钻探施工技术如何在复杂地层运用

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复杂地层岩心钻探施工技术总结

复杂地层岩心钻探施工技术总结复杂地层岩心钻探施工技术总结复杂地层岩心钻探施工技术总结岩心钻探是在进行固体矿产地质勘探时经常采用的勘探手段之一。

在我国，岩心钻探仍然是目前和今后相当长一段时间内地质工作者在进行地质工程勘探时，获取直观地质资料的最主要方式。

本文对复杂地层特性和岩心钻探施工方法进行叙述,并就如何进行复杂地层的岩心机械钻探施工技术进行研究，进而提高钻探质量，降低勘探成本，以达到提高找矿效率的目的。

一、复杂地层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:(一)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。

(二)水敏性地层: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。

（三)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10m3/h～50m3/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。

二、钻探方法和设备的选择（一）钻进方法的选择《岩心钻探规程》中按岩石硬度的大小分为四类十二级:软--可钻性1～3级、中硬--可钻性4～6级、硬--可钻性7～9级、坚硬--可钻性10～12级;按研磨性的强弱分为三类:弱研磨性、中研磨性、强研磨性;按完整程度分为三类:完整、较完整、破碎。

在具体施工中根据岩石可钻性、研磨性、完整程度等选择磨料和钻进方法。

1～6级和部分7级岩石可选用硬质合金、金刚石、复合片钻进;4～12级岩石可选用金刚石回转钻进,7～12级岩石也可选用钢粒钻进;6～8级岩石可选用硬质合金冲击回转钻进;6～12级可选用金刚石冲击回转钻进。

严格执行《岩心钻探规程》的规定是在复杂地层区提高钻探质量的保证。

复杂地层地质钻探施工技术方法

（Ｉ）地层。出露地层自南至北、自下而上依次为志留系中统罗惹坪组（Ｓ１）、上统纱帽组（Ｓ３ｓ）、泥盆系上统五通组（Ｄｗ）、石炭系中统黄龙组（Ｃ，ｈ）、二叠系下统梁山组（Ｐ】１）、栖霞组（Ｐｑ）、茅１：３组（Ｐ．ｎ１）上统龙潭组（Ｐ１）、长兴组（Ｐｃ）、三叠系下统大冶组（Ｔｄ）、中统嘉陵江组（Ｔ），第四系（Ｑ）广布于湖区及地表。其中志留系为一套海相砂页岩类复理石建造，厚度大于３００ｍ；二叠系属浅海相碳酸盐和海陆交互相含煤建造，厚度６２１～７０７ｍ；三叠系为浅海相碳酸盐及滨海页岩建造，厚度大于７００ｍ。矿区志留系到三叠系不仅会受到断裂方面影响，同时也受到褶皱影响，并且从整体来看，呈现出７０。左右走向，向西北方向倾
作者简介：刘智光（１９６４－），男，硕士，高级工程师，研究方向：岩土工程；钟叶青（１９７７－），男，硕士，高级工程师，研究方向：岩土工程。
斜，倾角在４５。～６０。左右。另外，在Ｆ１断层南侧，因为受到较严重的断层逆冲影响，所以导致志留系纱帽组和泥盆系五通组之中一小部分，出现了倒转现象，甚至有部分会出现地层接近于直立情况，并且部分逆冲会对黄龙组也有所影响。然而在逆冲远离了岩体和构造带时，地层又会逐渐恢复正常。

钻探施工技术在复杂地层中的应用分析

钻探施工技术在复杂地层中的应用分析作者：张文斌来源：《文存阅刊》2020年第09期摘要：复杂地层中钻探施工技術的应用，是当前我国地质钻探领域学术研究的热点话题之一，在钻探施工技术中，设备作业能力、泥浆体系护壁堵漏以及钻进施工技术、事故预防等诸多方面是关键内容。

关键词：钻探技术;复杂地层;应用本文将社会的快速发展作为研究背景，针对复杂地层的矿山资源开发与利用，围绕钻探施工技术展开研究，侧重于通过理论研究为我国钻探施工技术水平的提高提供有利的理论参考，降低孔内事故发生概率。

在设计钻孔结构的环节中，本文将复杂地质特点和钻探施工原则作为基本依照，同时提出复杂地层钻探施工的具体钻进方法和相应的工艺参数。

一、钻探施工设计钻探施工设计是钻探施工得以顺利开展的基础依据，要想保证打钻的科学性，就必须做好先期的施工设计准备，进而在最大限度上降低钻探施工事故发生的概率。

首先钻探施工设计需要将复杂地层的基本资料、钻孔的深度、钻进工艺及钻探设备等纳入到考量范围之内，并遵循钻探施工设计原则依照钻探施工设计内容逐步展开，钻探施工设计原则与内容与下图1所示：二、孔身结构设计钻孔结构主要是指孔身口径在开孔至终孔之间基本变化，钻孔结构的选择需要考量施工作业区域的岩石性质、水文地质条件，同时应将钻孔深度、钻进方法及钻孔用途纳入其中。

一般情况下合理的孔身结构设计需要满足以下几点要求，第一，安全可靠、节约可行;第二，漏、塌、卡孔内事故低发生概率;第三，在保证钻进效果的基础上能够实现钻进速度的提升;第四，在满足钻进平衡要求的基础上保证安全钻进，同时相应的工艺饰品、设备条件满足钻进要求。

通过归纳现有的理论研究成果，结合目前我国复杂地质结构钻探施工实践对矿区地层岩石钻进特性规律进行总结，内容如下：（1）地表覆盖层通常在0-15cm，其中属古矿山尾矿、废渣堆积层的钻探是施工难点;（2）覆盖层以下至500m左右通常为碳酸盐层，岩石一般为中等硬度（6～8）级;（3）450～800m左右通常为水敏性凝灰岩缩径地层，可能内夹少量玄武岩，岩石硬度为4～10级;（4）800～1500m左右为可钻性的10·12级坚硬岩石，局部地段可能存在严重的硅化或者裂隙发育。

钻探工程中的复杂地层钻进技术分析

钻探工程中的复杂地层钻进技术分析新疆维吾尔自治区阿克苏地区阿克苏市 843100摘要：为了满足水文、矿产等诸多方面的需求，地质钻探已然成为一门炙手可热的重要行业。

但在实际钻探生产过程中，总会因为复杂地层而引发各种孔内事故。

不仅影响钻探工程进度，还影响了矿芯采取率。

因此，本文主要从复杂地层的成因入手，深入分析钻进技术的应用策略，并对措施成果进行小结，以供参考。

关键词：钻探工程；复杂地层；钻进技术引言在复杂地层中进行钻进工作始终是小口径岩心钻探的技术难题。

复杂地层从护壁角度来讲，指的是对钻进工作具有阻碍作用的所有特殊岩性的地层。

复杂地层包括胶结不良地层、遇水膨胀性地层、软硬互层、松散地层、溶蚀性地层以及由于地质运动导致的裂隙、破碎、断裂性地层。

在这些复杂地层中进行钻进容易导致漏失、涌水、掉块、坍塌等情况，若如处理失当，还会导致钻进困难甚至施工事故。

1、应用钻进技术过程遇到的问题及其原因分析（1）风化作用下形成的复杂地层：松散的孔隙地层（如流砂层、砂砾石层等）或者风化裂隙发育地层，钻探过程中遇到这种类型的地层，很容易出现孔壁垮塌、超孔超径、涌砂等状况。

（2）地质运动导致的复杂地层：岩层在形成过程中在不同地质运动（若挤压、沉积、溶蚀等）的作用下，形成像碎石带、松散层等复杂情况。

钻进工程中若遇到构造裂隙或成岩裂隙等因素形成的断层、节理发育地层，就会导致井壁掉块、坍塌、漏水等情况。

（3）地层本身的矿物岩石组成造成的复杂地层：由于地层本身存在着储油、气、水的封闭型的背斜构造，或者逆掩断层封闭构造，会给钻探施工带来极大的工作难度。

一旦出现问题将会出现井喷等一系列不良后果。

（4）岩性自身导致的复杂地层：由于岩浆活动或放射性矿物相关的地层，都属于高温地层，当地热井或超深井遇到这类地层时，泥浆处理剂将会失效，导致地层不稳定，带来的危害也是可想而知的。

因此，在钻进施工过程中，若不能及时处理很容易出现掉钻、埋钻等情况。

（5）溶蚀作用导致的复杂地层：地下水主要通过水化与溶解对岩石进行破坏。

绳索取芯钻探在复杂地层矿区施工技术措施

“ 学技术是第一生产力 ”。这是邓小平理论对马克科思主义科技理论的重要贡献，在这一理论的指导下，我国的科学技术水平出现蓬勃发展的局面。作为煤田地质勘探专业队伍的福建省１１田地质勘探队，从上个世纪八十年２煤代中期为加快勘探步伐，缩短勘探周期，依靠科技进步，积极推广应用绳索取芯金刚石钻进技术（以下简称绳钻技术）；经过二十多年的努力和探索，使绳钻技术不断完善，钻进效率和勘探质量明显提高。二十二年来累计完成钻探进尺４．万米，在闽、云、贵、川等省份探明煤炭储８４Ｉ
（）２对上部较复杂、无煤系开孔的钻孔、或存在灰岩溶洞的矿区，一般选用４５－级钻孔结构，利用技术套管将上部复杂地层隔离后，再使用￥５７钻具完成煤系地层的施工；即
一
开１０更大、二开１０三开９、四开７终３或：１、５７
量５余亿吨，为当地的经济建设做出突出贡献。通过多年Ｏ
煤层有块煤、粉煤两种。粉煤取芯难度大，若操作不当往往造成采取率达不到要求致使钻孔质量降级。
（）岩层倾角变化大，软硬互层频繁，属易斜地层。５
对该技术的研究和应用，使福建省１１２队的钻探技术竞争力不断提高，绳钻技术应用水平达到国内领先。
ｌ含煤田地层的基本特点
煤田勘探施工的主要区域分布在福建、云南、贵州、
四川等省份。福建煤田地质主要勘探对象见三叠纪童子岩

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

矿区复杂地层钻探技术探讨

利用二级单动机构在内管中单动。整个加工工序简单，易于制造。（１）打捞悬挂状态下，内管向下滑动到最低点，卡簧座下边缘超｝Ｈ半合管下边缘６０ｍｍ左右，爪簧伸出，处于收拢状态，形成拦网挡住半合管中掉落的
２．３．１三套管钻具的结构
（１）打捞总成部分：与常规总成相同，起悬挂和一级单动作用；（２）加长管部分：增加取心管总长度；（３）滑套总成部分：内管可在上面自由滑动，在内管内部、半合管上端有二级单动机构，起二级单动作用；（４）半合管部分：为取心管，长度为１ｍ左右；（５）内管部分：保护半合管，隔离水路；（６）爪簧机构：包括卡簧和爪簧，设置在内管卡簧座中，卡取较硬岩心和阻挡半合管内的岩心掉出；（７）底喷钻头：使冲洗液不通过钻头内径，避免了其对岩心的冲刷。
２．３２功用机理
入打捞器取心，使得钻具对孔壁的保护时间长。总的来说，使用全液压动力头
式钻机减小了对孔壁和取心管内岩心的破坏。
立轴式岩心钻机代表型号有ＸＹ系列，这类钻机多数要用主动钻杆连接孔内绳索取心钻杆，由于是机械传动，主动钻杆缺少孔口导正稳定装置，设备产生的高频振动直接传递到孔底，这种振动无论对孔壁还是岩心都有一定程

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钻探施工技术如何在复杂地层运用
对于岩石软硬程度不一、岩石层较为繁杂、产状较陡的钻探施工区域，在实际的钻探过程中较容易出现钻孔弯曲的现象，这不单降低了钻孔的质量，更严重时会使得钻孔报废。

所以，加大有关复杂地层使用钻探技术的探究力度，提高钻探施工技术，提高施工质量，减少施工成本，增大寻找矿的成果。

标签：复杂地层钻探施工技术
1钻探施工方式与机械的选择
1.1钻进方式的挑选
根据《岩心钻探规程》，依据岩石的硬度将岩石划分为四种类别十二种可钻性等级：软、中硬、硬、坚硬，其分别对应可钻性为1～3级、4～6级、7～9级、10～12级，而依据岩石的研磨性将其划分为三种类型：弱研磨性、中研磨性、强研磨性，依据岩石的完整度将其划分为三种类别：完整、较完整、破碎。

而钻探人员在实际的钻探过程中可以依据当前地层岩石的具体特征，例如研磨性、硬度等，来挑选钻进的方式，具体的挑选方式如下：1～6级以及一些7级的岩石可以选择硬质合金、金刚石、复合片进行钻进过程，4～12级的岩石则可以选择使用金刚石回转来实施钻进工作，6～8级的岩石可以选择使用硬质合金冲击回转技术来进行钻进工作，而至于6～12级的岩石就可以选择使用金刚石冲击回转技术来实施钻进工作。

认真谨慎地选择钻进方式、严格按照相关规程的规定实施工作是确保钻探技术在复杂地层得到运用且提高钻探效果的基本条件。

1.2钻孔构造的挑选使用
众所周知，钻孔的基本构造以及恰当的挑选使用过程会关系到钻探过程工作效率的高低与钻探项目成本投入的多少，特别是对于在复杂地层中所开展的钻探施工项目，所以应当尽可能地参考当前施工地形地质的具体情况、钻孔的深度、终孔直径、所选择的钻进方式、钻探的机器设备、护孔方案，进而科学恰当地挑选开孔的直径、套管的相关程序等钻探内容。

按照以往的钻探经验，对于复杂地层实施钻探施工项目应当选择
1.3钻探过程所使用的机械设备的挑选
在实际的钻探施工过程中，应当按照当前施工的钻孔规定深度、所选用的钻孔方式、地表岩层的具体情况等因素，科学恰当地挑选钻探过程所运用到的机械设备，而且应该尽可能使用电动机或者动力机的机械设备。

所谓的钻探机械设备主要是指钻探施工过程所使用的钻机型号、泥浆泵型号等，对于钻探施工过程所运用的机械设备务必要按照《岩心钻探规程》中的相关规定、规范进行挑选与使用。

2导致钻孔弯曲的原因
钻孔弯曲尤其是深孔弯曲会导致钻孔无法按照预定规划穿过岩层，可能会使得矿石的产状变曲、遗漏断层、勘察钻探的精密度改变等，进而使得钻探人员对矿石的评估、矿体结构的判定以及矿石量精密度与准确度的计算受到影响，一般情况下在复杂地层区域开展钻探施工项目会出现钻孔弯曲，主要是因为地层或者钻探技术的影响。

2.1地层导致钻孔弯曲
正常情况下，复杂地层区域的层理与片理都比较发育、地表岩层的岩石产状相差大、其所存在的岩石的相关性质性能相差较大，比如复杂地层的层理呈现的方向和与层理方向相垂的岩石硬度之比和钻孔弯曲倾向有正向关系，会导致钻孔变弯曲；而地表岩层的不同也使得存在于其中的岩石硬度有所差别，特别是软硬强度相间的岩层会更加容易使得钻孔变弯曲；在钻探施工的过程中，钻孔和地表岩层所出现的不同夹角同样也对钻孔造成不同程度的弯曲度。

2.2钻探技术导致钻孔弯曲
在钻进过程中使用的压力较大，会使得钻杆变弯曲，钻头偏向于钻孔壁方向，进而出现严重的钻孔弯曲；若在钻进的过程中使用较大的钻进速度，会使得钻杆的离心力逐渐加大，进而出现横向震动以及扩大孔壁的现象，导致鉆孔壁的空隙逐渐拉开，最终使得钻孔出现弯曲；若在岩石较软的层面使用过量的冲洗液，会使得孔壁受到严重的损害，进而让孔壁之间的空隙逐渐变大，从而使钻孔出现弯曲。

3有效预防钻孔弯曲的措施
（1）搜索探究钻探区域地表岩层的相关数据信息。

认真探究钻探施工区域的地表岩层、岩石类型与硬度、岩层的厚度、钻孔和地层所呈现的夹角、钻探施工的技术、钻进方式、钻探机械设备等相关因素，是有效预防钻孔弯曲、提高钻探施工质量的基本保证。

（2）钻机的安装与使用。

对于钻机来说，天车、立轴与钻孔是重要的组成部分，在钻机的安装过程中以上三者的中心应当处于同一水平，尤其在使用斜孔钻探时，以上三者的中心直线务必要遵循相关钻孔的规定与规范，而且钻塔柱脚一定要具备较强的稳定性，决不能在承载之后由于钻塔柱脚受力不均衡而导致其朝着某一方向倾倒，从而使钻孔弯曲。

（3）在钻进的过程中，尽可能选择使用金刚石或者硬质合金进行钻进工作。

若一定要使用钢粒进行钻进时，应当尽可能地使用喷反钻探工具，而且要挑选一些直径较小的钢粒、少投砂，在紧急情况或者需要的时候可以适当地减少轴心压力，有效地掌控钻进的速度。

（4）在复杂的岩层务必要时常测试钻孔斜度。

要实时地了解掌握与有效控制钻孔变化情况，防止与改正钻孔弯曲或者完成既定方向的钻进过程，务必要适当地增大钻孔测斜的次数，而且每一次测斜都应该完全按照《岩心钻探规程》中，对孔深不相同的测试点实际测试的顶角和开孔预计的顶角之间的差距所规定的具体细则科学有效地进行，进而确保每一测斜的数据的精确度以及精密度，从而较为有效地控制钻孔弯曲，提高钻探的质量。

总而言之，对于复杂地层所开展的钻探施工，除了要使用恰当的钻探规划以及科学的钻探技术以外，还应当熟悉地了解与掌握当前钻探区域的岩层情况，掌握能够预防钻孔弯曲的相关施工措施，从而确保钻探施工质量以及最大化的经济利益。

参考文献
[1]阮海龙，纪卫军，沈立娜，欧阳志勇.针对复杂地层金刚石钻头的改进与应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2010（01）.
[2]宋宏图. SM植物胶和SD系列金刚石钻进工艺在深厚砂卵石层的应用[J]. 探矿工程（岩土钻掘工程）.2008（03）.
[3]姜光忍，李忠，王献斌.绳索取心钻探施工中钻杆折断原因分析及应对措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2009（03）.。