承德M24矿区深孔钻探钻进参数的选择分析

钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术研究

文章首先对钻探机组钻进参数及钻进资料的重要性进行了阐释，然后对钻探机组钻进参数的控制方式做了相应的介绍，最后详细探讨了钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术。

标签：组钻进参数 钻进资料 计算机管理技术

0前言

随着核电发展对核燃料需求的日益增长，国家在不断加大了对铀矿地质勘察的投入，面对日益增加的钻探生产工作量，如何提高钻探效率和钻探工程质量，减少钻孔孔内事故（烧钻、断杆、假循环）的发生是我们需要面对和解决的关键问题，因此钻探机组钻进参数及钻进资料计算机管理技术在钻探生产中起到关键性的作用。

1钻探机组钻进参数及钻进资料的重要性

长期以来钻探施工是采用机械回转冲击等方式完成碎岩工作，并将地层深部岩样取出地面，在机械碎岩过程中其通过数百米钻杆、钻具及加压回转和冲洗液来完成，这一过程对设备参数有极高的要求，另外由于破碎对象复杂多变，这一过程不能用一个恒定的参数来完成。因此要求参数能够实现明确指示，方能高效安全高质量完成这一过程，反之则会出现各种事故。总体上来说，各种参数要求比较广泛，由于受机械及检测技术的限制，各项参数无法给操作人员明确指示，因此对钻孔内的安全及岩样的质量都有着不同程度的影响，重则造成钻孔报废。因此提出采用可编程控制器为主导控制技术，对钻探工程中的钻进参数及钻孔压力自动控制的技术研究具有主要的现实意义和经济效益，不仅可以在定量的台月内完成生产任务，提高钻探生产效率，降低生产成本，同时可以自动检测钻探机组各项运行参数并明确显示和越限报警，有效地预防钻孔孔内事故和钻探设备事故发生。

2钻探机组钻进参数的控制方式

2.1钻进压力实现的技术方法

根据HXY-1500型钻机液压系统主泵是一个变量双联单泵，主阀组是一个中位闭心结构、带有流量自动控制阀和压力补偿阀的多路阀，作业时可检测出负载压力，使泵的供油压力始终高出负载压力一个很小的压差，操纵先导阀改变主阀阀口开度，泵能自动调节并输出与负载速度要求相适应的流量，而与负载大小无关等特点，实现泵的输出功率与负载需要的最佳匹配等特点。

２０１１年第２３期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ｏ科教前沿０　科技信息　深部找矿钻探地层特性分析　于建国　（宁夏地球物理化学勘察院宁夏银川　７５０００４）　【摘要】地质工作是经济和社会发展重要的先行性基础工作，地质找矿则直接为经济和社会发展提供资源保障和物质基础。随着我国经　济和社会的持续快速发展，工业化和城镇化进程的加快，对地下矿产资源的需求和消耗逐年增加，使矿产资源紧缺的供需矛盾日益突出，矿产　资源的供给和保障问题已成为制约国家建设和国民经济发展的“瓶颈”问题。　【关键词】地质工程；资源保障；矿产资源；地应力；地质构造；岩层特性；复杂地质　０引言　资料表明：我国多数矿山的勘查深度一般在５００ｍ以浅．而相当　一部分危机矿山的深部和外围存在着许多未经充分勘查的成矿远景　区，深部找矿潜力巨大。危机矿山接替资源找矿试点项目取得的阶段　性成果和最新的成矿理论也表明在我国大陆深部蕴藏着潜力巨大的　矿产资源。　１　深部找矿钻探地层特性概述　深部找矿钻探的对象是由浅至深的各类地层（包括矿层）。地层即　组成地壳的岩层，是由岩石组成．岩石是由各种造岩矿物组成．是钻进　时钻头破碎和取心的对象。岩石的物理力学特性、化学特性以及结构　形态对钻探施工有着直接的影响。各类岩石的物理力学性质和化学性　质由岩石中矿物的化学成分和性质决定，如岩石的强度、硬度、弹性、　塑性与脆性、研磨性、水溶性、水化性等；各类岩石的结构形态，如裂　隙、层理、片理、节理发育和破碎程度等都与地层的形成和构造运动有　着密切的关系。因此，岩石的物理力学特性、化学特性以及结构形态是　进行钻探施工时确定钻孔结构、选择钻进方法、选用碎岩工具和确定　合理钻进规程参数的重要依据　深孔钻探所钻穿的地层种类多．地层复杂．涉及多个地质年代所　形成的地层．无论从地层类型、岩性、结构形态、力学特性、复杂程度，　还是地层压力、内部应力等都具有其特点。因此。必须首先对地层情况　进行具体研究，特别要对复杂地层进行深入研究，采取相应的对策。　根据成矿理论和相关资料（超深钻和个别超深开采矿床）认为．矿　床可以形成于比传统所认为更大的深度空间．热液成矿作用的下限可　以下降到ｌＯｋｍ以下　而矿床形成的垂直范围则与矿床类型有关。矿　床形成的深度和垂直范围由浅到深．由小到大的顺序大致为：浅成热　液矿床一中高温热液矿床一斑岩矿床一矽卡岩矿床一伟晶岩矿床一　中温脉状金矿床。其中，与上述矿床有关的成矿母岩：矽卡岩浅成相至　中深相在？ｌ～１５ｋｍ？区间形成　而绝大部分伟晶岩特别是花岗伟晶岩是　在２ｋｉｎ至１６　２０ｋｍ区间形成。我国目前深部找矿重点是第二找矿空　间．深度一般在２．５ｋｍ以浅。　２深部找矿钻探地层特点　２．１钻遇地层类型多　深部找矿钻探与以往浅部钻探相比．是向地壳深部的进一步延伸　和探索．必须首先完成浅部地层钻进后．才能继续进行深部地层钻探，　因此钻遇的地层类型多．往往涉及更多、更古老地质年代所形成的地　层。如济宁铁矿。在过去所进行的钻探中，仅钻遇长清群、九龙群和马　家沟组的灰岩、白云岩以及少部分硅质绢云千枚岩等。进行深部找矿　钻探．除钻穿上述地层外．还必须继续钻进济宁群变质岩一绢云千枚　岩、绿泥绢云千枚岩、板岩以及变质火山岩夹磁铁石英岩等。　２．２地层复杂　深部找矿往往在受地质构造影响的区域进行．尤其是金属矿．如　金、银、铜、铁等大多受地质构造控矿因素的影响，矿层及其顶底板附　近地层较复杂，地层一般经过多次复杂的构造运动，断层、解理和破碎　带发育，多为不稳定地层，既有松散、破碎、裂隙、岩溶等力学不稳定地　层，也有页岩、泥岩等遇水不稳定地层，即水敏性地层。还有各种漏失　地层和坚硬、弱研磨性打滑地层等。尤其是深孔钻探．施工周期长，地　层被钻穿后裸露的时间长．易造成孔壁失稳：遇坚硬打滑地层。钻头寿　命和回次进尺短，提下钻及打捞岩心辅助时间长，影响钻探效率。　２．３地层多为硬岩　从地层结构来看，一般上部为第四系、新近系等松散地层，下部为　基岩地层。与浅部找矿钻探相比。深部找矿钻探钻穿上部同样的松散　地层及浅层基岩，下部继续钻进多为硬岩。金属矿产钻探基岩地层多　为６级以上岩石。　３深部找矿钻探技术特点　３．１钻孔结构复杂　深孔钻探。由于钻遇的地层种类较多。地层相对复杂，因此，一般　采取多级孔径设计．开孔及上部孔径加大。钻孔直径的增大会造成地　层侧压力的增加．对于松散破碎且倾角陡斜的地层。孔壁的稳定性变　差，不稳定的岩石就会向孔内滑落和坍塌。因此，在可能的情况下，应　尽量减少孔径级数．缩小钻孔直径。　３．２护壁堵漏难　金属矿床多为构造破碎带控矿。进行深部找矿钻探，区内大多裂　隙发育．地层破碎。几乎所有的钻孔都要穿过断层和破碎带。硬、脆、　碎、酥、漏是多数矿区地层的特点。大裂隙发育的地方常发生贯通性的　孔段全漏失：小裂隙多而密集的地方常遇部分漏失或全漏失；疏松地　层大部分发生渗漏或部分漏失。多数钻孔是漏失、坍塌、掉块并存，多　层位坍塌、掉块，给护壁带来困难，大量漏失又使冲洗液护壁难度加　大，尤其是深孔、斜孔．施工周期长。地层被钻穿后裸露时间长，易造成　孔壁失稳，护壁堵漏就更加困难。用水泥护壁，保持时间短，对泥质、粘　土质多的地层效果不佳．往往不能适应深孔施工周期长的要求；用多　级套管护壁效果较好．但是会使钻孔结构过于复杂，套管越深回收越　困难．增加钻探成本．经济性差。　３．３钻探效率低　硬岩钻进受地层复杂、裂隙发育、岩石破碎、坍塌、掉块、漏失等不　利因素的影响．钻进困难。特别是坚硬破碎可钻性９—１２级岩石（如硅　质岩、变粒岩、赤铁矿等）和结构致密、弱研磨性的打滑地层（如细粒弱　研磨性石英岩、高硅化结构致密的砂岩等），钻进就更加困难，不仅钻　进效率低，而且钻头寿命和回次进尺短，给深孔钻探带来更大困难，提　下钻和打捞岩心等辅助时间都大大增加．降低了钻探效率。　３．４防斜治斜难　受地质构造的影响．金属矿区地层多数倾角较大，特别是地层较　硬．软硬互层多．层理、片理发育，岩石不均匀和各向异性明显，给深孔　钻探防斜带来很大难题。从目前研究成果和实钻经验来看，硬岩钻进，　地层因素是孔斜的主要原因。对于深孔钻探而言，重要的是因地制宜，　从改进施工设计、钻探工艺等技术方法人手，辅以常规的防斜、治斜措　施加以解决。或掌握并利用矿区孔斜规律，采用定向钻探。　３．５操作难度大　目前．深孑Ｌ钻探主要采取金刚石ｗＬ钻进。为提高钻杆螺纹强度，　将接头镦粗．使钻杆与孔壁之间、内管与外管之间间隙进一步减小，压　力损失大．泵压高，开泵、停泵时容易产生压力波动。当钻遇漏失和涌　水地层．压力波动会更大。此外，升降钻具过程中所引起的抽吸力和挤　压力也会产生波动．升降钻具速度快．钻具与孔壁间隙越小，冲洗液粘　度和切力越大．压力波动越大。　４结束语　深部找矿钻探所钻遇的地层多以基岩为主。层理、节理、裂隙发　育，常遇破碎带，多为不稳定地层，既有松散、破碎、裂隙、岩溶等力学　不稳定地层，也有页岩、泥岩等水敏性地层，还有各种（下转第３２４页）

煤田勘探深孔施工技术

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煤田勘探深孔施工技术

在煤田地质勘探中，孔深超过800m的孔就叫深孔。随着煤炭资源需求量的不断增大，浅部资源日益枯竭，这就要求我们增大对煤层煤炭资源勘探的力度。深孔施工作业，最根本的技术措施就是提高纯钻进时间，增加钻头进尺，使用好泥浆（钻井液），加强孔壁维护，增加孔壁稳定性，缩短施工周期，提高钻进效率，实现安全、优质、高效的钻探目的。

1、深孔钻探施工技术设计

深孔钻探投入较大，地质期望值较高，要保证整个钻孔达到设计目的，必须有一套完整的施工技术方案，即按钻孔编制《单孔施工组织设计》。设计包括矿区地层条件和岩石的物理机构性质，设备与动力的选择，钻探机具与钻进方法的选择，钻孔结构与技术套管设计，冲洗液与钻进参数，质量与安全措施，效率与施工进度设计，施工组织与管理。

2、钻孔结构与钻孔口径

根据地质设计要求，首先确定钻孔的终孔孔径，再依据地层的复杂程度，采用的冲洗液类型、扩孔方法、工艺技术，按照经济实用的原则，确定钻孔的孔身结构。

总之，深孔施工的钻孔结构，要力求简单。开孔钻进过表

3 土或风化层到基岩后，下Φ146或Φ168×7.35的套管，作为孔口管，其孔口管应使用反丝扣联接，以防止在钻进中被钻具打脱扣。然后，力争一径到底，一般孔径选择Φ110或Φ91，有特殊要求的钻孔除外。

钻孔结构简单，可以使钻井液上升速度均匀，减少流速的变化，避免换径时发生孔斜，有利于保护孔壁，加速岩粉排除。

3、钻头的选用

在钻头使用上，除了要注意根据岩层的特点，选用适岩钻头外，深孔作业主要是注意钻头的镶焊质量，力求钻头的内外出刃一致，底出刃应要求平齐。在选择钻头型号时，要注意其耐磨性，增加钻头在孔底的工作时间，以利于提高钻进效率。

4、加强泥浆管理，充分发挥泥浆的扩壁作用

提高泥浆质量，充分发挥泥浆的扩孔作用，是深孔钻进中特别关键的问题。深孔钻进中经常出现的砂质岩翻孔，卡埋钻具等事故，除操作不当等原因外，关键问题是没有管理好泥浆。实践证明，泥浆使用的好，深孔可不下或少下套管，一径安全到底。

１４　探矿工程（岩土钻掘工程）　２０１２年第３９卷第３期　

大口径深孔钻具选用原则及建议　

王振志，李艳丽，李晓晖　

（石家庄探矿机械厂，河北石家庄０５００８１）　

摘要：为了适应深孔钻探的需要，减少孔内事故的发生，阐述了深孔钻具的选用原则，对钻铤、钻杆、转换接头、方　钻杆的选用方法进行了具体介绍，并就经常遇到的钻柱切口问题、临界钻压和转速问题提出了建议，为施工单位进　行合理的钻具选用和组合提供了参考。　关键词：深孔钻具；钻杆；钻铤；方钻杆；转换接头　中图分类号：Ｐ６３４．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２０１２）０２—００１４—０５　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｔｏｏｌｓ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｌａｒｇｅ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ　Ｂｏｒｅｈｏｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ／ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎ—ｚｈｉ，ＬＩ　Ｙａｎ—ｌｉ，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｈｕｉ（Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｏｏｌｓ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｄｏｗｎｈｏｌｅ　ｔｒｏｕｂｌｅ；ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｒｉｌｌ　ｃｏｌｌａｒ，ｄｒｉｌｌ　ｐｉｐｅ，ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｊｏｉｎｔ　ａｎｄ　ｋｅｌｌｙ；ａｎｄ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ　ｍｉｌｌｉｎｇ　ｋｅｙｗａｙ　ｉｎ　ｄｒｉｌｌ　ｓｔｒｉｎｇ，ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｈｏｌｅ　ｄｒｉｌｌ　ｔｏｏｌ；ｄｒｉｌｌ　ｐｉｐｅ；ｄｒｉｌｌ　ｃｏｌｌａｒ；ｋｅｌｌｙ；ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｊｏｉｎｔ