芻議深孔巖心鉆探問題

劉子才

云南省礦山工程有限公司 云南省昆明市 650000

摘要：較之于傳統(tǒng)的巖心鉆探而言，深孔巖心鉆探不僅孔深增加，而且鉆孔的難度、鉆進成本等都有所增加，所以對深孔鉆探技術(shù)人員、施工人員提出了更高的要求，尤其要重視孔壁穩(wěn)定性。本文將對深孔巖心鉆探過程中問題、應(yīng)用技術(shù)進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：深孔巖心鉆探；孔壁穩(wěn)定性；應(yīng)用技術(shù)；研究

對于巖心鉆探而言，尤其是深孔巖心鉆探過程中，孔壁穩(wěn)定性是一個全新的課題，鉆探前預(yù)測涉及到應(yīng)力、孔隙壓力、坍塌壓力以及破裂壓力等，其綜合巖石物性、地質(zhì)構(gòu)造、地球物理學(xué)以及鉆探工藝和孔內(nèi)測井等學(xué)科內(nèi)容，同時這確保了深孔巖心鉆探的高效、安全以及低成本和優(yōu)質(zhì)性。

1、深孔巖心孔壁穩(wěn)定性分析

在深孔巖心鉆探過程中，最為重要的一個問題便是孔壁穩(wěn)定性，主要包括孔壁坍塌和縮徑以及地層壓裂或者破裂等類型。實踐中可以看到，由于未設(shè)合理的井壁支撐結(jié)構(gòu)，所以很難保證孔壁的穩(wěn)定性，進而導(dǎo)致井噴、井漏以及固井不返水泥漿或者粘彈性地層變形等多孔問題。深孔巖心鉆探操作過程中，一定要加強孔壁穩(wěn)定性關(guān)注，只有這樣才能確保深孔巖心孔壁的穩(wěn)定性，這對于減少經(jīng)濟損失，具有非常重要的作用。從深孔巖心鉆探實踐來看，造成孔壁失穩(wěn)的主要因素非常的多，但主要表現(xiàn)在地質(zhì)因素、操作因素兩個方面。對于地質(zhì)因素而言，其主要是指原地應(yīng)力大小、地層強度以及地質(zhì)構(gòu)造類型等影響因素和問題。同時，鉆井液性能、鉆井液環(huán)空返速以及孔徑大小等，均為重要的影響因素。深孔巖心孔壁巖石的應(yīng)力超出了其在孔眼狀態(tài)下可承受的強度，在該種情況下，容易造成孔壁失穩(wěn)。如果孔內(nèi)鉆井液壓力太低，則孔壁周圍巖石的承受力就會遠遠超過其所承受的巖石最大剪切強度，此時孔壁巖石就會遭到不同程度的損傷；同時，如果孔中鉆井液密度相對過大，則巖石所承受的壓力就會超過自然的拉伸力度，進而出現(xiàn)地層破裂問題。

2、深孔巖心鉆探技術(shù)

深孔巖心鉆探過程中，可用的技術(shù)手段主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，深孔巖心鉆探過程中的全液壓動力頭鉆機應(yīng)用技術(shù)。實踐中可以看到，國內(nèi)現(xiàn)行的全液壓動力頭鉆機應(yīng)用技術(shù)與國外的應(yīng)用技術(shù)手段之間，存在著一定的差距，為了能夠確保鉆探質(zhì)量和效率，應(yīng)當不斷進行應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化和改進，以此來確保全液壓動力頭鉆機應(yīng)用效率?；诖耍瑢嵺`中應(yīng)當從鉆機的基本應(yīng)用功能、維護管理以及操作便利和搬運方便等方面著手，不斷優(yōu)化和改進結(jié)構(gòu)布局形勢，最大限度地增加孔口有效空間，提高操作面板的人性化水平。同時，還要進一步改進動力配置、降低能耗，使主卷揚機具備自由落體功能，而且鉆柱下降過程中配合水剎車設(shè)施，以此來實現(xiàn)動力負荷的降低。對于安全防護措施而言，應(yīng)當以鉆機基本運行原理、運行狀況以及結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對其采取安全防護措施，以免出現(xiàn)墜落、夾傷等事故。對于鉆機而言，其動力頭自重非常的大，而且機動性有限，所以在應(yīng)用動力頭擰卸繩索取心鉆桿過程中，可能會導(dǎo)致鉆桿螺紋受損。針對該種問題，一定要注意對動力頭的基本機理進行適當?shù)膬?yōu)化和改進，以確保鉆桿螺紋不會受傷。在環(huán)保設(shè)計過程中，鉆機油路比較多，如果出現(xiàn)泄漏等問題，則液壓油在短時間范圍內(nèi)可能會消耗殆盡，這樣就會造成資源的嚴重浪費，并且造成非常嚴重的污染；需要強調(diào)的是當前國內(nèi)現(xiàn)行的油溫油位顯示設(shè)備難以預(yù)測油路管道是否存在泄漏問題，因此需在管路適當位置安裝報警設(shè)備，以此來實現(xiàn)動態(tài)化全程監(jiān)控。

第二，泥漿泵應(yīng)用技術(shù)。對于深孔巖心鉆機而言，泥漿泵較之于普通的鉆機泥漿泵，其泵壓相對較高。深孔鉆機鉆孔直徑相對較小、而且鉆桿比較細，通常會遇到火成巖或者變質(zhì)巖等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，所以鉆孔自然彎曲度非常的大，特別是在斜地層中，鉆孔的彎曲度明顯要高一些。上述情況下，斜孔鉆孔施工操作難度比較多，科學(xué)合理地選擇開孔方位角以及鉆塔至關(guān)重要。泥漿泵選擇應(yīng)用過程中，需要充分考慮斜孔鉆探工藝，科學(xué)選擇泥漿泵參數(shù)。近年來，隨著深孔巖心鉆探技術(shù)的快速發(fā)展，不斷變化、復(fù)雜的環(huán)境條件對泥漿泵提出了更高的要求，這在很大程度上有效地推動了泥漿泵技術(shù)的發(fā)展，并逐漸使其能夠從全液壓動力頭鉆機中有效地分離出來，成為單獨動力配置。

第三，鉆桿柱。深孔巖心鉆探過程中，如果孔深超過了1500米，則需在鉆探之前對繩索取芯鉆桿自身的強度進行嚴格檢查。從國內(nèi)鉆桿生產(chǎn)廠家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沒有指出鉆桿應(yīng)用時的額定深度，所以鉆孔之前的鉆桿柱強度檢查是必不可少的，只有這樣才能保證深孔巖心鉆探順利進行?；诖?，筆者認為可根據(jù)鉆桿壁實際厚薄情況、強度等因素來確定，厚度、螺紋形狀以及材質(zhì)的不同，會導(dǎo)致取芯鉆具存在著較大的差異性，所以建議廠家將傳統(tǒng)的取芯鉆桿進行分類生產(chǎn)，即分成普通型、薄壁型以及高強度型取芯鉆桿，以確保能夠適應(yīng)各種類型的深刻巖心鉆探需求。鉆探部門從鉆桿管體、接頭材質(zhì)、螺紋形狀以及管壁厚薄和連接強度等方面進行合理的選擇。在鉆探施工過程中，根據(jù)標準和要求，下鉆過程中的上扣預(yù)緊扭矩比普通狀態(tài)下的鉆進扭矩要大一些，一般在20%左右。鉆探施工過程中，鉆桿擰卸采用的是人工方式，其具有勞動強度大等特點，所以建議進一步可推廣液壓吊鉗方式，這樣不僅可以有效保證預(yù)緊扭矩，而且還能夠有效降低勞動強度。

第四，鉆頭與擴孔器。深孔巖心鉆探過程中小，為了能夠有效提高巖心鉆探質(zhì)量和效率，回次進尺以及提鉆之間的間隔應(yīng)當保持一定的距離，選用使用壽命比較長、性能較好的鉆頭以及擴孔器，比如高胎體鉆頭等。近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，金剛石鉆頭工作層高度也在不斷的增加，提高鉆頭應(yīng)用壽命勢在必行。

結(jié)語：深孔鉆探技術(shù)是一種可從地下獲取巖礦樣品實物的勘查技術(shù)手段，因此應(yīng)當加強重視和技術(shù)創(chuàng)新，只有這樣才能確保鉆探質(zhì)量和效率，才能確保我國深孔鉆探事業(yè)的快速發(fā)展。

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