留下任何可能的隐患。

（2）做好防漏堵漏工作。①堵漏的原则。矿井的勘探施工中如果因为施工的不慎出现了漏层等情况，必须要进行堵漏工作。一般，堵漏要遵循以下几个原则：第一，不管是什么类型的堵漏材料都应该要能够完全的进入到漏失地层的各个孔隙或缝隙中；第二，不管在什么样的压力条件下，都要达到封漏的结果；第三，经过堵塞的漏失层，在对其进行钻进时，必须要能够经受得住井筒液柱的压力，不会因为压力过大而再次形成漏失；第四，对井内液面大于200m、放空段大、位置明确的漏层，如果注水泥3次以上形不成水泥塞的漏失层建议采用清水强钻或者是下套管封堵。②堵漏的技术工艺。通常如果是在一开钻进工作中出现了漏失层，会多采用麦草秸、锯末或者复合堵漏剂进行封堵，在必要时采用胶泥、麦草秸充填挤压方式封堵。然后在做出判断之后，再对其进行堵漏工作，一定要选用适合的堵漏材料；先采用封堵小尺寸缝隙的桥堵剂配制堵漏稠浆送入井内堵漏，如果未回复循环可以根据第一次堵漏情况判断漏层缝隙为第二次桥堵剂尺寸的选择提供依据。

（3）做好钻头的防泥包工作。目前，我国部分矿井钻探施工二开优先选用的是PDC钻头。在使用PDC钻头时，很容易出现钻头被泥包的情况，一定要采取相应措施防止PDC钻头泥包。①钻井泵排量要尽量大，钻头喷嘴压降要真，射流冲击力要大；②钻井液要尽量维持较低的粘切力和密度；③在较软地层钻进要有意识控制机械钻速，增加钻井液井底漫流冲洗时间；四，接立根前充分循环，接立根后在允许范围内尽量提钻具同时开泵，然后转动钻具缓慢下放探至井底，切不可快速下放至井底。