深孔复杂地层钻探技术探析

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1、深孔复杂地层钻探技术探析　　【摘要】本文从深孔复杂地层钻进所面对的困境出发，分析了复杂地层深孔钻进的特点，就钻进方法的选择、钻具的优化配置、钻进技术参数及防斜等方面，提出了深孔钻进技术的方法和措施。【关键词】复杂地层钻探绳索钻孔中图分类号：U443.15+4文献标识码：A文章编号：1前言6钻探在地质找矿起着举足轻重的作用，众所周知黑龙江金厂矿区、河南省的灵宝金矿和钼矿田、甘肃阳山金矿田和宝兴厂金矿田等等的探明，均是利用了大量钻探工程。现阶段在“攻深找盲、探边摸底”勘查中，钻探更是地质找矿必须依靠的手段。国内外各方人士通过几十年的理论研究和实践探索，

2、在钻探装备和钻探技术方面有了突飞猛进的发展，钻探的诸多技术难题得到解决。然随着矿产资源“攻深找盲”战略的发展，深部钻探技术难题不断涌现在钻探人面前。综合探究，目前深孔钻进面临的难题：一是难钻问题，对于地层硬度高，钻头易打滑，钻进效率低；二是漏失问题，对于硬破碎地层、裂隙地层、溶洞、空穴等；三是取心难，护壁难，对于矿化越好的地层，蚀变程度越高，取心困难大，取心数量不足，同时孔壁易失稳；四是钻进防斜纠斜难，钻孔深、岩性变化大、纠斜工具单一。这些技术问题将涉及到钻探设备的技术配套、钻孔结构选择、钻具的优化配置、钻头结构参数设计、护壁和堵漏技术、钻进参数选

3、择等一系列技术问题。另外，对于老矿山和深部采空区（废坑道）的钻进，钻孔护壁堵漏、套管设计、套管支护、维护与起拔等均是遇到的新情况。2复杂地层深孔钻进的特点总所周知，随着勘探战略的发展深部探矿是大的趋势，大部分钻孔设计600米以上，少数钻孔深度已超过4000m。金属矿床主要分为外生金属矿床和内生金属矿床，特别是内生金属矿产受成矿作用及后期地质构造运动的影响，使岩矿层及围岩岩性差异变化大，在深部钻进中常钻遇到大的破碎带、蚀变层及断层泥等，使得孔内情况愈加复杂。另外，随着岩层埋深的递加，地层压力随之递增【1】，同类岩石的力学性质差异变化也是比较大，钻开后

4、应力释放剧烈，孔内压力平衡控制难度大等。这些客观因素，使得深部复杂地层钻进具有如下特点：（1）深孔复杂地层深孔钻进，钻探施工经济成本投入较大，风险系数高；（2）受地质构造运动影响，地层岩性变化差异大，钻孔平衡难易控制，孔壁易失稳，钻进难度大，对护壁堵漏要求高；6（3）钻孔必须采用多级成孔，钻孔结构复杂，必须优化设计各级套管，涉及到丝扣强度、扣型、下入、起拔等方面问题；（4）钻具级配要求严格，钻杆强度和连接方式考虑的因素更多；（5）金刚石钻头结构（唇面、粒度、胎体硬度等）必须适应岩层物理机械性质，这与常规钻进要求一致，但深孔钻进这方面的要求将更加严格

5、；（6）对钻探设备的钻进能力、性能的稳定性等方面要求更高。上述简要概括了深孔钻进的一些基本要求，当然深孔复杂地层钻进还涉及钻孔冲洗液配方、稳定性等等方面的内容。3解决复杂地层深孔钻进技术措施3.1钻进技术选择和钻具的优化配合6绳索取心钻进技术在岩心钻探中所发挥的作用越来越大，我国已经形成了PQ、HQ、NQ系列绳索钻杆，为深孔复杂地层顺利钻进提供了强有力的保障。八十年代中、深孔钻探施工，通常采用增加钻孔结构级别，一般为Φ150mm、Φ130mm、Φ110mm、Φ91mm单管钻进技术和Φ75mm绳索钻进技术相结合方法。实践证明：采用单管钻进往往在不稳定

6、地层钻进时，岩芯采取无法保障，另外钻孔事故率高，钻进效率低。因此，在深孔复杂地层钻进时，应尽可能采用绳索取芯钻进技术，另外上一级绳索取芯钻杆可以作为下一级绳索钻进的套管，避免上下钻产生的强烈抽吸作用而引起的孔壁的坍塌掉块，同时由于减少钻杆的扰动，有效维护了孔内平衡，孔壁稳定性好，套管起拔回收成功率极高。云南宝兴厂矿区ZK4008有效的验证此法，并在下一步施工中推广。3.2钻头优化设计钻开地层后，在一定的周期内，孔壁处于一种动态平衡，在内力的释放过程中，地层处于“蠕动”状态。因此，在地层动平衡破坏前必须及时下套管，以确保钻孔的安全。如何实现快速钻进，

7、穿过复杂地层和打到设计孔深关键在于钻头。对钻头的要求是出刃要快、孔底工作时间长、稳定性好、防斜效果好，通过实践证明，金刚石深孔钻进一般选用三种唇面造型，即五阶梯孕镶钻头、内锥形表镶（或孕镶）钻头、八尖环槽形平底钻头。深孔钻进使用绳索取芯钻进技术，由于钻杆外径与孔壁环状间隙较小，冲洗液在孔底循环时压力损失较大，随着钻孔的不断加深，泵压会急剧增高，影响正常作业，因此根据孔深、岩石松软破碎程度、冲洗液类型等具体情况，钻头外径比常规钻头加大2～4mm。钻头工作层高度比常规的加大4～5mm,同时金刚石品级、颗粒大小、金刚石浓度、镶嵌方式在深孔钻进也是至关重要

8、的【2】。3.3深孔钻进护壁堵漏技术措施6钻孔护壁堵漏材料种类繁多，性能差异大。绳索取芯钻进则要求使用低固相或无固相泥浆，