钻探技术

深部找矿/深孔钻探存在的技术难点

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,需要采用多级套管,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,具体应采用何种钻孔结构,必须根据钻孔深度、终孔直径、地层以及钻探 方法和工艺等确定,在可能的情况下,应尽量减少孔径级数,缩小钻孔直径。


2.护壁堵漏难

金属矿床多为构造破碎带控矿,硬、脆、碎、酥、漏是多数矿区地层的特点。进行深 部找矿钻探,几乎所有的钻孔都要穿过断层和破碎带。大裂隙发育的地层常发生贯通性的 孔段全漏失;小裂隙多而密集的地层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 会使钻孔结构复杂,套管越深回收越困难,从而增加钻探成本,经济性差。


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级的岩石(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,不仅机械钻速低,而且钻头寿命和回次进尺短,提下钻和打捞岩心等辅 助时间都大大增加,使钻孔钻探效率大大降低。


4.防斜纠斜难

受成矿条件和地质构造的影响,多数金属矿区地层岩石硬,并发生褶皱、弯曲,地层 倾角较大,特别是层理及片理发育、各向异性明显、软硬互层的地层,造斜强度大,而深 孔钻探,钻杆刚性小,技术规程参数不易控制,又难以采取复杂的防斜措施,因此,易造 成钻孔弯曲,而一旦发生钻孔弯曲,由于地层硬,造斜难,效率低,加上深孔纠斜信号传 递误差大,给深孔纠斜带来很大难题。从目前研究成果和实钻经验来看,基岩地层钻进,地层因素往往是造成钻孔弯曲的主要原因。对于深孔钻探而言,重要的是掌握并利用矿区 钻孔弯曲规律,因地制宜,从改进钻孔设计、钻探技术方法及工艺入手,采取有效的防 斜、纠斜技术措施加以控制解决。对特别易斜复杂地层,要采用受控定向钻探等特殊钻探 技术才能解决,否则,就难以顺利达到设计目的要求,严重的会导致钻孔报废,造成重大 的经济损失。


5.操作难度大

目前,深孔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,冲洗液黏度 和切力越大,压力波动越大。压力波动会影响孔内压力平衡,严重时会造成孔壁失稳,产 生孔内事故,因此,要求升降钻具要平稳,以减少压力波动。


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