张 鹏
（核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011）
摘 要：文章以国内深孔钻探技术现状为基础，对深孔岩心钻探的关键技术问题进行了系统分析与探讨，并提出了切实可行的解决方案。
关键词：深孔；岩心；钻探技术
长久以来，深孔岩心钻探一直被认为是成本高、难度高、技术含量高的三高施工作业技术。工作人在深孔岩心钻探的项目作业中，逐渐摸索认知了一些影响深孔岩心钻探的因素，有作业前的准备工作例如套管程序设计和钻孔结构设计，取心钻进工艺；选材方面的因素，如深孔取心钻研柱，采用长寿命取心钻头、深孔取心相关钻探设备的准备。除此之外，相关核心技术如复杂地层钻进技术及定向钻进技术等，均是深孔岩心钻探作业工作中的重要因素。
近年来，中国的经济飞速发展，全球贸易一体化环境下，中国越来越多的承担“世界工厂”的职责，在生产的过程中，对资源的需求，特别是对大宗物品如矿产资源的需求也越来越大。中国虽然地大物博，但是人们对矿产需求量不断增大及有限的矿产资源的日益减少，给广大矿业工作者提出了一个严峻的要求，要求我们必须向更深、更复杂的底层探索发现更多的矿产资源，随之而来的，就是深孔钻探技术要求的上升。目前，我国国内主要勘探单位完成的岩心钻探工作总量如表1所示（国土资源网，2015）。
表1 2010～2015我国岩心钻探技术总量统计
年度 2010 2011 2012 2013 2014 2015总进尺（万米） 2400 2700 2800 3200 3400 3600
深孔钻探工作量已经占到了全部工作量的13.6%，深孔钻探技术工作量呈逐年上升的趋势。国内钻探工作量的增加带动了钻探装备的发展，研制出了一大批先进钻探设备，国产的钻探设备虽然已经初具规模，但是由于经过实际生产环境测试的时间尚短，要想达到和国外设备相当的效果，还需要一定的时间。目前国产的深孔施工钻机以液压立轴式为主，具有结构紧凑、布局合理、维修方便、操作安全可靠等优点。但是也有一定的缺陷，易造成岩心断裂，易堵塞岩心，并且增加了磨耗几率。特别是在底层复杂的岩层结构中，表现的尤为明显。鉴于我国在科研方面不成熟的国情，很多优秀的泥浆添加剂不被相关的生产部门认可。同时，国内从事钻探生产的单位多喜欢拿来主义，而不愿意在研发新设备上投入过多人力物力。这就使得钻探工艺在国内的发展陷入了投入不足、研发力量薄弱、产品质量无从提升的恶性循环的怪圈。
近些年，我国的钻探技术研究已经取得了长足的进步，门类不断的宽，相关的技术研发水平不断提高。例如在80年代左右，我国就已经较早的进行了不提钻换钻头、孔底动力钻具、绳索取心等相关技术的研究。较为先进的如孔底换钻头及孔底动力技术等受制于国内软硬件设施的制约，并没有得到规模性的推广使用。经过近年来业内施工作业经验交流，大家普遍认为加入在深孔钻探中使用组合钻具可以大幅的提高钻探效率和钻孔的成功率。如果续深入研究材料的运用方法，如何改进加工工艺，国产的钻探设备及工艺一定能逐渐取得国外进口设备，并在世界范围内形成一定的影响力[1]。
相对于难度不高的浅层岩心钻探，深孔岩心钻探无论在深度、人力物力成本以及施工难度上都是一个质的变化，其对工作人员的要求也极高，不仅要求工作人员具备相当专业的专业知识和工作经验，其在安全方面也提出了更高的要求。为保证作业施工安全，一定要在施工过程中不断的试验修正，特别要注意钻探小孔钻出的实际的结构与形成的孔壁的实际稳定性。在技术计算阶段模拟的实验环境再理想，也要在实际作业中不断的进行临场试验修正，因地制宜，根据现场环境形成最符合施工现场的一套安全生产作业规范，否则就可能会出现因压力与应力的作用和变化引发的安全生产责任事故，造成无法挽回的损失。具体来说：首先，钻探孔壁结构稳定性的问题。在钻探作业中，最常发生的问题就是地层裂变以及孔壁坍塌和孔壁口径异变，这些都与孔壁稳定性不够或者没有提前做好孔壁变化观察及相关预防措施有关。如果能保证孔壁的稳定性，在施工作业前做好相应的准备工作，后续的突发情况应急处理措施到位，那么相当多的事故其实是可以避免的；其次，钻探作业设备落后。目前国内钻探业务开展的单位，均采用了相对较落后的国产设备，由于尚未形成统一的国家标准，每个设备生产厂家都有自己的设备标准参数，部分零部件会出现无法兼容使用的问题，设备性能较差，钻头和钻机不能保证长时间安全稳定的高效工作，导致作业经常因为设备问题而中断或者停滞不前，严重影响了钻探效率；最后，钻探过程中及应急处理存在的问题。鉴于我国钻探技术起步较晚，除了设备问题，人员技术水平和管理问题也是影响制约钻探作业发一个重要因素。相应的施工工艺没法与国外先进的钻探技术相提并论，只能采取落后的生产施工工艺进行作业，而相关作业人员的技能水平有时尚未达到能熟练处理复杂施工过程突发问题的能力，关键岗位负责人一旦出现管理松懈的问题，就会酿成重大的生产事故。
3.1 增加孔壁稳定性
（1）预估并解决地层压力带来的隐患。首选需要在初期预估地层压力的系数的阶段，可采用下面两种方式：①开钻前的预测与。提前查阅相关线管的地震层的资料，出具勘探报告后，采用等效深度计算的方法来对孔隙的压力数值进行预估；②开钻后的测井检验，钻探结束以后，根据施工作业中获取的资料参数进行实地计算评估，获取实地的孔隙压力参数资料。再者应有相应措施应对来自地层压力。一旦孔壁受到了来自地层破裂的压力，就极易导致孔壁破裂甚至于开口破损，在施工作业前及施工作业中，要不断的监测地层压力系数，确定地层破裂阀值，确保要有完善的设备及技术手段来预防孔壁受损的现象，确保开孔完整性[2]。
（2）复杂地层钻进护壁新技术。在复杂地层中钻进，极易产生钻进事故。钻孔深度加大后，问题更加突出。除了常规的泥浆、水泥和套管护壁方法用于解决复杂地层钻进问题之外，如近年来出现的一些新技术，如套管钻进用于快速通过复杂地层、膨胀套管技术、旋喷水泥护壁技术等。
3.2 完善设备选择及现场布置环节
（1）完善行业设备质量标准。行业协会应当牵头引领行业标准的制定，制定统一的设备参数标准，有序引导行业向标准化规范化方向发展，逐步淘汰小型不合格设备生产厂商，确保市场上流通的产品均为有较好兼容性，质量过硬的产品。例如可以采用全液压动力头钻机来进行钻头的驱动，特别是深孔岩心钻探，可采取转盘+高速顶驱的方式来进行驱动，制定相关部件及工艺的硬指标[3]。
（2）现场布置。针对钻探过程中有可能出现的问题，应在工程开始前对现场进行预先布置，尽量避免问题的产生造成不必要的损失。首先，认真落实岗前安全教育及安全技术交底制度，对所有新进场人员进行岗前安全教育及安全技术交底后，方给其上岗；其次，加强对特种作业的管理，要求所有特种作业人员必须持证上岗，加大对流动人员的管理，对进退场人员建立台账；最后，加强施工现场的安全检查及隐患整改力度，需要在现场醒目位置摆放展示总平面布置图，平面布置图应分清区域及通道。区域内容包括管材堆放区域、安全生产操作区域、特种油料堆放区域；通道区域应该包含消防通道、行人通道、车辆通道以及应急/避难集合地点等。在落实好前期安全生产准备措施后，可按照统筹方法，提前将所需设备器材等运送至现场，将场地、道路、值班室、仓库，水电油供应链路、泥浆循环系统，废水废浆处理池等必要准备工作做好。需要注意的是，应将现场操作区安排规划在钻机前部，并预留出足够空间便于钻探取心作业施工[4]。
总之，经过钻探技术人员多年来的技术攻关和艰苦拼搏，已经掌握了部分深孔岩心钻探的世界领先的技术，有部分技术已经通过技术输出走出了国门，在异国不同地域环境内经受住了现场的考验。相关技术经济指标连年提高，取得了良好的经济效益和社会效益。我们相信，只要不断地钻研、实验、改进，深孔岩心钻探技术一定会取得突破，获得长足发展[5]。
参考文献：
[1]鹿传磊.地质钻探工艺技术与管理研究[J].工程技术研究,2017,(4):156-157.
[2]朱永良.提高深孔绳钻卡埋套管(钻杆)处理效率[J].工程技术研究,2017,(8):128-129.
[3]张伟.深孔岩心钻探技术问题探讨和发展展望[A].中国地质学会探矿工程专业委员会.第十七届全国探矿工程（岩土钻掘工程）学术交流年会论文集[C].中国地质学会探矿工程专业委员会,2013:6.
[4]王达.深孔岩心钻探的技术关键[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2009,36(S1):1-4.
[5]孙军盈,欧阳志强,朱江龙,等.深孔电动变频顶驱岩心钻机成套设备的研制[J].地质装备,2016,17(6):11-13.
中图分类号：P634.1
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）09-0084-02
作者简介：张鹏（1984-），男，本科，助理工程师，研究方向：钻井地质。
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