岩心钻探施工工艺方面新技术的应用分析

董学银

（山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277500）

近些年，在国家相关政策引导、社会经济驱动下，多项重大找矿行动陆续实施，深孔及超深孔的钻探工作量将会不断增多，钻探技术迎来一定发展机遇的同时，也面对较沉重的挑战。既往大量生产实践表明[1]，钻探技术水平高低直接关系着地址勘探工作质效及推进过程顺利性。从宏观层面上分析，岩心钻探施工时一类富有较高技术性、综合性的工艺类型，结合生产作业要求，有针对性的创新岩心钻探技术，不仅能降低钻探的工作量，还能减少工程生产成本，确保施工质量，协助企业获得最大经济效益。

1 岩体钻探技术的应用思路

1.1 技术方面

在既往的岩心钻探施工实践中，金刚石是钻头的主要结构类型，钻进阶段可能会滋生出打滑、时效性降低等问题，在以上工况中开展钻进作业，对施工进度与成本均形成不良影响。很多工程技术人员再长期实践中持续探索，总结经验，探寻应对以上情况的有效办法，断水干磨加压就是典型技术。在现实钻进活动中，其能提升高度能达到2.0m，一方面维持了钻头胎体造型的合理性，另一方面也延长了钻头的使用年限，且这种钻探方法在绳索钻进施工领域中表现出较好的适用性。金刚石钻探发展对岩心钻探技术改革过程起到良性促进作用，绳索取心技术日益完善，其撼动了既往岩心钻探对剑中调换钻头的传统观念，越来越多的人们持续探究与研发不提钻换钻施工工艺。近些年，在世界范围内，各类不提钻换钻头技术方案陆续被提出，岩心钻探领域中相关人员给予其较高重视。绳索取心和反循环取心钻进技术隶属于不提钻取心范畴，尽管以上两种工艺技术有益于减缩钻探辅助时间，提升钻探效率，但未检查钻头状态或更换，伴随勘探深度拓展，地下钻进作业量相应增加，岩层结构更为复杂化，下钻是影响纯钻实践的重要工序，并且以上环节容易滋生出各种问题而影响施工进度。

针对不提钻换钻头钻进的实质，可以做出如下概述：省略了升降钻杆工序，在特殊结构钻具协助下于地表调换服役钻头。从大量工程实践中可以得知，大部分在工业领域中有广袤发展前景的技术方案，基本上均是采用转变工艺的方法将钻头提升到地表，检查或调换后再由钻杆柱投放到孔底。

1.2 技术先进性与意义

不提钻换钻头钻进的先进性主要表现在其挣脱了传统调换钻头的作业模式，在钢绳协助下升降钻头，不必起下钻便可以顺利把服役钻头由孔中提升到地面，或经由地面投到钻孔内，使钻进辅助作业内容更具精简行，其意义主要表现在如下几方面[2]：

（1）能较为及时的掌握孔底钻头作业状况与磨损程度，使其更为快速的适应地层环境，进而提升工作质效及降低钻头成本投入量的目的。

（2）延长了纯钻时间，明显降低劳动力投入量，优化施工作业条件与钻探设备作业状况。

（3）有益于保护孔壁，规避，规避钻孔弯曲情况。

（4）对钻头使用寿命未能提出较严苛的要求，为各类金刚石钻头加工制造创作了便利条件，特殊情况下可以采用合金钻头，进而规避数次起下钻的情况。

2 岩心钻探施工难点分析

我国国土辽阔，不同地区地质条件存在差异，这就要求一定要结合工程所在地地质条件，科学选择钻探设备与钻探形式，金刚石、硬质合钻、牙轮钻头钻进等均是可供选择的方式。当下，国内钻探技术成熟度还不是很高，实践中还存在一些技术难点，使地质勘探工作运作阶段遇到诸多阻力，主要表现在如下几方面[3]：

（1）地表土层沉积着风化层和残坡物，厚度通常在5m ～20m 区间内取值。因岩层破碎、岩痕现象较为严重，促进了高岭土化与绿泥石化现象发生过程，增加了该地区土质的松散度，胶结性明显降低。地质勘探施工阶段，开孔操作时孔壁坍塌率相应增加，孔眼形成难度增加，不利于岩石钻探施工作业的顺利推进。

（2）许多矿区岩矿层内存有碳质板岩，遇水以后松散性相应增加，孔壁容易塌陷，护壁工作难度提升，断钻事故发生风险相应增加，对作业人员晟敏个安全构成威胁，也不利于施工进度计划顺利实施。

（3）对地表行岩心钻探时，泥、页岩等地质成分会相继裸露出，以上成分和地下水融合后会诱发膨胀现象，以上是造成坍塌事故的主要原因之一。钻探过程中出现的凝灰岩、火山灰岩等结合地表水后，产物为硅化石英岩，出现“打滑”状况，导致钻头作业阶段不断被磨损、使用年限减缩、钻进工效降低。

3 钻探施工技术创新与应用方案

3.1 落实套管护壁工作

既往国内很多矿区生产阶段，岩心钻探开孔难度均偏高。基于岩层风化破碎较严重的实况，钻进实践中通常会采用低固相泥浆进行护壁堵漏。但以上处理效果整体欠佳，钻孔中经常出现塌陷、掉块等问题，开孔难度进一步增加。为促进岩心钻探技术顺利应用过程，将技术效能充分发挥出来，就一定要削弱开孔施工难度，认真落实开孔护壁工作。建议将110 硬质合金钻头与108mm 套管下端侧，用套管做钻杆，同时准备数量充足的短套管辅助钻进，长度以0.3m ～0.5m 为宜，伴随钻杆朝下方推进。若工程实践中发现钻头下降过程受阻，棵推荐采用76mm 硬质合金钻具进行透孔，并将泵开启至一定量完成冲孔，随后再跟进套管钻进，借此方式抵达预设的孔深[4]。在以上施工实践中，一定要保证套管丝扣间持有较高稳固性、紧密衔接，规避套管反扣、脱节等情况。岩心钻探套管降落环节中，要准确计算，进而保证套管内落至预设位置。与此同时，还需将适量脂膏均匀的涂刷于在套管外侧壁，有益于减少钻取岩心时起拔难度。针对外层触及孔壁的套管，建议把铁片增设于丝扣位置，并紧固焊接，保证焊接紧固性。

3.2 选用适宜钻头设备

对矿区岩石层行岩石钻探施工阶段，经常会出现硅质板岩、长石石英岩等成分，有含量高、硬度大、抗磨性和抗压强度大，结构紧凑等特征，同时以上成分基本储留于坚硬底层和他类岩层间，屡次出现，厚度不匀称。以上成分接触浅表层地下水融合后会有膨胀表现，很可能使矿区生产阶段出现坍塌的危况。针对以上情况，地质勘探施工时间中，应加大金刚石粒度与浓度，钻头的硬度与辱面形状等方面的研究，立足于矿区岩石层的实况，选择适宜的岩心钻探探头。例如，金刚石绳索取心钻进工艺中，建议选用高品级人造金刚石加工制造的钻头，品级达SMD25 C60/70、浓度偏低（60±15）、粒度中等（65±5mm）；而针对钻头胎体，推荐选用尖齿形辱面构造，器对应的硬度为HRC20-25，使用年限较为长久，下钻效果较好，有较高的应用价值[5]。在长期的施工实践中发现，若仅依赖孔底岩石修磨钻头，很难取得较好的出刃成效，通常推荐联合使用人工磨削反复，即使用砂轮机对钻头的作业辱面进行打磨处理，维持打磨与钻头回转方向两者的统一性。为规避金刚石过早脱落问题，要求相关人员一定要准确把控打磨操作力度，以防因钻头“打滑”而不进尺。为应对钻头突发“打滑”问题，建议将粒径较小的石英颗粒投进钻杆柱中，对钻头胎体起到磨损作用，能较为有效的优化金刚石出刃效果。

3.3 合理选择冲洗液

在复杂地层钻探施工中，冲洗液起到护壁、润滑、防止钻具结垢、冷却钻头等诸多作用。在选用冲洗液过程中，应予以如下几点问题一定重视[7]：

（1）若地层上部土层较松散、容易坍塌，则建议选用护壁性能较优良的泥浆。将泥浆粘度控制在35s 内，密度以1.03kg/L 为宜，失水量取值区间为11mL ～15mL，pH 值为8.5。

（2）针对钻进较长，和开孔段相比较硬脆碎地层及容易坍塌掉渣地层，推荐选用护壁性能较好的优质低固相泥浆。泥浆主要性能参数如下：粘度以18s ～25s 为宜、密度为1.03kg/L ～1.05kg/L ；失水量10mL ～15mL ；pH 值为8 ～9。

（3）若确定钻进的地层隶属于水敏性地层，则推荐采用低固相钾盐泥浆，该类冲洗液能较好的控制该类地层膨胀缩径、坍塌水化等问题。性能参数如下：粘度25s ～35s、密度1.07kg/L ～1.1kg/L ；失水量区间6mL ～8mL ；pH 值8.5 ～9。

3.4 优化金刚石钻进新工艺

小口径金刚石是水平钻孔结构的主要构成，最好于基岩内进行开孔。针对硬度偏大的岩石层，推荐采用孕粮金刚石钻头进行钻进。具体开孔操作前，可以组织人力于基岩表层开凿一深度以（15±5）cm、半径适宜的孔，为钻头精确定位创造便利条件，有益于强化钻具的稳固性，使矿区工程钻进作业有序推进。既往有大量生产实践表明，当钻进角度为0°～25°时，孔壁对钻具形成的阻力偏大，伴随钻进深度的拓展，摩擦阻力也会随之增加。为有效解除以上阻力，调整钻进角度是有效方法之一，将其调整为25°～60°时，钻孔深度增加，阻力有不断被削弱趋势，以上是提升钻孔作业效率的有效方法之一。

3.5 积极应对金刚石钻头遇“打滑”地层的问题

工程队在长期实践中，探寻到一套应对“打滑”地层的方法，即投砂短时断水干磨加压法，能使钻进时效性由最初不足1m 提升至1.5m ～2.0m，且因强化了钻头胎体破度造型结构合理性（通常HRC=40 ～45），钻头寿命均值能达到30m ～35m。具体方法可以做出如下表述：①在工程现场选择3mm ～5mm的坚硬碎石；②对内管进行打捞处理后，每次朝向钻杆中投入0.5kg ～0.5kg 碎岩粒；③上主杆以后开启大泵，将碎颗粒泵送到孔底；④投放内管，而后对准主杆，卡盘卡牢固。无需开启泵，断水2min ～4min，采用油缸加压干磨处理，干磨操作环节采用油缸窜动钻具，加压与干磨操作同步推进，使钻头胎体外露[6]。

4 结语

近些年，国内钻探工艺技术持续发展进步，各种技术手段日益完善化，且应用范畴有不断拓展趋势。但这些技术和国际最先进技术相比较，在水平上还存在较大差异，钻探施工实践中还需有较多问题需要处理。故而，一定要完善专业的配套设施，加大新技术的研究，完善工艺流程，及时应对施工中存在的问题，选用适宜的钻头，进而使地质勘探工作质量得到根本保障。