深孔绳索取芯钻探施工体会

易 荣

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

深孔绳索取芯钻探施工体会

易 荣

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

介绍了在深孔绳索取芯钻探的设备选择、钻孔结构、冲洗液性能要求、事故预防及处理方法。结合两个典型的深孔，对钻探工艺进行了分析，总结了绳索取芯钻探工艺深孔施工的成功经验。

深孔，绳索取芯，钻探工艺，钻机

0 引言

钻探技术是矿产勘查的重要和不可缺少的技术方法之一，是能够直接从地下岩层获取实物样品的唯一手段。深孔绳索取芯作为比较先进的钻探技术在实际施工中有许多技术问题需要有科学的解决方案，这对降低钻探成本、保证孔内安全、提高钻探质量和钻进效率意义重大。

1 深孔绳索取芯需要考虑的关键问题

1)钻探设备及配套选择问题；

2)钻孔结构设计问题；

3)复杂地层的安全钻进取芯问题；

4)孔内事故的预防和处理问题。

2 解决深孔绳索取芯钻探技术问题的建议

2.1 钻机及钻探设备配套的选择

2.1.1 钻机的选择

钻机作为“钻探四大件之一”的重要设备，其设备能力除了满足正常钻进外，还必须具有处理孔内复杂情况的能力，所以钻机选择时必须满足“大马拉小车”的理念。在选择钻机时考虑到绳索取芯钻进“高转速、低钻压”的特点，优先选择立轴钻机和全液压动力头钻机。部分岩芯钻机技术参数见表1。

表1 部分岩芯钻机技术参数

2.1.2 钻探设备配套选择

1)泥浆泵：绳索取芯一般钻孔口径较小，同时绳索取芯钻杆与孔壁间隙也较小，所有泥浆泵一般选用流量稳定“高泵压，小流量”的BW-250和BW-300/16的往复泵。

2)钻头：绳索取芯的钻进效率高的一个因素就是不提钻取芯，所以优先选择“高寿命”钻头，同时还应根据地层情况，考虑水口数量、底唇形状、金刚石浓度、钻头胎体类型等多种因素选择钻头。

3)钻塔：在满足提升钻具要求的前提下，优先选用四角钻塔。四角钻塔外部可以挂塔布，使钻探施工不受天气影响，改善工人的作业环境。

4)其他：为了提高钻探效率，配套设备还可选择拧卸钻杆用悬吊式液压动力钳；泥浆制备和净化设备；绳索取芯液动潜孔锤等配套设备。

2.2 钻孔结构设计

在钻探施工前必须做出详细的工程设计，这是保证工程顺利完工的基本前提。工程设计中第一个关键问题就是按照钻探工艺的基本要求和钻孔地层情况确定钻孔结构。目前大部分绳索取芯的终孔口径为75 mm，而煤层气、页岩气参数孔则要求以95 mm作为终孔口径。钻孔结构设计自下而上设计各级口径，对于复杂地层需要留1级～2级备用口径。新标准的钻孔规格及主要管材尺寸见表2。

2.3 冲洗液性能要求

深孔钻进孔壁稳定性相当重要，套管护壁虽然是最有效、最牢固、最永久的护壁方法，但在深孔应用时，下长距离套管难度大，套管不易回收，影响施工周期，所以深孔施工优先选择优质冲洗液护壁，保证孔内安全，缩短成孔周期，提高经济效益。

复杂地层深孔绳索取芯的冲洗液既要满足深孔护壁需要，又要满足绳索取芯的工艺要求。

1)低固相含量。较稳定地层优先选用无固相冲洗液，对于复杂地层冲洗液固相含量最好控制3%～8%，同时严格控制无用固相含量。无用固相会严重影响绳索取芯的钻进效率，无用固相含量过高还会在钻杆内壁结构影响回次结束后岩芯管的打捞，现场最好配备泥浆净化设备及时除去无用固相，维护冲洗液性能稳定。

2)具有较强的抑制性，避免水敏性地层水化膨胀或水化分散，造成钻孔缩径或严重超径，同时增加冲洗液固相含量影响冲洗液性能稳定。

3)合适的密度。根据地层情况调整冲洗液密度平衡地层压力，维持孔壁稳定。

4)具有优良的流变性能。能够很好地携带和悬浮岩屑，保证孔底干净，提高钻进效率。

5)润滑性好。良好的润滑性可以有效减小机具磨损，降低钻具回转的扭矩提高转速。

2.4 事故预防与处理

2.4.1 事故预防措施

1)在钻孔结构设计时就要为事故处理留有余地。

2)每次下钻前，认真检查钻具，发现损坏和过度磨损钻具要及时更换，同时做好钻探设备的各项维护工作。

3)根据钻取的岩芯情况，及时选择适应地层的冲洗液类型，并做好冲洗液的日常维护工作。

4)司钻人员要时刻注意各项钻进参数变化，发现异常应迅速把钻具提离孔底检查。

5)现场配备各类事故处理钻具和设备。保证事故发生后能得到及时处理。

2.4.2 事故处理

1)首先要了解孔内情况和事故前各项参数变化。弄清楚事故原因，事故类型，事故头位置。

2)针对了解的孔内情况，选择相适应的事故处理手段，制定事故处理方案。

3)选择操作熟练的班长进行事故处理，现场技术人员和机长必须到场指挥。处理事故方法由简单到复杂，最无法处理事故头可采取水泥封孔后侧钻继续下部地层施工。

3 深孔钻进实例

3.1 参与施工的两个比较典型的绳索取芯深孔概况

3.1.1 SY06孔

陕西省陕北石炭二叠纪煤田佳县普查区SY06号钻孔，是我队承接的一个煤层瓦斯取样孔，作为一个全孔取芯的基准孔，其设计孔深2 300 m，最后终孔孔深2 311.05 m，钻孔于2014年5月13日开孔，8月23日钻进达到设计孔深，2014年8月29日完成验收，封孔，顺利终孔，合计施工108 d，整孔取芯率97%，终孔孔斜0.89°，井底温度72 ℃，主采煤层都达到取芯要求，总回次815次，平均回次进尺2.84 m，平均台月效率641.94 m，平均小时进尺4.13 m。

SY06号钻孔只下入了2级套管，主要是为了下部地层处理孔内事故留余地，SY06孔钻孔结构见图1。该孔的上部地层较稳定，所以穿过覆盖层后63.44 m～1 890.11 m都采用无故相冲洗液，所用材料为PHP、润滑剂和包被剂，部分漏失孔段加入随钻堵漏剂和改性沥青，粘度保持在22 s左右；下部地层与煤系地层1 890.11 m～2 311.05 m采用优质低固相冲洗液，其配方为：1 m3水+(50 kg～70 kg)钠土+(3 kg～5 kg)GLA+10 kg～15 kg NH4-HPAN，主要性能为：比重1.05～1.07,苏式漏斗粘度27 s～40 s，失水量5 mL/30 min～8 mL/30 min,泥皮厚度0.5 mm～1 mm，pH值9。

3.1.2 DY-1孔

DY-1孔2014年10月1日开孔，2016年4月9日终孔，终孔深度为1 860.83 m，台月效率106.94 m/月，纯钻进时间仅占9.16%。终孔口径为98 mm，钻孔顶角6.3°，方位角273°，终孔层位为集宁群右手堡组片麻岩，地质设计要求该孔为全孔取芯，钻孔岩芯采取率达96%，矿体采取率为84%，经验收各项质量指标完全满足。

DY-1孔在钻孔结构设计上做了很大的改进，其中包括：1)跨级下套管，DY-1孔孔内情况复杂，下同级套管很可能发生套管事故，采用跨级下套管保证了孔内安全；2)采用了新标准的φ114 mm套管作为最后一级套管，并以尾管的形式下到预定位置，减少深孔的套管重叠，降低成本；3)第一级和第二级套管下到位后用专业固井车进行了固井作业，防止在钻进过程中发生上部套管脱落事故。DY-1钻孔结构见图2。

DY-1孔地层复杂，在施工过程中发生了一起比较严重的孔内事故，在孔深1 281.43 m出现HQIS钻具断脱事故。处理措施：采用φ127 mm套管先套取2小根钻杆，然后再用公锥反，逐步处理事故钻具，但是最后孔内残余1小根钻杆+1套内外管时无法找到事故头，考虑到钻孔的实际情况，将事故头上部150 m用水泥浆封闭(30包水泥，水灰比0.5)，水泥浆凝固后在透孔时顺利从1 160.96处逐步扫出新眼，实现侧钻绕过事故头，成功处理该起孔内事故。

3.2 深孔施工体会

1)2个深孔均使用的是XY-8C立轴钻机，立轴钻机机械传动简单，传动效率高，易于检修维护，现场使用较方便。目前国内推广使用的全液压动力头钻机使用过程中因对绳索取芯工艺适应性强，操作方便等优点被广大用户所接受，但是全液压动力头钻机因为传递效率低，液压元件精密度要求高，液压系统故障的诊断比较困难等原因也给它的推广使用带来一定困难。

2)钻孔结构设计时应使用最新钻孔口径规格，该套口径具有与国际通用标准接轨，且口径级差合理、环状间隙大、利于深孔钻进等特点对于深孔绳索取芯来说非常适用。

3)深孔绳索取芯冲洗液性能十分重要。根据地层情况和采用的钻进工艺合理选择的冲洗液类型能有效提高钻进效率，同时还应注重冲洗液的日常维护，现场配备泥浆净化系统。

4)适当增加钻头外径。适当增加钻头外径，可以有效地降低泥浆泵负荷，同时减少冲洗液对孔壁冲刷，减少孔内事故的发生。

4 结语

绳索取芯钻进工艺在深孔施工中减少了提下钻次数的辅助工作时间，减轻了工人劳动强度，提高钻进效率；在钻孔质量方面，钻杆和孔壁间隙小，钻孔不易弯曲，钻孔垂直度高，岩芯堵塞即可捞取，增加岩芯采取率，在深孔施工中具有明显的优势。但对于复杂地层施工，必须充分考虑钻孔结构、设备能力、冲洗液性能，发挥绳索取芯在深孔钻进中的优势。

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Experience of wire-line core drilling in deep hole

Yi Rong

(The121GeologicalBrigadeofFujianProvince,Longyan364021,China)

The paper introduces the drilling technique of wire-line core drilling in deep hole, including drilling rig, hole structure, drilling fluid and down-hole trouble, the paper also analyzed the drilling technique and summarized experience of wire-line core driling in deep hole combined with 2 typical hole.

deep hole, wire-line core drilling, drilling technique, drilling rig

1009-6825(2017)20-0094-03

2017-04-25

易 荣(1986- )，男，助理工程师

P634

A