科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策
复杂地层成因分析及钻进技术对策
难题之一。 另外流砂层 、 沉积 的泥质地层 ， 都是流水沉积作用 的
结果 ， 会使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌 、 。 扩径
１４地质构造 引起的复杂地层 ．
失稳 、 。从 冲洗液方面来看 ， 当增 加冲洗液 的粘度 ， 掉块 应 这样 可 以更好 的粘 接孔壁破碎带 颗粒 ， 其粘结力 ； 增加 同时适 当控
困难甚 至各种孔 内事故 。 因此在钻进前应 当及时了解钻遇地层
情况 ， 优选钻 探工艺并设计 钻孔结构 ， 以保 障钻探工作 的顺利 进行 。 本文主要分析了复杂地层 的形 成原 因并提 出了钻进过程
中的相应对策 。
图 １ 裂 隙发 育 地 层
岩
土
工
性岩石最容易形成复杂破碎地层 。 钻探 中常见 的断层大都 由断 层泥 、 糜棱岩 、 断层角砾 、 压碎岩 、 碎块岩和片状岩等分别组成 ， 此类断层的延伸和宽度可以达 几米 、 十几米 、 数百米不等 。 当钻
摘 要： 复杂地层钻探是 小 口径岩 心钻探 生产中的难题 。 文章首先从 五个方面详 细分析 了复杂地层 的形成原 因， 然后结合 实践经验 ， 出了针对各 提
种 复杂地层钻进 的相应对 策， 为处理钻遇复杂地层应 当采用将具体地层情况与钻探 目的相结合 的原则。 认
关键词 ： 复杂地 层； 因； 成 钻探 ； 技术对 策
１２风化作用下形成的复杂地层 ．
育为大的溶洞。 钻遇该 类地层 时， 极易发生漏失甚至不返浆 ， 严
重时甚至导致地表塌陷。
在地层岩石形成过程 中 ，风化作用降低 了岩石全 部或部 分颗粒之间的粘结力 ， 使岩石变得疏松 ， 具有较 大的缝 隙。 钻遇 该段地层 时 ， 钻杆 碰撞孔壁 、 冲洗 液返速过 高或者泥浆 压力激 动均会使地层坍塌掉块 ， 严重时甚至导致漏失 。 １３流水冲击作用 、 ． 沉积作 用等 形成 的复杂地层
福建省深孔钻探主要技术难题及其解决对策
收稿日期：２０１２－０７－３１ 作者简介：陶建华（１９５６－），男（汉族），福建人，福建省地质矿产勘查开发局总工程师、教授级高级工程师，枟探矿工程（岩土钻掘工程）枠杂志、探矿工程在线网理事会副理事长，中国地质大学（北京）、福州大学兼职教授，地质学专业，博士，长期从事地质矿产资源勘查工作，福建省福州市五四北路２８５号，ｆｊｄｋｊｔｊｈ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｆｚ．ｆｊ．ｃｎ；李粤南（１９６２－），男（汉族），福建人，福建省地质矿产勘查开发局教授级高级工程师，枟探矿工程（岩土钻掘工程）枠杂志编委会委员，探矿工程、经济学专业，硕士，从事矿山岩心钻探、地路北基与基础工程、公路工程等施工与管理。
福建省深孔钻探主要技术难题及其解决对策陶建华，李粤南（福建省地质矿产勘查开发局，福建福州３５０００３）摘 要：在系统分析福建深孔岩心钻探复杂地层护壁堵漏与取心难、孔斜超标、钻进效率低等主要技术难题的基础上，结合福建省地勘局多年的钻探生产实践与科研成果，总结地层特别复杂矿区钻孔、长孔段多特征复杂地层、深部强径流大漏失地层、深部松散破碎易坍塌层等重大护壁堵漏难题的治理对策和方法，简要介绍了解决复杂地层岩（矿）心采取率低、易斜地层孔斜、钻进效率低等的经验，提出了需进一步研究解决的技术难题和工作思路。
关键词：深孔钻探；钻探难题；对策中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－７４２８（２０１２）Ｓ２－００３２－０７１ 概述矿产资源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。
随着我国国民经济的发展，矿产资源供需形势严峻，全国开展了以“攻深找盲、探边摸底”为重点的新一轮地质矿区勘查工作。
在深部找矿工作中，尽管有不断创新的地质理论作指导和先进的物探、化探、遥感等新探测技术方法可供应用，但钻探仍然是深部找矿取得最终成果的最基本的的重要工程手段和技术方法。
由于深部矿体勘查钻探的钻孔深度大，除需配备大功率深孔钻机、性能可靠的变量泵、能承受高荷载的钻塔等机具外，还有许多事关钻孔质量、钻进安全、钻探效率与效益等直接影响地质找矿勘探成果的技术难题需要研讨解决。
复杂地层成因分析及钻进技术措施
岩石 的整体性 、 固性 受到破 坏 ， 坚 从而形 成结 构松 散 、 裂 管 隔离 ， 以下地层采 用一 般冲洗 液 。 隙发育 的破碎 地层 ； 造作用对 岩 石 （ ） 构 体 施加 应力 形成 运用 高 分 子聚 合物 、 物 胶 、 植 复合 胶类 冲 洗液 进行
使钻 孔孔壁 失去稳 定性 。根 据遇 水产 生情 况 可 引言 ： 随着 我 国基础 建 设 的发展 ， 以及矿 产 、 油 、 石 水 化 作用 ， 文 等 资源 的勘 探 、 地质 灾 害 探测 的需 要 ， 质钻 探 愈来 分 为 以下 几种 ： 地 ＿ １ 愈成 为一 门不可或 缺 的重要 行业 ， 已成 为应 用普 遍 、 探 （ 遇 水溶 解地 层 ： １ ） 可溶 于水 的岩 土层 遇水 溶解 形 成 测 准确 的勘探 方法 。但 在钻 探 生产 中 ， 常会 遇 到各 种 溶液 ， 经 造成 泥 浆污 染 ， 孔超 径 、 塌 。 钻 坍 较典 型 的如盐岩 、 类 型 的复 杂地 层 ， 易 引起 各种 孔 内事 故 ， 极 导致 机 台钻 钾盐 、 卤石 、 光 芒硝 、 天然 碱 、 膏等地层 。 石 进 效率 及岩 矿 芯 采取 率 较 低 ， 至 钻 孔报 废 ， 重 制 约 甚 严 （ 遇 水 溶 胀 地层 ： 土 、 岩等 地 层 中含 有 大 量 蒙 ２ ） 粘 泥
了钻探 工程 进 度 ， 接 影 响 了钻 探 效 率 、 直 钻探 经 济 效 益 脱石 、 伊利 石 、 高岭 土 、 泡石 等遇 水膨 胀 的矿 物 。该类 海
和 勘探质 量 。 因此 ， 分析 各类 复杂 地层 的成 因 ， 并据 此 找 地层 遇水 易溶 胀分 散 、 离 ， 剥 导致 钻孔 膨胀 缩径 、 浆增 泥 出相应 的解 决措施 是非 常必要 的。 稠 ， 头泥 包 ， 钻 孔壁 表面 剥落 ， 崩解 ， 垮塌 、 径等 。 超 （ 遇水 松 散 地层 ： 质砂 岩 、 化 大 理岩 和 风 化花 ３ ） 泥 风 岗岩 等 地 层 遇水 后 粘 聚 力减 小 ，导致 钻 孔孔 壁 表 面剥 落， 崩解等 问题 。 （） 水 剥落 地 层 ： ４ 遇 页岩 、 片岩 、 干枚 岩 、 石 化 高岭 滑
复杂地层钻探困难原因及治理方法
复杂地层钻探困难原因及治理方法些问题的出现对于钻孔来说是十分不利的。
为了能够更好的提高在复杂地层的钻孔，就需要对这些地层进行合理的分析，这样才能够有效的避免这些问题的出现。
本文针对复杂地层钻探困难原因进行分析，然后根据实际情况及钻进要求，合理运用综合治理方法。
关键词：复杂地层；岩心钻探；；原因分析；综合治理引言复杂地层是指岩心钻探中孔壁不稳定（坍塌、掉块、遇水膨胀、遇水溶解等）、钻孔漏水或涌水的地层。
地质岩心钻探在我国社会经济建设中的有着举足轻重的地位，近几年发展速度也非常迅速的。
由于矿山地表的矿产资源被过度的开发，而现有地质岩心技术的落后，矿山的深部矿产资源得不到有效的利用，导致矿山现有的服务年限非常短暂，市场矿产资源需求也得不到满足。
为了解决以上问题，我国大部分地区将地质找矿的重心转向矿山深部资源的开发上。
开发矿山深部资源将会大大增加复杂地层深孔钻探的施工难度，这对于复杂地层岩心钻探技术的要求大大提高。
因此，提高我国复杂地层情况的岩心钻探技术水平的任务就显得十分紧迫。
1复杂地层岩心钻探困难的原因分析在钻探生产中，从复杂地层的护壁角度来说，是指阻碍钻进的一些特殊岩性的地层。
地层松散、胶结不良、软硬互层、吸水膨胀，遇水溶解或地质构造运动而造成的破碎、裂隙、断裂，再加上地下水的融蚀活动等等，给钻探生产带来坍、掉、涌、漏不利因素。
（1）风化作用形成的复杂地层。
风化作用破坏了坚固岩石的全部或部份的颗粒之间的联结，使岩石变得疏松，具有较大的缝隙，易于坍塌掉块与漏失。
（2）流水作用、沉积作用形成的复杂地层。
流砂层、沉积的泥质地层，皆为流水沉积作用从而使岩石胶结不牢而造成极为严重的坍塌、缩经。
（3）地质构造引起的复杂地层。
在地质构造运动形成的压力、振力和扭力等作用下，造成所谓压性、张性、扭性、压扭性和张扭性各类断层，这些大都由断层泥、糜棱岩、断层角砾，压碎岩、碎块岩和片状岩等分别组成，此类断层的延伸和宽度可以达几米、十几米、数百米不等。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术深井超深井和复杂结构井是石油勘探开发领域中的难点和重点。
为了提高井深和提高钻井效率，高效、安全、可靠的垂直钻井技术显得尤为重要。
深井超深井钻井技术是指针对超过5000米或更深井深的垂直钻井而言的，在这个范围内，钻井面临的挑战有：高温高压、地层钻进难度大、极易发生事故、井底钻头易受损等。
为了解决这些问题，人们采用了下面的方法：1. 确定合适的钻井液体系结构。
钻井液的质量会对井的钻进效率起到重要的影响，特别是在深井超深井钻井时。
2. 优化钻井工艺，特别针对井口、井筒以及井底的情况进行优化，减少阻力，提高钻进效率。
3. 高效地利用井眼以及钻头的各种功能，例如：钻头可以作为测井工具、地层样品采集工具等。
4. 使用新型的测井技术。
利用高分辨率测井工具，如多频声波测井技术、多角度声波测井技术等。
复杂结构井钻井技术，是指在非垂直井管内钻孔的技术，例如斜井、水平井、方向钻井等。
这种钻井技术常常被应用于开采层状、层状粘土、页岩、煤制气等井型。
为了解决复杂结构井钻井时面临的困难，例如遇到高压、高温、高地层压力、高气水比、钻柱损坏等问题，我们可以采用下面的方法：1. 应用高压钻井液。
因为在水平井、斜井中钻井时，井眼形状复杂，液体能流阻力加大，因此需要使用高压钻井液，以弥补这种能流阻力。
2. 选择合适的防护装置。
为了防止顶部的岩石物质落入井眼，我们需要使用合适的防护装置，如套管、电缆保护管、钢丝绳内钢管等。
3. 选择合适的钻井工具。
钻井工具优化可以提高钻进速度、延长钻头使用寿命、减少钻柱损坏等问题。
4. 积极采用新型的钻井技术。
例如利用地下导向仪、方向钻井技术等。
总之，深井超深井和复杂结构井的钻井技术与传统钻井工艺有很大不同点，需要我们采用先进的钻井技术，才能充分发挥其巨大的生产潜力。
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施
地质钻探中孔内复杂情况的应对措施摘要：本文首先介绍了地质钻探的基本含义，然后以破碎性复杂地层为研究切入点分析了复杂地层的结构性质，在此基础上提出了遇到地质钻探中孔内复杂情况的措施，新旺通过本文的分析，可以给相关领域的工作人员在施工时提供一定的参考作用。
关键词：地质钻探；漏通地层；钻孔内径前言：地质钻探工作需要不断的提高工作的效率和质量这样，这样才可以保证在钻探工作的水平达到基本需求的情况下，进一步保证钻探工作的施工安全，因此前期一定要做好钻进地层结构的探究工作。
对许多数据进行探究分析后发现在展开地质钻探工作时，最关键的是需要掌握好复杂底层算进的尺寸。
想要保证这个阶段的工作得到顺利开展，就需要消耗一定的成本，且成本消耗量占整个施工成本的一半以上，同时在施工过程中还受到许多其他外界因素的影响，会引发相应的状态事故，因此导致企业使用的钻探设备在复杂地层进行钻进工作时会受到不同程度的损坏。
由此可见，在开展复杂情况地质钻探工作中，采用合理的钻进措施，将十分重要本文将对地质状态中口内复杂情况进行分析，同时给出相应的应对措施。
1概念分析1.1地质钻探地质钻探工作就是以勘察地下情况作为主要目标的一种钻探工作，他是在落实基本地质普查工作的基础上进行勘察的一种工作，首先要对底层和相应的地质结构有所了解，要开展打普查钻工作，同时在勘察过程中一定要掌握矿场的数量，形状以及品位，因此需要在钻探过程中运用精密性的查探设备。
不管是普通的勘查还是进行详细勘察，在实际开展时都需要采取一块完整岩心，如果条件允许的情况下，还要进行测井工作。
1.2地质钻探中孔内复杂情况根据以往的工作经验，发现地质钻孔中孔内复杂情况的引发因素，主要有地质构造的影响和外力作用。
地质构造的影响主要是在底层容易发生破碎地层的现象，这种现象主要是由于外界环境和地质条件所引发的，比如在地质构造运动时，由于底层出现挤压和张拉的情况，将会引发岩层出现裂缝而导致底层破裂最，中出现地质构造不稳定的现象。
关于深部找矿的相关钻探技术中问题和对策
关于深部找矿的相关钻探技术中问题和对策深部找矿是现代矿产开采中的重要领域之一。
然而，深部找矿的确有许多技术难题需要克服。
其中最关键的问题是如何提高探测的准确度和深度，以及如何提高工作效率和安全性，以确保成本和投资回报之间的良性循环。
以下将针对深部找矿中存在的问题和对策进行探讨。
1. 钻探深度和准确度的限制钻探是深部找矿最常用的技术手段之一。
然而，由于地质条件的复杂性和规模的限制，钻探的深度和准确度仍然存在一定的问题。
对此，现有的解决方案主要有两种。
第一种是使用对地球物理特征敏感的技术，例如地震勘查、重力勘查、电磁勘查等。
这些技术通过检测地下不同物质对物理场的响应，进而推断出地下的矿床位置和形状。
这种方法操作简便、快捷，但准确度仍有待提高。
第二种方法是使用非常规钻探技术。
这些钻探技术通常具有较高的准确度和深度，例如Vibration drilling振动钻探技术和机器拔管钻探技术等。
然而，这些技术在适应性、操作复杂度、成本等方面仍然存在困难。
2. 表层扰动和安全问题深部钻探常常伴随着严格的安全要求。
目前，由于地质条件等因素的限制，深部钻探过程中的地表扰动和螺旋下结构成为限制操作深度、避免事故和保证安全的重要因素。
所以，如何减少表层扰动和保证下部钻探的安全性是一个重要问题。
这时，机器钻探技术可以提供有效的解决方案。
机器钻探技术是一种采用机器人进行探察活动的钻探技术，比传统的人工钻探不仅减轻了工人的劳动压力，还提高了探测效率和精度。
另外，在表层钻探中，机器钻探不会造成污染和噪音等问题，从而减少了环境风险。
3. 钻探材料和矿物分离技术钻探中的材料和矿物分离是另一个令人头疼的问题。
常用的手段是采用机械振动和不同粒度筛子进行分离。
然而，这种方式效率低下，精度不够高，过程中产生的噪音和振动可能会对工人的健康造成影响。
解决该问题需要引入新的技术手段。
近年来，利用微重力和工业光学技术对钻探材料和矿物进行分离越来越受重视。
钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨
钻探工程中的复杂地层钻进技术探讨摘要：我国煤矿井下地质条件复杂，特别是在松软煤层、断层褶皱等发育地带，受到多种因素的影响，经常容易出现钻孔垮塌、钻不进去等现象，浪费大量时间，大大增加劳动强度。
钻探工程中，相关人员需要全面分析复杂地层钻进技术的应用优势和价值，同时掌握多种类型的复杂地层，了解其形成原因，采用相应的勘探方法，选择最佳钻进技术，提高工作开展质量和效率。
关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术引言复杂地层钻井是小口径岩芯钻探生产中的一大难题。
钻探过程中容易遇到裂隙发育、断裂、结构松软、剥落等复杂地层，降低岩心采取率，破岩效率相对较差，增加成本，同时在钻进过程中经常产生漏失、坍塌等问题，增加钻探工程施工难度。
1钻进技术阐述煤矿开采过程中面对恶劣环境，当出现任何问题，容易造成生命财产等多个方面的严重损失。
所以煤矿开工之前，相关工作人员全面研究和分析实际地质条件，相对应的开采工作，开展地质勘测工作过程中，采用定向钻进技术全面提高煤矿开采工作质量和效率，进一步保证生产人员的安全。
定向钻进技术和其他井下地质勘探技术存在一定差异性，需要经过人工实践操作，转变钻头钻进轨迹、相关空间位置[1]。
实地探测过程中，相关工作人员需要将探头放在深井区域，合理调整钻头参数和孔深，之后结合钻进设备的钻孔轨迹，详细计算出孔垂周围的位移参数，不断改进和优化钻进探头数据，获得钻孔前方煤炭的实际地质条件。
相关工作人员在实践操作中通过钻孔设备的运行轨迹，明确勘测点和周围地层变化等信息，保证煤矿生产高效顺利开展。
2复杂地质形成原因分析⑴地层矿物岩石。
部分地层中，钻进工作开展会造成原有矿物岩石结构转变成复杂地层。
如，某地层主要包含黏土和泥页岩等物质，打开钻孔之后，冲洗液会立即进入到钻孔表面的底层中，造成黏土和泥页岩等遇水之后降低其强度，同时降低颗粒的胶结性，同时后续钻具和冲洗液的循环影响，造成地层破碎、掉块、地层泥质中包含较高含量的蒙脱石，泥质会吸收部分冲洗液、水分出现膨胀、缩颈，引发钻探安全事故。
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提高回次进尺长度的最有效方法是在取心钻进 系统中引入液动锤。 液动锤钻进可使取心钻进的回 次长度成倍增加。 同时，还能显著提高机械钻速和 减轻孔斜。 螺杆马达 －液动锤 －提钻取心方法在中 国大陆科学钻探工程科钻一井中应用非常成功，该 井 ３０００ ～５０００ ｍ 井段的平均回次长度为 ７畅９９ ｍ。
项目
孔底马达 ／提钻取心钻进 顶驱 ／绳索取心钻进
适用钻孔深度
任何深度
≤４０００ ｍ
施工效率
回次长 度 短 时 较 低，但 若 较高 能实现长回次钻进则较高
ห้องสมุดไป่ตู้
设备配套要求
主要靠 井底 驱 动，不需 要 钻头 由 钻 机 驱 动，
高转速顶驱
须配高转速顶驱
钻杆要求
普通的 石油 钻 杆，成本 较 特制的绳索取心钻
２０１４ 年第 ４１ 卷第 ９ 期 探矿工程（岩土钻掘工程）
９
回次进尺长度达到一定值后，其施工效率与绳索取 心钻进相当。 加上孔底动力驱动比地表驱动方法的 许多优越之处，此时孔底动力驱动的取心钻进方法 无疑是一种明显优于顶驱 ／绳索取心钻进的方法。
图 ３ 不同钻进方法 ４０００ ｍ 取心钻进施工时间对比
螺杆马达 －液动锤 －长半合管取心钻进方法在 ＷＦＳＤ －４ 孔中进行了试验并获得了成功。 在该孔 的 ２０１４畅３０ ～２０６５畅４０ ｍ 孔段，连续钻进了 ５ 个长度 超 ９ ｍ 的回次，总进尺 ４５畅１５ ｍ，平均回次进尺 ９畅０３ ｍ，平均岩心采取率 ９７畅５％，平均机械钻速 １畅４９ ｍ ／ ｈ，取出了长 ９ ｍ 的无扰动连续岩心柱。
低
杆，成本较高
钻柱强度
较高
较低
钻杆寿命
较长
较短（ 钻 柱 稳 定 性 较差）
钻头寿命
较长
较短
取心效果
较好
较差
孔壁稳定性
较好
较差
卡钻的可能性
较小
较大
压漏地层的可能性 较小
较大
绳索取心钻进方法可减少提钻次数和辅助时 间，但该方法必须与顶驱相配。 破碎地层取心钻进 的经验表明，顶驱钻进方法在破碎地层中应用存在 着较多的问题：（１） 顶驱高速回转时对孔壁有强烈 的敲击和扰动作用，使破碎地层的孔壁坍塌、掉块加 剧，一则会导致钻孔扩径加剧，二则可能造成卡钻。 （２ ） 在严重扩径的钻孔中高速回转钻杆柱容易受到 疲劳损 坏， 钻 头 寿 命 也 降 低。 ＣＣＳＤ 科 钻 一 井 在 ２０４６ ｍ 以深采用顶驱金刚石绳索取心钻进方法。 由于遇到了扩径带（ 大肚子），钻头使用效果奇差， 连续 ８ 个回次出现钻头钻进不到 ２ ｍ 便被剃 “ 光 头”的现象，４ 个新钻头的平均寿命仅为 ０畅５２ ｍ，基 本上取不上来岩心，还接连发生 ２ 次钻具折断事故。 改换螺杆马 达 孔 底 驱 动 后， 情 况 马 上 得 到 了 改 善。 此外，在 ＷＦＳＤ －２ 孔的破碎孔段采用顶驱施工时， 钻铤丝扣的寿命比正常情况时低得多。 （３） 钻杆柱 运转不平稳，导致取心效果变差，岩心采取率降低。
２０１４ 年第 ４１ 卷第 ９ 期 探矿工程（岩土钻掘工程）
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科学深孔复杂地层钻进技术难题与对策
张伟
（中国地质调查局，北京 １０００３７）
摘 要：介绍了在复杂地层科学深钻施工时遇到的困难和问题，主要包括破碎地层钻进问题和强缩径地层钻进问 题，讨论了解决这些技术难题时采取的应对技术方案和措施，涉及取心钻进工艺方法和器具、钻机、泥浆体系以及 极破碎、强缩径地层的特殊钻进、固井工艺和器具。 关键词：科学钻探；复杂地层；技术难题；对策 中图分类号：Ｐ６３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２ －７４２８（２０１４）０９ －０００７ －０６ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｄｅｅｐ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ ／ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ （Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３７， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄｅｅｐ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｂｒｏｋｅｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｒｉｌｌｉｎｇ．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｃｏｒｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ｄｒｉｌｌ ｒｉｇ， ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍｕｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｔｒｏｎｇ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ， ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄｒｉｌｌｉｎｇ； ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ； ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ
该方法最初在汶川地震科学钻探项目中应用时 遇到了问题。 汶川地震科学钻探项目钻进的地层是 地震断裂带，岩层强烈破碎。 为了保证岩心的原状 性，取心钻进时采取了一种特殊的取心技术，即半合 管取心技术。 半合管取心钻具结构较复杂，加工较 长的半合管取心钻具的难度较大。 最初只有长度 １畅５ ～２ ｍ 的半合管取心钻具，取心钻进的回次长度 也因此受到影响。 在项目实施过程中，我们通过不 断地研究与改进，相继研制成功了长度 ４畅５、６ 和 ９ ｍ 的半合管取心钻具。
图 １ ＷＦＳＤ －２ 孔采用顶驱钻进获取的岩心
图 ２ ＷＦＳＤ －２ 孔采用螺杆马达驱动钻进获取的岩心
由于在破碎地层采用顶驱钻进的一系列缺点， 我们开始考虑，在这种地层钻进时采用孔底动力取 心钻进方法来。 采用孔底动力钻进就不能进行绳索 取心，只能通过提钻回收岩心。 我们通过进行技术 经济分析（图 ３），得出以下结论：当提钻取心方法的
根据螺杆马达 －液动锤 －提钻取心方法在中国 大陆科学钻探工程科钻一井和汶川地震科学钻探项 目中应用的结果，对该方法的特点和优点总结如下。
（１ ） 螺杆马达驱动， 钻杆柱不回转，可减轻功耗 和钻具磨损，有利于改善钻杆柱工作状态和孔壁稳 定，减少孔内事故，提高钻具寿命；
（２）液 动 锤 冲 击 载 荷 碎 岩， 可 提 高 机 械 钻 速 ５０％ ～１００％，提高回次进尺长度 １ ～２ 倍；
２ 科学深孔复杂地层钻进技术对策 ２．１ 破碎地层取心钻进技术
可能用于科学深孔取心钻进的方法可分为 ２ 大 类：（１）顶驱 －绳索取心钻进方法；（２）孔底马达 －提 钻取心方法或孔底马达 －液动锤 －提钻取心方法。 对比分析这两大类取心钻进方法的结果见表 １。
表 １ 孔底马达 ／提钻取心钻进与顶驱 ／绳索取心钻进方法 用于破碎地层钻进效果比较
１ 科学深孔复杂地层钻进的主要技术问题 １．１ 破碎地层钻进技术问题
在钻进施工过程中，孔壁岩石要受到各种机械 扰动作用，包括：回转钻进过程中的钻杆敲击作用； 起钻过程中的抽吸作用；下钻过程中的压力激动作 用；处理事故过程中孔内震击器的震击作用等。 若
是在破碎地层钻进，在各种机械扰动作用的综合影 响下，本身就破碎的孔壁岩石要发生剥落，剥落物掉 在孔内，易形成卡钻或埋钻。 孔壁岩石的剥落使钻 孔产生扩径（ 俗称“ 大肚子” ） ，并因此产生如下的负 面后果：（１） 钻杆柱变形严重，寿命降低，并且易折 断；（２） 钻头 工作 不稳 定，导 致 机 械 钻 速、 岩 心 采 取 率和钻头寿命同时下降；（３） 在钻孔扩径部位，泥浆 返速低，造成 岩 粉 堆 积， 而 堆 积 的 岩 粉 随 时 可 能 垮 塌，造成埋钻；（４） 钻进时钻杆柱不断地敲击孔壁， 使以上的负面影响不断加剧，造成恶性循环。 由于 上述原因，在破碎地层钻进，孔内事故率高，钻进效 率低，取心效果差，施工成本高。
收稿日期：２０１４ －０６ －３０ 基金项目：科技部科技支撑计划专项“ 汶川地震断裂带科学钻探（ ＷＦＳＤ） ” 项目之“ 科学钻探与科学测井” 课题；中国地质调查 局地调 项目 “ 破碎和强缩径地层大直径深孔取心钻进技术研究” （１２１２０１１１２０２５８） 作者简介：张伟（１９５４ －） ，男（ 汉族） ，湖北恩施人，中国地质调查局汶川地震科学钻探工程中心总工程师，中国地质大学（ 武汉） 客座教授，探 矿工程专业，博士，负责组织汶川地震科学钻探项目的钻探和测井施工，北京市西城区阜外大街 ４５ 号院，ｚｈａｎｇｗｅｉ＠ｗｆｓｄ．ｏｒｇ。
在 ＷＦＳＤ －２ 孔 采 用 顶 驱 钻 进 时，１３６８畅９２ ～ １４６８畅４７ ｍ 孔段，进尺 ９９畅５５ ｍ，岩心长度为 ３９畅８１ ｍ，平均岩心采取率为 ３９畅９９％，回收的岩心呈碎石 状（图 １）。 后来在相同孔段通过在套管内开窗补取 岩心施工时，采用了螺杆马达驱动方式，１３６２畅８７ ～ １４６８畅３８ ｍ 孔段，进尺 １０５畅５１ ｍ，岩心长度为 ９５畅８２ ｍ，平均岩心采取率 ９０畅８％，岩心的完整程度也要好 得多（图 ２）。