地质钻探钻机

摘 要本文结合一些探矿工程实例，总结出钻前预留一级孔径、钻中采用套管与钻井液堵漏等方法，为后续钻进工作达到又快又好的效果，提供一些技术参考。关键词岩心钻探；复杂地层；防治措施；护肇堵漏；套管；钻井液

　1.复杂地层的性质分析

　按地层形成的性质可分为两大类:一是在地质构造的运动作用下形成的复杂破碎地层，即由地质构造运动所产生的挤压、张拉、剪切等作用，使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理，其中坚硬的脆性岩石受构造力的剧烈作用最容易形成复杂破碎地层。二是由外力地质作用所形成的复杂破碎地层，即风化层、河流冲积层、洪积层，风积层。岩层经风化作用变为岩性较松散、胶结不良的风化层，而冲积、洪积、风积作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石成为复杂的地层。由于在破碎地层中，碎块状岩石的大小不均、胶结性差、结构松散、换层频繁、软硬悬殊、颗粒级配悬殊等特点，所以在钻进过程中碎块不能稳定受力，容易发生滚动，产生多个切削面，使得破岩效率降低，岩心采取率低，容易出现垮孔、掉块和卡钻等事故；再者因为破碎地层渗透性强，容易造成冲洗液漏失，或者出现涌水等事故。钻探实践表明，在复杂破碎地层钻进施工，技术上主要存在“三难”——钻进难、护壁难、取心难。

　2.预防措施

　2.1 采用大于常规口径一级的口径开孔

　采用大于要求口径一级的钻孔口径开孔，目的是应对上部复杂地层。由于采用的口径级别大两级，当钻遇复杂地层时，即使下入套管，换用小一级口径钻头继续钻进时，仍能保证采取岩心的直径符合要求。

　以某金矿钻探为例。其要求取心的钻具为?75mm的绳索取心(或 76mm普通双管)，开孔口径便选取了?110mm，钻头入岩时便下入?108mm的孔口套管。

　?108mm的孔口套管下过后，换S95绳索取心钻进100—300m(现在有深孔复杂地层系列绳索取心钻具S95一SF)，此时便遇到钻井液漏失严重等复杂状况，钻至此段钻孔时，使用堵漏泥浆快速穿过，然后下入?89mm套管，隔离上部复杂地层。这时，再换?75mm(钻头 6.5～77.5mm)绳索取心钻进。注意不可看到岩心稍完整便下人孔口套管，应该选择没有复杂情况的岩层时下人，如蚀化层与破碎地层等就不适宜下人孔口套管。

　同样，如果要求使用取心钻具为?59mm绳索取心或?66mm普通双管，孔径大一级，便需要开孔直径是?91mm，但现在一般要求常规钻进口径为?75mm。

　2.2 深孔不可小径“一径到底”

　深孔，一般指设计孔深为1000～3000m的钻孔。小径，目前即指?75、59mm的绳索取心口径或?66mm的普通双管口径。全国危机矿山接替资源找矿项目管理办公室技术管理处要求的钻孔口径≮59mm(原则上不允许采用?56mm的口径)。

　在深孔施工中，不可在下过孔口管后，没有过渡孔段而直接换成 ?75、59或66mm的钻具转入常规口径钻进，并一径到底。

　原因在于：在钻进中遇复杂地层孔段，由于采用“一径到底”的方式，不能下套管，因此无法发挥套管应对复杂地层的优势。特别在孔深200m上下，甚至300m以内，若扩孔下套管隔离，孔段太长，造成的经济损失太大；若不下套管隔离，复杂地层孔段难以治理，继续向深孔段钻进，上部孔段仍有隐患。

　简单地说，常规的护孔堵漏措施中，套管隔离是最有效且高效的方法，任何时候都不要放弃套管护孔这一可靠的技术手段。

　2.3 钻井液选配

　一般的钻探工作中，尤其在水资源丰富地区，均采用清水钻探。清水钻探经济易得，而且减少钻进阻力，提高机械钻速。但是，当遇到复杂地层时，清水就显得力不从心，往往会与选用清水的初衷背道而驰。因此，在钻进工作中，首先应查看此地以前的钻孔资料，如果曾经发生过复杂情况，为了全局的经济性，应该选用低固相泥浆。

　如SM—KHm超低固相泥浆与普通泥浆及SM植物胶泥浆相比，性能稳定，悬浮力强，流变性好，可稳定井壁，保证岩心的采取率。适用于结构松散，钻进中孔壁稳定性差，水敏性强，自然造浆严重，孔壁易出现缩径现象的地层。这种钻井液在深孔勘查项目中取得了良好的效果。

　3.治理措施

　在某些地区，即使事先采取预防措施，孔下的复杂情况仍然难以对付。通过上面复杂地层性质分析可以知道，常见的地层复杂情况包括力学不稳定地层和漏通地层。这两种复杂情况成因不同，应该分而治之。

　3.1 力学不稳定地层

　力学不稳定地层也即指外力地质作用形成的地层，由于受地质成因或受构造运动产生多向挤压作用，地层内部受力不均匀，一旦被钻穿后，就破坏了原始的平衡状态，加之受重力作用使孔壁产生不稳定的坍塌、掉块现象。

　对付这种地层，一开孔就采用传统的泥浆，调整稠度使其达到流塑状态，然后用擅长输送泥浆的螺杆泵给钻孔送浆循环，来保证钻孔施工，此护孔工艺基本上能完成该地层的护孔要求；在采心要求严格的卵砾层，采用SM植物胶钻井液，浓度4％，粘度在30S以上，钻进时护孔效果较好，而且能取出胶结成柱状的岩心；对于地层深部的断裂破碎带，本着“少振动，快通过”的原则，用大分子性能优良的钻井液快速通过。

　实践证明，在不憋泵的情况下，采用这种治理方法是行之有效的，不会再发生掉快、卡钻的现象。

　在施工时应该注意，换用“三高”钻井液时，由于绳索取心钻具的环状空隙小，不利于“三高”钻井液的循环，应该及时换成普通钻具，等到成功穿过复杂地层时，再换成绳索取心钻具。

　套管下入孔内，可能因技术措施不妥，终孔后难以起拔，这是钻进现场普遍存在的一个问题，也是一个提高钻探成本的重要因素。假若200m套管全拔不上来，目前?73mmx45mm的套管每米市价约80元，200m×80元／m=16000元。套管下孔前应采取相应的技术措施。

　3.2 漏通地层

　漏通地层是指构造运动作用F形成的复杂破碎地层。其中地层中裂隙空洞连通的漏失模式是对钻探工作影响较大的类型。未连通的空涧只会引起少量漏失，不会对钻探工作产牛较大影响。漏失地层又分为孔段漏失与孔底漏失。