曾令
核工业二九〇研究所 512000
摘要：钻探工程在施工的过程中对技术有着十分严格的要求，它主要是取出某一地区的矿山样品对地下的情况予以更加全面的了解，从而更好的满足其他工程施工建设的具体标准和要求，在当前的社会发展中，资源储备已经无法充分的满足人们生产和生活的要求，钻探工作也显得越来越重要，这样一来也在一定程度上促进了钻探技术的改进和完善。
关键词：钻探工程 设备 技术 流程
引言：在矿上钻探工程中，首先要注意的就是安全问题，其次才是工程的造价和工期、效率。这里的安全不仅包括工程的质量安全和施工人员的人身安全，还包括工程完工后的实际使用安全，所以安全管理是贯穿于整个钻探工程全过程的重要问题。只有采取合适的钻探施工技术，科学的作业流程，才能给工程安全创造必要的基础，让安全管理工作顺利开展到更深层面。钻探工程的主要施工技术有着详尽的工艺流程，必须要严格遵守相关规定进行操作，丝毫容不得半点马虎。
一、钻进工艺
1.1 钻探设备
该工作区外围找矿采用的岩心钻机为XY-44型2台和XY-5型2台，XY-44型钻机施工设计深度为1000m的钻孔，XY-5型钻机施工设计深度为1200m的钻孔。配套的钻塔有HCX-13和HCX-18。配套的泥浆泵为BW-250型5台（1台备用），绞车规格为SJ-1000两台，YH30CGF型发电机组3台，0.8m3搅拌机4台，Φ93mm直连套管3000m，Φ114mm外接箍套管1000m，Φ146mm直连套管1000m，钻杆、钻具PQ系列、HQ系列和NQ系列若干。
1.2 钻孔结构设计
该项目钻探施工于2015年5月份开始，由于对地层的破碎程度和施工难度估计不足，采用常规钻孔结构为Φ110mm-Φ91mm-Φ75mm，在施工过程中出现井壁间隙小憋泵严重，钻进效率低，套管下放、起拔困难，处理断钻事故后无法再次变径的情况。经过分析、研究确定2015年采用钻孔结构为Φ150mm―Φ122mm―Φ96mm―Φ76mm。在此钻孔结构中，通过使用Q系列钻具跟管钻进技术，大幅度提高钻进效率，减少冲洗液对井壁的冲刷、浸泡时间，降低井壁缩径、坍塌的可能性，同时为套管的下放与起拔提供有利条件。
1.3 钻头的选择
开孔采用Φ150mm硬质合金钻头，PQ、HQ钻具采用金刚石孕镶钻头和金刚石复合片钻头（泥包地层使用减少糊钻，有利于提高钻进效率），NQ钻具采用孕镶金刚石钻头。跟管钻进时，PQ、HQ钻具充当套管时采用金刚石薄壁钻头。因岩石可钻性级别低，孕镶金刚石钻头选用锯齿型高胎体钻头，有利于防止水口封堵、排除岩粉和提高钻进效率。
二、钻探工程具体施工工艺流程
2.1钻进方式选用
在使用小孔径金刚石钻机进行钻探时，宜采用绳索取芯钻进的方法。因为该方法能够通过减少提钻次数来有效节约工程时间，也就等同于提高了钻进工程效率。有条件的话还可以配合使用液动冲击锤，能够更进一步提高钻进效率。
2.2钻孔尺寸配置
在钻探施工中，考虑到换径的具体次数，当然钻孔的尺寸越小，结构越简单就越方便。但同时钻进地层会对钻具本身造成或多或少的损坏影响，因此也不能一味图简便，要找出一个最佳钻孔尺寸，以保证因钻具损坏和钻孔清洗等因素带来的综合影响最小。
2.3钻具等级配置
通常情况下，工程实地使用的钻具等级应该比方案中要大上一两径，这样是为了增加钻具的扭矩力并有效减少钻杆外围与孔壁间隙，充分满足钻进的要求。举个实际例子：要钻1500m深的孔，就要先配置Φ110mm的合金钻头进行开孔作业；深度达到预期要求时，通入Φ108mm的管子进行开孔套管作业；然后就要更换为Φ76mm的金刚石绳索取芯钻具继续钻进；最后就可以换用Φ53mm的钻杆进行成孔操作了。这样做的根本目的是为了使钻具在钻进过程中更加稳定，能够有效抑制钻探工程事故的发生。另一方面来说，即使发生了工程事故，解决起来也简单很多。从这个例子我们可以看出，钻探工程中实际要钻的孔深度越大，其钻具等级配置也就越复杂，这就要求我们施工人员对钻具有全面系统的了解，以便实际工程中能够有条不紊地对钻具类型进行合理配置。
三、破岩及取芯工程阶段工艺流程
3. 1破岩阶段工具的选用
破岩阶段对钻探工具的刚强性能有很高的要求，所以金刚石钻头是一个不错的选择，针对不同的矿山类型要选用相应的金刚式钻头。同时钻头还要适应复杂多变的地形，自身的高强度决定了工程的效率和使用寿命，以期达到经济效益最大化。所以，对金刚石钻头的选用应该遵循一定的原则：
（1）适应能力
不同地区的矿山其地质情形也不尽相同，有的矿山地层甚至由好几种岩层构成，非常复杂。因此金刚式钻头首先就要适应这些类型繁多的岩层，也就是说，选用的金刚式钻头不仅能在各种中薄型岩层自由钻进，还要具有钻进厚岩层的能力，无论是应对松软型土质还是坚硬型土质，都具有较好的适应性。这样一来，在钻探工程中遇到岩层改变也不用停下来更换钻头钻具，极大地节省了工程时间，对提高施工效率工作方面起到了相当优异的现实意义。
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（2）使用寿命
钻头自身的性能决定了它的使用寿命，如果一个钻头连最基本的耐磨性和耐压性都不是很好的话，又岂会在实际施工中得到长期应用。同时施工流程也会影响到金刚石钻头的使用寿命，所以我们施工人员要按照施工标准进行规范化施工，将因施工操作不当对钻头寿命产生的影响降到最低，为控制施工成本工作提供力所能及的帮助。
3.2液动冲击锤的采用
在破岩阶段时，还可以合理采用液动冲击锤来帮助金刚石钻头进行破岩作业。根据相关实地施工数据表明，相同情况下，采用液动冲击锤能够使钻进效率提高20%~30%，是保证工程经济利益的极佳选择。
3.3取芯阶段
客观来说取芯阶段并没有较大的难度，除了在取芯和提钻时要非常小心之外没有过多需要特别注意的，这里也就省略不提了。
四、钻探施工技术要点
3.1钻探施工工艺要点
（1）上部地层钻探工艺。根据地层特点，避开地层空洞区，将钢管下至岩石层，为有效防止钢管发生断裂情况，必要时下两路钢管。
（2）坍塌严重孔壁的钻探工艺。通过控制钻探压力、钻机转速，进行减压钻进。配制比例适合的冲洗液，每两个班次进行孔壁冲洗工作，以保证钻孔内各项参数的稳定性，待参数稳定后，再放下内管继续钻探。在坍塌较为严重的时候，必须及时更换钻探措施。
（3）地层倾角较大地层的钻探工艺。当地层倾角较大的时候，很容易发生较为严重的坍塌现象，此时，第一应该全孔进浆，这样做可以用新浆代替脏泥浆；第二要注意钻进参数，保持一定的钻速，防止出现抱钻现象。
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（4）边捞砂边单管的钻进工艺。当不能采取绳索取芯工艺的时候，可以使用边捞砂边单管的钻进工艺，采用减小压力、降低转速的钻进方式，同时使用捞砂管及时捞取钻屑，虽然影响了钻探进度，但是可以有效保证钻孔的洁净度，可以防止钻杆发生扭断情况，可以防止出现抱钻现象。最终保障了钻探的成功进行。
（5）换径钻进的钻进工艺。当孔内钻屑无法被顺利排除的时候，需要及时更换钻头进行钻进，此时需要密切注意泵压，当各参数稳定而泵压突然降低的时候，需要立即检查钻具，如若钻具、钻杆或是接箍出现漏水现象，必须立即更换，以防止出现抱钻、钻杆扭断等事故的发生。
3.2钻探施工技术要点
（1）防止抱钻。在钻探工程中，抱钻是一个较为严重的事故，当钻进倾角较大，地层结构比较破碎的时候，钻孔就容易发生坍塌掉块等现象，于是容易发生抱钻事故。根据本人工作经验，采取以下步骤可以有效避免该事故的发生。第一步，捞出内管，先冲孔再加尺。此举既可以防止钻屑进入岩芯管，又可以防止因孔底岩粉积累过多而发生抱钻事故。清扫干净后，待工作面稳定后，敲取内管岩芯。第二步，下入内管的时候速度要快，在内管到位后，待各项参数稳定后，再继续钻进，始终保持泥浆循环的通畅。另外，在特殊情况下，可以采取强拉硬顶的方式，将钻具提离坍塌位置。
（2）钻头的使用。对于不同的钻探地层，要配置使用适当的钻头，既可以防止发生孔内事故，又可以节约钻探费用。在每次提起下探钻头的时候，应该养成检查钻头的好习惯，防止钻头因磨损严重而出现意外，确保钻探工程的顺利进行。
3.3钻探施工注意事项
（1）捞砂事项。关注各参数的变化，一旦出现泵压、电流等异常，立即提钻；清扫孔洞时间不宜过长，应该迅速利索地完成；遵循排细捞粗原则，直至将孔内沉沙打捞干净，才可以继续下一步工作。
（2）清理泥浆。及时使用新泥浆更换脏泥浆；确定搅拌新泥浆的责任人，一般定为当班班长，确保新泥浆搅拌均匀，以保证其质量。
（3）检查内管。钻探人员必须细致检查内管，尤其是轴承的使用状态，其次要及时清扫掉钻屑，保障内管的使用性能。
（4）关注细节。在工作中，坚持安全第一的原则，明确每一位人员的职责，班长负责日常工作的顺利进行，机长负责技术管理工作，班组成员也要分工明确，做到每一个小的流程都有专门的执行者和监督者。比如，给钢绳做记号都要明确到具体的个人。
（5）做好记录。对工作现场的各项参数数值，突发情况、处理办法、处理结果等，都要写入工作日志，详细记录，这样做，可以如实反映钻机工作状态，方便现场处理问题，方便总结工作经验。
结束语：
岩心钻探有多种施工方法和工艺，每种方法都有其适应范围。特别是在复杂地层的施工，其钻进工艺和技术措施，若措施和方法不对，将会耗费大量的人、材、物，拖延工期，甚至造成钻孔报废。因此，要针对钻孔的复杂性，加强技术管理，提高机班长责任心，采用不同的工艺和技术措施，维护孔壁稳定，确保安全钻进。
参考文献：
[1]曾祥熹 陈志超.钻孔护壁堵漏原理2013.6。
[2]宋端正.甘肃西和大桥金矿区复杂地层钻探技术 2012.1。
[3]曾石友.嵩县多金属矿区复杂地层岩心钻探施工综合技术 2015.3
论文作者:曾令
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/20
标签：钻头论文; 钻孔论文; 地层论文; 工程论文; 钻具论文; 金刚石论文; 钻杆论文; 《防护工程》2018年第4期论文;