深孔钻探技术

深孔钻探技术选择与施工细节

目录

第一章设备管材选择

第二章钻孔结构选择

第三章冲洗液的选择

第四章施工细节

第一章设备管材选择

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：

立轴钻机与液压钻机总体比较

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。

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。

案例：伊犁新源县，磁异常查证孔ZK001，使用的是HXY-8钻机，标注的钻进深度可达3000米，在提升负荷超过10吨时，出现了刹把轴承支架断裂，单独用刹车刹把刹不住车的现象，后来调整刹车间隙后，左右两个刹把同时使用才能刹住车。

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

一．表1 几种钢材的性能参数对比表

几种常用钻杆的最大钻进深度

钻杆推荐使用深度=(0.75~0.8)×钻杆最大可使用深度案例:在鄯善县沙尔湖煤田勘探中,同一矿区,两个钻孔相距2km,同样的设计孔深,一个钻孔使用的是普通国产钻杆,钻进至600米处,反复断钻杆,由此引发复杂的孔内事故,另一个钻孔使用的是墩粗钻杆,没有出现一次断钻杆事故，并且顺利终孔。

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。

第二章钻孔结构选择

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。

第三章冲洗液的选择

3.1松散地层泥浆案例

1.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。

2.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。