深孔钻探方法与深孔钻探的技术问题

随着国内外地质勘查技术的不断发展，钻探效率、钻进深度的要求不断深入，深孔钻进的技术问题也成为摆在我们面前的新课题。
小探以胶东地区黄金地质勘查为例，给大家温习一下深孔钻探的钻进方法。
咳咳，讲重点啦，别走神~。
一、钻孔结构
深孔钻进采用金刚石绳索取心工艺,三径成孔,即以ф91口径开孔,下入ф89孔口管后,以ф76S工艺钻进通过破碎带及断层泥,再下入ф73套管后换径,最后以ф59S口径钻进至终孔。

二、金刚石钻头与扩孔器
在招平断裂带深孔钻进中，由于地层破碎、坍塌、断层泥缩径,造成环状间隙小、流速大、泵压损耗大、液流不畅、泵压偏高或蹩泵,导致无法正常钻进；且在下入和起拔超深套管时，易造成下入不到位,起拔时易拉断等问题。

在实际工作中,我们采用加大外径的钻头和扩孔器的方法：钻头外径由原来的ф75增加到ф76，扩孔器外径由原来的ф75.5增加到ф76.5。

三、钻压
影响钻头部位压力(F4)的因素比较多,主要是钻机液压系统压力(F),钻杆自重(F1),冲洗液对钻具的浮力(F2),冲洗液对钻具的上顶力(F3)。它们之间的关系是:F=F2 +F3+F4 -F1 (F正值为加压,负值为减压)
① F1 =mL式中：m—每米钻杆的重量，ф71钻杆为79.8N/m，ф56钻杆为61.6N/m；L—孔深，m；
② F2 =F1/7.85
③ 带有一定压强的冲洗液对孔内管材上顶力主要作用在小于钻杆内径的上部接手和水接头处，其作用面积为钻头内径。
F3=PnS
式中：Pn—泵压，MPa;
S—钻头内径面积，m2。1MPa泵压的上顶力：ф76为1886N；ф59为1018N；

④F4 =PmA式中：Pm—推荐的单位压力,MPa；钻进中硬岩层Pm值取7；硬岩取9；坚硬岩层取10；

A—钻头工作唇面与岩石的接触面积(为钻头环状面积的3/4)，m2使用XY-44钻机时ф76口径钻进时

P(为负)=0.1202Pn+0.1268Pm-0.0044L

P(为正)=0.16Pn+0.1687Pm-0.0059L

ф59口径钻进时

P(为负)=0.1699Pn+0.0864Pm-0.0034L

P(为正)=0.0864Pn+0.1152Pm-0.0046L

P—钻机压力表压力，MPa；

Pn—冲洗液对钻杆的上顶力MPa；

Pm—地层硬度系数，

L—钻孔深度，m；通过公式计算,钻进完整地层时，用ф76S口径加、减压的临界孔深在310～340m之间；ф59S在290～320m之间。

四、深孔钻进参数

1、泵量

钻孔泵量要保证孔底岩粉排出和钻头充分冷却。根据经验,排出孔底岩粉所需要的泵量必须完全满足冷却钻头的要求。
我们以有效排出岩粉作为确定泵量的依据。冲洗液上返的流速必须大于重量最大的岩屑在冲洗液中的沉降速度。
根据理论值，克服金刚石钻进产生岩屑的沉降，冲洗液上返流速应大于0.8m/s。钻孔越深、钻进速度越快，上返流速应适当加大。

当复杂地层出现超径时，由于流速降低，岩粉颗粒在超径处悬浮沉积，停泵后易出现夹埋事故，因此应适当加大泵量，保证岩粉排出；同时考虑到泵量对孔壁的冲刷和对钻头胎体冲蚀的影响，选择不宜过大。

2 转速

转速是影响金刚石钻进效率的主要因素，在大多数硬岩中机械钻速(进尺速度)随金刚石转速的增大而增大，单位进尺金刚石耗量实际上并不增加。

影响转速的因素主要有:

管材的强度，钻孔的深度，冲冼液的润滑性能和护壁效果，岩层的破碎程度和孔壁的稳定程度。

由于摩擦阻力，破碎岩石所消耗的功主要反映在电流上，受钻杆强度，设备能力的限制，电流必须控制在80安培以下，如果超过80安培必须降低转速来调整。

(1)岩石性质对转速的影响：

中硬完整岩层宜采用高转速。在裂隙发育岩层，软硬不均匀岩层中钻进，钻头振动大,磨损严重，应视其程度，适当降低转速。在软岩中钻进，为了保证冷却和排粉效果，需限制钻速，往往在限制钻速的同时限制转速。

(2)钻孔深度对转速的影响：
钻孔越深，受力情况越复杂，钻具重量越大，回转时所消耗的功率也越大，所以转速受功率及钻具的限制，要相应降低。

3 钻进操作

(1) 深孔钻进钻杆承受扭矩和拉力大为防止钻进中脱扣、跑钻、断钻，严禁把丝扣磨损严重、弯曲、裂纹的钻杆钻具下入孔内；

深孔钻进钻杆接头多，要在丝扣上涂抹丝扣油(自制丝扣油的配方为：石墨粉∶黄油∶废机油=1∶2∶0.2)，以防止钻杆丝扣处漏失冲洗液，致使钻头胎体不能有效冷却而造成烧钻，同时可减轻丝扣磨损，降低拧卸时的劳动强度。

(2) 上下钻时要严防跑钻，深孔上下钻起重量大，跑钻后冲击力更大，会造成钻杆墩鼓、钻头墩裂。

发生跑钻时，应将钻具提出孔外检查，严禁在孔内对接继续钻进。控制合理的起下钻速度，操作升降机要平稳，尽量减小惯性力效应，避免和减少激动压力和抽吸作用，防止坍塌。

(3) 钻进时要随时调整冲洗液性能，钻进前后多冲孔，保持孔内清洁。

(4) 操作中每个回次的前后要仔细称重，避免脱扣、断钻时的判断失误，造成事故的复杂化。
每个回次前后准确丈量机上余尺，保证出现事故时事故位置清楚。

(5) 时刻注意孔内返水、泵压、电流变化及异常声响，防止断钻、烧钻。

(6) 钻进合车时，由于深孔摩擦阻力大，钻头要离开孔底，缓慢轻合离合器，待转速接近选定速度时，钻头再接触孔底正常钻进，避免瞬间扭矩过大使钻杆折断。

(7) 穿过主断层时，及时更换新钻具，钻具上部选用几根新钻杆，防止疲劳断裂，预防复杂事故的发生。
孔内漏失不返水时，要在钻杆上涂抹润滑脂，降低回转阻力和钻杆磨损。

(8) 在钻进复杂地层时，如出现机故或其它停待时间，应将孔内钻具提出，或提离复杂孔段。

5、超深套管的下入与起拔

招平断裂破碎带厚度大，穿过后还要钻进较长孔段才能通过矿层终孔。

钻进时钻杆要对孔壁碰撞敲击，单纯依靠冲洗液护壁，很难保证孔壁长时间稳定和钻进需要，套管隔离是最稳固的办法。

下入ф73套管时，在套管底部拧接合金钻头或薄壁金刚石钻头,外径不大于75mm；合金钻头钢体外径与套管接手相同,底出刃3mm,外出刃1mm，无内出刃；薄壁金刚石钻头胎体厚度为6mm，内径为ф61，水口8个。

套管丝扣为ф68.3×66.7×60、螺距为6mm的方扣，套管之间用中接手连接。遇到探头石或断层时，可扫孔至孔底。
在套管上涂抹黄油保证润滑，减小起拔时的阻力。ф73套管顶端与ф89套管上部接触处缠绕20cm宽、直径4mm的麻绳,并在ф73套管顶部套上皮   垫，皮垫与ф89套管顶端接触,避免岩粉沉淀到ф89和ф73套管间的环状间隙，夹死ф73套管，造成起拔困难。