Uwhhhq岩芯钻探不同钻进工艺技术经济

秋风清，秋月明,落叶聚还散,寒鸦栖复惊。

岩芯钻探不同钻进工艺技术经济

摘要：我总队在黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区，进行的岩心钻探中，根据该矿区地质地层情况，岩性和岩石硬度，岩石的研磨性及完整程度，采用了多种岩芯钻探工艺，取得了不同的技术经济效果。通过对该矿区岩芯钻探不同的钻进工艺进行技术经济分析，为今后在不同的矿种进行岩芯钻探，达到最佳技术经济效果，提高岩芯钻探效率，降低岩芯钻探成本，提高经济效益，可供借鉴。

关键词：岩芯钻探工艺；岩芯钻探效率；质量和成本；技术经济分析

一、黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区地质概况

矿区地层

该矿区出露下元古界麻山群西麻山组及柳毛组和第四纪（Q4）松散堆积物。在下元古界麻山群西麻山组[Ptix]的主要岩性有：灰黑色云母片岩；红柱云英片岩及二云石英片岩等。在柳毛组[Ptilm]主要岩性有：下部为透闪白云石大理岩和绢云石英片岩层等；中部为大理岩层等；上部为绢云石英片岩，大理岩层等。新生界第四系（Q4）全新统广布于矿区。残坡积层和冲积层，广布于本区。有腐植土，褐色亚粘土，砂砾石，大理岩和绢云石英片岩碎石组成。

矿区常见的岩石类型

大理岩和硅质大理岩；透闪白云大理岩；石英含量占5%---20%。岩石硬度为可钻性Ⅴ级～Ⅶ级；中等研磨性。绢云石英片岩；石墨片岩；石英含量占30%---70%。岩石硬度为可钻性Ⅷ级～Ⅹ级；强研磨性。云母石英片岩；花冈伟晶岩等；石英含量占70%以上。岩石硬度为可钻性Ⅸ级～Ⅹ级；强研磨性。

二、岩芯钻探钻进工艺的选择

根据黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区各类岩石的特性，在四年的岩芯钻探施工期内，逐步采用了五种钻进工艺；基本满足了该矿区地质对岩芯钻探的技术要求，取得了良好的技术经济效果。有的钻孔覆盖层较厚，约米，有的钻孔地层岩石岩性变化频繁，软、硬互层。岩石硬度变化大，在Ⅲ级～Ⅹ级之间。有的钻孔地层花岗岩脉侵入，造成大理岩矿体支离破碎，岩石的完整度差；给岩心钻探施工增加了难度。因此，针对上述地层地质条件，先后选择的钻进工艺有：∮75毫米～∮150毫米大口径硬质合金钻进工艺；∮56毫米小口径金刚石钻进工艺；TK—54型金刚石液动冲击回转钻进工艺；S59毫米绳索取芯钻进工艺；TK60S 绳索取芯液动冲击回转钻进工艺。

三、各种钻进工艺的性能及适用范围

∮75毫米～∮150毫米大口径硬质合金钻进工艺。这种钻进工艺适用于Ⅰ～Ⅵ级、部分Ⅶ级软—中硬，弱研磨性地层；第四纪(Q4)覆盖层。

∮56毫米小口径金刚石钻进工艺。这种钻进工艺适用于Ⅳ～Ⅻ级中硬—坚硬，弱到中研磨性地层。其特点是：对于岩石硬度，适用范围广；在较完整地层，岩矿芯采取率高（90%以上），岩矿芯完整程度好。相对于大口径硬质合金钻进工艺，钻孔直径较小，有利于钻进效率提高和钻孔壁的稳定。

TK—54型小口径金刚石液动冲击回转钻进工艺。这种钻进工艺适用于Ⅶ～Ⅻ级硬—坚硬，弱到强研磨性地层。其特点是：对于硬度大、强研磨性地层，相对于56毫米小口径金刚石钻进工艺，钻进效率高。是克服坚硬“打滑”岩层的一种有效的钻进工艺。同时又克服了钻进较破碎岩层的岩芯堵塞。提高了纯钻进和回次进尺时间。提高了纯钻率和钻进效率，

降低了单位成本。

S59毫米绳索取芯钻进工艺。是在小口径金刚石钻进工艺的基础上发展起来的一种钻进工艺。这种钻进工艺的特点是：在正常钻进情况下，可以不提钻采取岩矿芯；提高了纯钻时间和减少了辅助时间。纯钻率可达35%～50%以上。有利于复杂地层和破碎地层的孔壁稳定，减少孔内事故。同时也减轻了工人的劳动强度。特别是在中、深度以上钻孔（即：200米以上的钻孔），更显示出了它的优越性。

TK60S绳索取芯液动冲击回钻钻进工艺。这种钻进工艺是在S59毫米绳索取芯钻进工艺基础上发展起来的。其特点是：克服了S59毫米绳索取芯钻进工艺在坚硬“打滑”岩层(岩石硬度可钻性在Ⅸ级～Ⅻ级的地层)回次间隔时间短，小时效率低，单位成本高的弱点。是目前较为先进的和理想的一种钻进工艺。特别是在中、深度以上钻孔坚硬“打滑”岩层钻进时，更显示了这种钻进工艺的优越性；具有广阔的发展前景。

四、不同钻进工艺钻进效率、钻孔质量和经济分析

（一）大口径硬质合金钻进工艺

在黑龙江省林口县大盘道大理岩矿区，第四系（Q4）覆盖层广布于该矿区，最厚达米。有腐植土、褐色亚粘土、砂砾石、大理岩和绢云母石英片岩碎石组成。地层破碎、裂隙发育；孔壁不稳定，坍塌掉块现象严重。当钻进到大理岩矿层时，脉岩侵入较多；岩层不完整；局部岩层岩石硬度较大。从技术经济角度，在这类地层采用了大口径硬质合金钻进工艺。施工中采用高固相（＞4%）、黏度较大的优质泥浆；在冲洗液漏失较严重地层，配以单层或多层不同级别套管辅助使用，较为顺利地钻进这类地层。另一方面，在这类地层钻进，岩矿芯采取效率、钻孔质量和钻进效率受到影响。为了提高钻进效率（台月效率）和保证钻孔质量（钻孔质量六大指标），选择与所钻地层相适应的钻进参数是关键。根据该矿区上述地层，所选用的钻进参数如表3—1：

大口径硬质合金钻进参数表3—1

通过四年工期的钻探施工，表3—1中的钻进参数，基本是合理的。台月效率和钻孔质量逐年提高。施工期内大口径硬质合金钻进台月效率见图3—1：

根据统计资料，平均台月效率第一年为：米/台月；第二年为：米/台月；第三年为：米/台月；第四年为：米/台月。钻孔质量（六大质量指标）为：在该矿区共完成钻孔27个；一级甲孔率为%，一级乙孔率为%，二级孔率为%.综上所述，台月效率和钻孔质量偏低。主要原因：一是此种钻进工艺特性所致；二是受所钻地层岩石岩性决定。硬质合金（YG8）这种碎岩材料，受其硬度和强度所限，只能钻进Ⅶ级硬度以下的岩石。在第四纪复杂破碎地层钻进，钻头硬质合金易磨损和崩刃；导致切削岩石速度降低、小时效率低；统计资料表明：最低平均小时效率为米/小时；最高平均小时效率为米/小时。进而影响台月效率。

大口径硬质合金钻进钻孔质量经济分析

钻孔质量偏低，一级甲孔率仅为%。钻孔六大质量指标之一，岩矿芯采取率；它是评价钻孔质量主要指标；规程要求大于75%。在第四纪覆盖层、地表破碎岩层和Ⅶ级以下岩层钻进时，一般采用无循环水干钻或投卡料采取岩芯。由于机械振动和岩矿芯相互磨耗（磨耗比大），导致岩矿芯采取率常低于75%，达不到质量要求。该矿区完成的主要经济指标为：四年工期累计完成钻探工作量为2,米；总费用为355,元；平均单位成本为元；平均单位材料成本为元。材料成本占单位成本%（通常合理占比为20%～25%）。影响成本比率主要是研磨材料（硬质合金钻头）和油燃料。在该矿区共使用了999个合金钻头；平均钻头成本为元