深孔岩心钻探的技术关键.doc

1、深孔岩心钻探的技术关键摘 要伴随着我国社会主义现代化建设的不断深入，我国在某些领域的技术发展得到了前所未有的突破，甚至在世界范围内都占据了相对较高的地位，已经基本解决了缺乏自主开发技术能力的缺陷。对于矿产资源开发以及基础性建筑施工领域来说，其中的钻探技术的应用就显得尤为重要。而且随着时代的发展，对于钻探技术的要求也日益提升，曾经的钻探技术已经满足不了人们的需求。深孔岩心钻探技术日益成为人们关注的重点。 关键词深孔岩心；钻探；技术 中图分类号：F284 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0296-01 前言：我国目前追求在技术领域内的突破，这是我国不断发展的结果。我国

2、为了摆脱自主能力水平低的帽子做了大量的努力。钻探技术作 为矿产能源开发、交通基础设施建设和高层建筑建设过程中必不可少的重环节，其发展水平直接关系我国国民经济建设能否正常快速前行。而且就钻探技术来说，在浅层领域的各项技术均取得了相当的成就，具有成熟的工艺水平。一方面是为了不断地突破与创新，另一方面也是因为浅层矿产资源的枯竭，这都导致了我国对于深孔钻探技术的研发渴求。1.浅谈复杂地层的分类 根据钻探施工特点及地质情况， 把复杂地层分为以下几类，在这些复杂地层进行深孔钻探时也要格外地引起施工人员的注意。 1.1 松散破碎地层 松散破碎地层主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地层。较为典型的有胶结性很差的

3、砂石和石灰岩组成的二叠纪地层， 这种地层含有大量的砂岩， 部分地区存在泥岩、砂岩和砾岩以及部分卵石。受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用， 钻探钻孔易发生坍塌、漏失、超径等事故。 1.2 水敏性地层 顾名思义，水敏性地层主要由于水的因素而造成地层性质的不同，具体情况主要包括水化松散、水化剥落、水化膨胀和水化溶蚀煤系地层。1.3 漏、涌水地层 这类地层钻探施工护孔堵漏难度极大， 漏失分大、中、小漏； 涌水地层一般涌水量为 10 m3/h50 m3/h。煤系地层硅质胶结， 灰岩多破碎， 且研磨性大， 构造裂隙较发育， 稳定性较差， 透水性强， 地下水丰富， 承压水力大， 钻孔缩径或涌水时有发生。 2.浅谈

4、深孔岩心钻探过程中的主要问题 2.1 浅谈钻探过程中的孔壁稳定性问题 对于深孔岩心钻探来说，最先需要考虑的是孔壁的实际稳定性因素。目前人们关注的关于孔壁稳定性的问题主要集中在孔壁坍塌以及孔径稳定变化等相关的问题上。这些问题都是经过大量的实验以及实际应用中总结出来的。一旦在钻探之前没有对孔壁的稳定性进行相关的考虑，则会造成施工过程中的井喷、漏浆以及坍塌等问题，这不但对施工的工期有着影响，严重的还会危及到施工人员的人身安全。工程施工方面以及地质情况都是应该考虑的因素，此外对孔壁稳定性造成影响的因素主要包含地质体的基本构造、应力的变化以及流体给予的实际压力等孔壁发生失稳，实际上就是由于孔眼无法承受较

5、大的压力。钻孔完成之后，如果钻井中液柱的实际压力和岩石层的压力无法承受围岩所赋予的应力，就会使孔壁上的岩石损坏，质地较为脆弱的岩石还会发生更为严重的崩塌。此外，如果钻井液的密度较大，岩石所承受到的实际应力则会远远超过其拉伸的强度，进而对地层造成较为严重的损坏。1 2.2 浅谈钻探过程中的设备问题 正所谓“工欲善其事，必先利其器” ，在进行深孔岩心钻探的过程中，钻探的设备对于钻探质量以及钻探速度有着巨大而又直接的影响。而且钻探设备的使用也不是千篇一律的，使用质量好的固然没有错，但也要根据具体地质的不同选取不同类型的施工设备，这样才能使得施工进度取得事半功倍的效果。就目前我国应用范围较广的立轴式钻

6、孔机进行讲解，这种钻孔机适用范围广，成本相对也较低，便于携带，对于长期在野外矿井施工的队伍来说，非常实用。但是由于这种钻孔机在工作的时候钻孔取芯的成功率较低，无法满足人们对于取芯效率的要求，另一方面也由于它采取机械振动的原理，导致它在工作的时候会产生很大的作用力，而一旦在地层结构不稳的情形下使用就会造成严重的安全事故问题。因此，可以说明根据不同的情况，包括地质情况以及环境情况等选取合理的设备才会使得工程的效率得到进一步地加强。2 3.浅谈深孔岩心钻探过程中主要问题的解决办法 3.1 浅谈孔壁稳定性的增加措施 要想增加施工过程中的孔壁稳定性，首先需要考虑的是克服地层孔隙压力造成的危害。而地层孔隙

7、的形成与地层沉淀过程以及地层中的矿物成分等有着密切的关系。接下来，要想解决孔壁稳定性的问题就需要先确定地层的孔隙压力，其次要克服地层破裂压力。在确定地层孔隙压力的方法中，笔者建议从以下两点进行考虑：其一，首先要进行钻探前的预测，这种方法进行起来需要相关资料的查阅，对相关的地震层资料进行查阅，并且依据关的关系和计算方法，对地层孔隙压力进行计算预测。这种方法的预测精度与地震资料的质量、当地的地质分层情况、岩性以及计算模型等相关。其次，需要进行钻后测井的检验，即在钻进过程结束之后，对测井资料进行评估计算，根据计算的结果得出相关的孔隙压力，而这步骤所能采用的方法有许多，诸如是泥页岩声波时差法、泥页岩电

8、阻率法、泥页岩密度法等；而地层破裂的压力存在时，孔壁将会发生裂纹甚至是开口，将会使钻探失败。同样，要想克服地层破裂压力带来的破坏，也需要对地层破裂清况进行研究并得到地层破裂的压力值。不过相对地层孔隙压力的测量来说，地层破裂压力值研究显得相对容易一些，根据相关研究表明，地层破裂的方向与最小水平有效应力有关，裂缝的延伸方向与最小水平有效应力垂直。3 3.2 浅谈钻探过程中设备的解决问题 目前我国现役使用的传统钻探设备早已不能满足当代钻孔技术的需要，尤其是深孔岩心的钻探技术更是需要全新的钻探设备，我国在传统钻探设备方面的问题值得引起钻探行业内钻探制造商的足够重视，这样才能使得我国的钻探事业不断地向前

9、发展。首先就钻探设备的钻头进行考虑，在驱动方式的选择方面，笔者更加青睐于全液压动力头钻机，对于更深一些的钻探要求，笔者建议使用转盘以及高速顶驱相结合的驱动方式，采用这种方式的好处就是可以使得钻头的最大钻速保持在600r/min，即使是最低钻速也可以保持在 70r/min。可以说这样对于深孔岩心的钻探是有相当好处的，此外对于钻塔而言，其架设的高度问题也不能马虎，其高度也需要经过精心的计算。一般来说，深孔岩心的钻塔高度应该保持在 45m 左右。 4.结语 对于钻探行业来说，我国的浅层钻探行业已经处于相对成熟的阶段，而且随着浅层矿物的减少，我国对于深孔岩心钻探技术的需求就显得十分地急迫。笔者在认识到深孔钻探问题的重要性以后，本文就深孔岩心钻探技术的相应问题及其解决办法提供了一些看法，旨在应对深孔岩心钻探技术进行全方位的整改与优化，这样才能在很大程度上促进我国钻探事业的全面发展，为我国矿产资源开发利用以及基础建筑建设等领域提供更有效可靠的技术手段。 参考文献 1 孙建华，周红军，王汉宝，梁元濂.深孔岩心钻探装备配置应用技术趋势分析J.探矿工程（岩土钻掘工程） ，2011，05：1-7. 2 张培丰.深孔岩心钻探问题探讨J.探矿工程（岩土钻掘工程） ，2011，08：6-11. 3 汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩心钻探关键技术应用研究D.中国地质大学（北京） ，2013.