姚海平

（核工业二八〇研究所钻探公司，四川 广汉 618300）

近些年来，我国地质行业发展迅速，深部找矿和合理钻探大大促进了我国深孔钻探技术的广泛应用，与此同时，我国深部地质岩心钻探也面临着空前的机遇和挑战。目前，我国5000m智能地质钻探技术装备的应用已经成为了一个重点研发的地质项目。在进行深孔施工作业时，钻探钻孔结构设计至关重要，同时该工作对正确判断孔内情况和合理调整钻孔结构以增强经济效益有十分重要的意义。基于此，我们可以与长期以来对于深部钻探的施工经验相结合，分析深部地质钻探钻孔设计与施工，为相关行业工作者提供相关借鉴。

1 钻孔结构设计的原则

钻孔结构设计应遵循相应的原则，这样才能确保设计的科学性和合理性，主要原则包括以下五点：①有效阻断长孔段的复杂地形，保证孔壁及孔内的稳定性和安全性；②通常情况下钻柱的组成、施工设施能力的需求得到满足；③设计原则应能够有效减少施工成本，确保施工过程的安全稳定，增加施工效率和施工水平；④将所涉及的钻孔设备简化，缩减级数，达到使钻孔结构简化的目标；⑤使得地质设计需求和穿矿口径、终孔直径能够达到相应水平，得到满足。

2 深孔钻孔结构设计的主要依据

在开展施工的过程中，所遇到的地形具有多样性和复杂性，施工难度系数较大，施工用时较长，所消耗成本较大，因此，设计钻孔结构应以安全施工为原则，首先要对以下几种因素进行集中考虑[1]。

2.1 地层情况

钻孔结构进行设计的最大原因便是是为了能够保证上方孔段和孔壁的安全性和稳定性，使其能够顺利钻进，以达到预期的设计目标。孔壁是否具有一定的稳定性的前提便是地层的情况，因此地层的地质构造、地层的结构、岩石的物理学特点都是进行钻孔结构设计的一些参考项目，并且作用重大，意义明显。通过对地质报告的了解和认识，逐渐开展深入性研究，对一些施工难度系数较高、施工过程中易出现问题，如坍塌、粘附、遗漏的问题的地层、地段进行套管隔离，这些地层、地段主要包括上覆盖层、松散地形、软岩层、地质构造层段等。假如上方孔段的安全性较低，并且厚度较高，那么便可以将下层套管应用其中，对钻孔结构进行设计时要明确好级数；部分岩石具有较大的强度、地层状态较好，保护壁层难度系数较低的地段则不需要将套管护臂应用其中，这时对钻孔结构进行设计便不需要深入考虑。

2.2 终孔口径和孔深

能够有效满足地质要求的最小口径便是终孔口径[2]。明确套管级数的条件下，对各级套管和钻头的直径有决定性作用的便是终孔口径和地质因素。

孔深对钻孔结构设计联系密切，大多体现在孔深和钻探状况的正相关关系，孔深越大，那么钻探所面临的复杂情况也就越多，因为整个施工过程耗时较长，孔壁也就越容易遭到损坏。为了有效防止孔壁稳定性的下滑和异常情况的出现，对后续的施工工作产生影响，每当钻进达到一定的深度之后，套管的应用都会显得尤为重要，它能够有效达到隔离的效果。

2.3 矿区施工经验

同地质设计的不同点在于，在进行钻探工作时，对于地层地质情况的核心要素在于岩石的工程力学特性，也就是工程力学的可钻性和安全性，正是因为该原因，地质设计报告中的一些预测可能与钻孔结构设计并不相符，在这种情况下，矿区的施工经验丰富与否对设计钻孔的质量和效率关系密切。例如说，某一新矿区施工需要较多钻孔，钻孔结构的设计也具有一定的复杂性，之后便能够和详细施工情况相结合对钻孔结构进行简化。假如某一矿区在施工过程中仅仅需要一个较深的钻孔，那么便需要搜集之前的浅孔施工资料或者设计预导孔。

2.4 设备和钻具水平

在进行深孔钻进时，普遍要与终孔口径和孔深对设备的应用进行选择。同时钻探设备的口径越大，那么施工的难度也就越大，钻进深度的质量效果也就越差，会限制到某个口径的钻进深度。同时使用具有较大设计深度的设备使钻孔，其结构影响甚微，但是就当下来说，3000m的特深钻孔机并不是应用最为普遍的设备，我国的较多施工单位都不具备这一条件，不具有合理性。

钻具组合的选择也与钻孔结构关系密切。其一便是体现在钻杆的强度，对一些深孔钻探来说，假如所设置的终孔直径较小，通常也会由于钻杆强度无法有效满足深孔的扭矩传送需求，进而导致不能正常应用[3]。口径和钻杆直径应呈正相关关系，口径越小则钻杆直径也越小，强度也会下降。同过往的地质勘探相同，因为深矿深度较浅应用较多的口径是56mm口径。但由于设计钻孔深度的越来越深，逐渐75mm口径取代了钻孔终孔口径。其二。对于较大口径的绳索取心钻应用并不普遍。同时，进行钻孔结构设计时应对绳索钻具的规格情况要进行认真检查，假如某一口径能够使用绳索取心钻开展那么则可以使钻进的深度增加，使提钻取心的工作量减少。

2.5 钻杆直径和套管内外直径的配合

因为地质岩心钻探中套管、钻头内外径配合间隙很小，例如说钻头孔径为175-150-130-110-95-76-60mm，套管外径分别为168-146-127-108-89-73mm，尤其是当下很多厂家的加工质量没有一个明确统一的标准，管材的外径、管壁厚度都存在一定的差异，有时计算可以根据钻头的套管，但不能通过，在进行钻孔结构的设计时影响较大。

2.6 要保留下方施工

在深孔钻探过程中，有很多出现的问题并不能有效预测，有时需要对钻孔深度进行调节，依据终孔直径合理设计钻孔结构，如果出现问题可以及时解决。为了能够充分保留下方施工，可以增加一级套管结构，使用大一级的口径顺利终孔，也能降低成本，减少浪费。

2.7 与孔内试验测试仪器配合

深孔钻探过程中，孔内有很多试验机会，所以要对测试仪器的外径和选取测试要求进行详密考虑。假如具备长期观测仪器，还应详密考虑仪器在孔内的安装工作。

2.8 钻探技术的方法和开展

对于套管的合理利用和安排对于设计钻孔结构至关重要，但是具体施工过程中不能彻底依靠套管，否则会致使钻孔结构暴露出一定的复杂性，加大了工作难度和工作量。要与地层条件相结合并制定对应的技术对策，比如对于一些不适合绳索取心钻进层位采取相应的钻进对策，对于一些漏失地层，严密考虑惰性材料堵漏、水泥封孔和套管隔离方法的使用[4]。

3 钻孔结构施工方法

3.1 按设计施工法

该方法主要表现为对地形的了解，一些经验较为充分的矿区，地质预测和实际不具有较大的差异性，在进行结构的设计时经验也是一项重要的参考依据。这也是应用最为广泛的一种施工方法。该方法以充分搜集钻孔资料为基础，确保钻孔结构达到钻孔质量要求。

3.2 探索施工法

在无法预测下方底层的复杂情况下可以使用探索施工法，首先进行取心工作，之后依据地形复杂情况开展扩孔工作，进而对钻孔结构进行调整，深部钻探通常与下方地层认识模糊，大口径取心效率同下一级口径效率具有差异性，假如下一级钻进遇到问题，则与具体情况相结合对上一级口径套管进行扩孔，直至复杂孔段底板，之后再下入套管[5]。

3.3 充分施工法

如果设备能力较高，可以使用大口径向下钻进方法，这一方法被称作充分施工法。一些新施工矿区可以依据地质设计的预测，将其作为钻孔结构设计的依据。为了确保下部施工有充足的换径空间，使用大口径钻进时应尽量向深处钻进，以达到终孔。只有遇到复杂情况时或者设备能力较低时，再下入套管或使用下一级口径。

4 结语

现如今，深部地质钻探钻孔结构设计与施工变得愈发重要，它对正确判断孔内情况和合理调整钻孔结构以增强经济效益有十分重要的意义。在进行深部地质钻探钻孔设计时应与实际情况和过往经验相结合，选择科学合理的施工方法，确保施工质量和施工效率，提高经济效益。