地勘行业特有工种职业技能考核鉴定论文（技师、高级技师）题目：深孔钻探技术选择与施工技术探讨姓名工作单位申报工种工程地质工程施工钻工申报等级技术工一级联系电话提交时间 2017 年 6 月 7 日地勘行业特有工种职业技能鉴定站制深孔钻探技术选择与施工技术探讨摘要：根据近几年的现场施工，全液压钻机的使用数量越来越多，同时也出现了不少问题，主要是运行成本较高，部分液压钻机运行时漏油严重，加油如加水。
国外的一些液压钻机，维修的零部件不好配备，维修周期长。
总体而言，全液压钻机正走在技术成熟售后完备的路上，因此全液压钻机的占比不应太高。
待技术成熟后，再提高全液压钻机的使用数量较为合理。
关键词：深孔，设备，钻孔结构，冲洗液1 设备管材选择1.1具备1000米以上施工能力的钻机（1）国产立轴式钻机：XY-5、XY-6、XY-8、HXY-9B。
（2）国产全液压钻机：YDX-3、YDX-1800、HYDX系列、XD-5、XD-6、FYD-2200。
（3）进口全液压钻机：LF-70、LF-90、LF-230、CS1000P6L。
钻机总体性能评价：在深孔施工中，钻机的最大钻进深度要超过设计孔深20%以上，甚至更高，以备出现孔内事故，要超负荷运转。
另一个原因，目前国产深孔钻机技术尚不成熟，标注的最大钻进深度与实际钻进深度有一定差距。
1.2管材为了满足深孔及复杂破碎地层钻进取心需要，将钻杆体两端墩粗方式来提高钻杆整体强度及寿命，钻杆抗拉强度提高47.6%。
抗扭提高50%以上。
优点是减少材料消耗及钻杆重量。
内加厚适当减少岩心径，可以减少钻头刻取面积、孔内扭矩、功率消耗。
目前已大面积推广应用，并取得了较好的综合应用效果，深度超过2000m。
但由于材质本身及加工精度等问题，还有需要改进提高的余地。
在钻杆材质方面，我国以往走入了误区，只考虑了钻杆各强度和刚性，忽略了钻杆在钻孔复杂的受力及柔性，从国外钻杆的静强度、钻杆螺纹根部的壁后、应用效果看，钻杆具有良好的柔性、较好的同轴度、螺纹加工精度对防止钻杆折断具有重要的影响。
我国钻杆的静强度比国外高的多因此，“863”项目2000米深孔绳索取心钻杆钻杆重点解决钻杆材质、热处理工艺及加工精度等问题。
（1）优选进口Q系列钻杆。
（2）选择国内45MnMoB或XJY850高强地质管材。
（3）选择唐山金石、无锡钻探工具厂等知名厂家产品。
（4）几种国产钢材性能参数对比表（见表1）钻杆推荐使用深度=(0.75~0.8)×钻杆最大可使用深度表2 几种常用钻杆的最大钻进深度1.3 机具（1）优选进口Q系列钻具。
（2）推荐使用唐山金石产品。
（3）夹持器：推荐使用唐山金石BS75-J型自重式木马夹持器或中国地质装备公司SQ114/8型绳索取芯钻杆液压钳。
2 钻孔结构选择钻孔结构的繁简取决于地层岩性和技术水平。
吸水膨胀、松散、破碎、坍溻、掉块、涌水、漏水等复杂地层多。
则套管层数和换径次数多，钻孔结构复杂。
反之，则钻孔结构简单,在少数情况下甚至可一径到底,另外，如技术水平高有些复杂地层通过采用适当的冲洗液,改善冲洗液性能及其他先进的护壁、堵漏措施。
也可不下套管,因此应尽量采用先进技术，以简化钻孔结构。
钻孔结构的繁简既要考虑经济因素，也要考虑安全钻进。
从经济的观点看，套管层数多，开孔直径大，钻进效率低，成本高。
因此简化钻孔结构可降低成本,节约开支.但钻孔结构过于简化,有些复杂地层孔段未下套管,又未采取合理的技术措施,因而可能导致孔内事故,机械事故和人身事故。
综上述.设计钻孔结构的原则是,在保证安全生产的前提下,尽量简化钻孔结构。
设计钻孔结构时,首先应考虑全孔各复杂地层的钻进技术措施,确定套管层数和换径次数。
然后根据地质人员要求的终孔直径,自下而上确定各孔段的直径和长度,为了安全一般留有一级备用直径,即开孔直径增大一级地层的复杂性客观决定了需要下几层套管，每层套管的口径是多少？每层套管下多深？深孔孔深结构设计力求拿出既安全又经济的下套管优化方案。
套管口径常规系列：173/168、150/146 、130/127 、110/108 、91/89 、75/73 mm，套管壁厚 8.00～ 3.75 mm。
案例1：新源县设计孔深2000米的磁异常查证孔，钻孔结构一开是Φ150 mm，钻进30米处，设计二开用Φ122 mm的绳钻钻具，由于上部卵砾石层厚，且并不知道深度，施工中常出现轻微卡钻和钻具放不下去等孔内事故，分析原因后，根据实际情况，客观地将Φ150 mm 牙轮钻头+Φ122mm的钻杆作为穿越卵砾石层的钻具组合，这样在没有下Φ150mm套管的情况下，钻进至680米，穿越卵砾石层，在硬质泥岩层下入Φ114mm套管，改Φ95mm钻具继续钻进。
设计Φ95mm钻具穿越第四系至基岩，下Φ89mm套管，改Φ75mm钻具钻进至终孔。
3冲洗液的选择3.1松散地层泥浆案例施工地段从上到下依次为素填土、砂质粘土、粉砂、粉细砂、粉砂夹粉质粘土、粉砂粘土、淤泥质粉砂粘土。
由于穿越地层孔壁稳定性较差，易坍孔，且中部的淤泥质粉质粘土土性软，承载性质差，易缩径。
配方一： 6%土+1‰Na2CO3+ 1‰NaOH+ 3‰CMC+0.3‰润滑剂（或万用王），马氏漏斗粘度控制在60～80s，密度1.06g/cm3。
配方二：7％土＋4％（土重）纯碱＋0.4％CMC＋0.4％LG＋0.03％XC。
主要性能指标：马氏漏斗粘度是50～70s，失水量是11.5ml。
自上而下地层分布为第四系粉砂质粘土、砂砾石层、粘土层、第三系杂色粘土、砂砾石层、下部为红砂岩及胶结性不好的卵砾石层、泥岩、粉砂岩、灰岩及炭岩。
第三、第四系厚度达700m左右，极易遇到缩径、超径、坍塌和掉块等孔内复杂情况配方:6%土＋Na2CO3＋2%LG植物胶＋0.4％CMC；3.2溶蚀性地层泥浆溶蚀性地层以氯化钠盐层最为典型，其他还有钾盐、石膏、芒硝、天然碱等。
这类地层又称为水溶性地层，它遇到钻井液中的水，就会发生溶解，使钻井井壁溶蚀掉，其结果经常导致井眼超径、垮塌。
对付水溶性地层，主要从两方面入手解决：一是降失水，其原理和方法前面已经介绍过；二是降低钻井液对地层的溶蚀性。
在泥浆中加入与地层被溶物相同的物质，使溶解度趋于饱和，就是常用的治理溶蚀的方法。
例如在岩盐中钻进，采用盐水泥浆作为钻井液，防塌效果良好。
盐水泥浆是粘土悬浮液中氯化钠含量大于1%，或用咸水（海水）配制的泥浆,先用淡水制备分散性泥浆，然后加盐转化为盐水泥浆；由于膨润土和普通粘土在盐水中不易分散，故配浆困难。
为此，对于用盐水或海水直接配浆，宜用抗盐粘土如凹凸棒土、海泡土等。
配方:1m3泥浆＋CMC25kg＋OP型乳化剂 4.5kg＋十二烷基磺酸钠4.5kg＋皂脚10kg＋洗衣粉2.5kg＋NaCl 325kg＋柴油53kg＋废机油5kg。
泥浆性能为比重1.21，漏斗粘度34s，失水量4.4ml，泥皮0.3mm，塑性粘度21mPa·s，动切力2.75Pa，pH值8。
普通盐水泥浆：配方一：3%预水化土+3%NaCl+2%KCl+1.5%DFD+0.3%PLUS配方二：3%预水化土+3.5%NaCl+3%KCl+2%DFD+0.4%PLUS硅酸盐钻井液：1.腐植酸-低硅酸盐钻井液配方：密度1.5的水玻璃40-80L+密度1.04NaCl水溶液+硬度低于7meq的水720-840L。
性能：密度1.03g/cm3,粘度16-18s,虑失量5-8ml/30min,泥皮厚度1mm。
2.Na-CMC-低硅酸盐钻井液用于坍塌含高化矿度水的地层。
配方：Na-CMC—NaCl—硅酸盐2%-5%—稀释剂（硅酸盐必须逐步加入）3.PAN-低硅酸钠钻井液用于含盐地层和一般地层PAN-低硅酸钠无粘土钻井液或PAN-低硅酸钠低固相钻井液4.淀粉-低硅酸钠钻井液用于含盐地层，泥页岩地层。
选择性加入Na-CMC和木素磺酸铬等处理剂提粘。
5.乳化-低硅酸钠钻井液用于任何含盐地层粘土26%+硅酸钠8%+Na-CMC-600+石油或柴油7-12%+表面活性剂+消泡剂。
加重泥浆：典型配方案例1—河南正阳某地质钻探，钻遇大段高压流塑土层，提钻后该段软土快速向孔内涌缩，无法继续钻进。
配方：1m3水+30㎏预水化膨润土+3㎏XC+400-500㎏重晶石粉(800目)+15㎏CMC(或LG或DFD)性能:表观粘度32 mPa·s,失水量9 ml/30min,PH值9,比重1.34 注:为实施加重钻井液方案,首先采用脲醛树脂水泥球技术将上部的裂隙漏失带封堵掉,以防止加重钻井液压漏上部地层。
典型配方案例2—贵州某煤田钻探。
钻至450米处，遇到高压水的裂隙岩溶地层，孔口涌喷量达55 m3/d。
配方：1m3水+50㎏膨润土+10-20㎏PAM+30-50㎏CMC+20-30㎏KP 共聚物+250㎏重晶石粉。
泥浆性能：比重1.5，粘度35-45S，失水量7 ml/30min，PH7.5. 注：加重泥浆处理后，没有涌水现象。
典型配方案例3—新疆伊犁盆地核工业地质局某矿区砂砾层止涌。
配方：1m3水+200㎏重晶石粉+50㎏膨润土+5㎏CMC+3㎏纯碱+6㎏腐植酸甲泥浆性能：比重1.4-1.5，粘度35-45s，失水量5-10ml/30min.泡沫泥浆：钠土4%+CMC0.2%+PHP200ppm+DF—1泡沫剂0.1%密度=0.55—0.85Kg/LNa-CMC（钠羧甲基纤维素）泥浆1.钠土6-8%+纯碱5-6%+Na-CMC1-2%泥浆性能：比重1.03~1.07，粘度25~35s，失水量小于12ml/30min，pH值约9.5。
4 施工技术防斜措施：直径为89mm 的钻杆及钻具，防斜性能较好，钻杆的同心度和刚性都较71mm的钻杆要好，另外，当孔深时，89mm钻杆的自重就有一定的保直作用。
如何使71mm钻杆及钻具具有良好的防斜作用，是小口径钻进的难题。
技巧一：如果地层较完整，在71mm的钻具上方3米左右处多加一个钻杆扩孔器，有助于小口径钻进的保直防斜。
技巧二：通过降低压力，适当提高转速并控制班进尺，并且泵量不易过大。
可以起到防斜的作用。
5 结论深孔钻探施工必须做好前期准备工作，做好施工设计，做好地层调研，准备合理的冲洗液体系，设计合理的钻孔结构，储备好事故应急措施，确保整个施工工程的顺利实施。
参考文献：[1] 张春波，刘峰. 中国绳索取心钻探技术现状及展望[J].探矿工程（岩土钻掘工程），1996，（4）:47-49.[2] 王正浩.绳索取心技术在陕西彬长矿区杨家坪井田煤层气勘探中的应用[J].中国煤田地质，2010，22（增刊）：126-163.[3] 王胜，陈礼仪，张永勤. 无固相低温钻井液的研制——用于青藏高原永冻层天然气水合物的钻探[J].天然气工业，2009，29（6）: 59-62.[4] 许贡，丁团峰，石奎，祁双虎.煤层气井堵漏技术[J]. 吐哈油气，2005,10（1）: 54-56.[5] 鲁玉庆.对煤田钻探绳索取芯钻进工艺的探讨[J].煤炭技术，2008,27（4）：46-48.9。