张靖超

（甘肃省有色金属地质勘查局白银矿产勘查院，甘肃 白银 730900）

近年来，在经济社会快速发展背景下，我国的地质行业也呈现出良好的发展势头，与此同时，随着科学技术的快速推进，深部找矿与合理钻探对我国深孔钻探技术普及应用起到了重要的推动作用。当前，深部地质岩心钻探也面临着空

前的发展机遇与挑战，现如今，在我国地质科研项目当中，地表以下5000m智能地质钻探技术装备应用成为当前的研发重点。而开展深部钻探施工过程当中，科学合理的设计探探钻孔结构至关重要，同时，此项工作对于孔内钻探情况正确判断与钻孔结构合理调整，增加经济效益也有着非常重要的现实意义。基于此，在工作实践当中，应当充分结合以往深部钻探施工工作经验，对深部地质钻探钻孔设计和施工进行详细分析和研究[1]。下文当中结合长期以来矿山深部钻探施工工作经验，详细分析了矿山深部地质钻探钻孔结构设计与施工，认真归纳总结了广泛应用的几种钻孔结构开展程序，主要包括下面几种类型：在进行地质预测和具体差异性

较小的工区，结合工作经验与施工方法，提高施工针对性；在没有对深部地层复杂情况有效预测的情况下，运用探索、扩孔，并结合实际情况，合理调整钻孔结构的施工方法；运用大口径进行钻进的施工方法。希望通过本文对矿山深部地质钻探钻孔设计与施工分析和研究，能够为矿山深部地质钻探施工提供借鉴和参考。

1 钻孔结构设计的原则

设计钻孔结构过程当中应当对以下原则认真遵守，这样才能确保设计更加的科学与合理，具体的原则包括下面几点：①控制长孔断的复杂地形，使孔壁孔内安全性和稳定性得到有效保障；②一般而言，钻柱组成、施工设计能力需求应当得到极大程度的满足；③设计过程当中还应当控制和减少施工成本投入，保证施工安全稳定，确保施工效率和施工水平；④有效简化施工过程当中的钻孔设备，使其级数得到有效缩减，使钻孔结构更加的简化；⑤确保地址设计要求，穿矿口径、终孔直径可以达到相应水平，确保矿山深部钻探施工要求。

2 深孔钻孔结构设计的主要依据

在具体进行钻探施工时，常常遇到十分复杂而又多样性的低层，极大的增加了施工难度，延长施工时间，成本也不断加大，所以对于钻孔结构设计，必须要充分遵循安全性的原则，首先应当全面考虑以下几个方面。

（1）地层情况。设计钻孔结构的最重要的目的，是确保过程当中上方孔段稳定而又安全，确保钻探施工顺利开展，保证钻探施工和预期设计相符。而地层情况直接影响着孔壁稳定性，所以在对矿山深部地质钻探施工进行设计过程当中，必须要充分的考虑地质构造特点，同时分析地层结构特点，分析岩石物理性质，工作全面的参考这些信息资料，之后再开展科学合理的设计工作[2]。通过对地质报告展开全面的分析和研究，针对一些钻探施工过程当中具有较高难度系数，施工过程当中容易发生遗漏、粘附、坍塌等不良施工地质问题时，应当运用套管进行隔离，确保施工顺利开展，保证安全性。特别是地质构造层、软岩层、一些松散的地层、覆盖层等地段，必须要下套管进行隔离。如果钻探施工过程当中上方孔段安全性不高并且存在较大厚度的，便可以下入下层套管，设计钻孔结构过程当中，还应当对级数充分明确，有的岩石具有非常大的强度，同时具有很好的地层状态，保护钻孔孔壁难度较低时，则不需要运用套管进行护壁，所以所以钻探施工过程当中，钻孔结构设计必须要全面综合的考虑。

（2）终孔口径和孔深。对于终孔口径而言，主要是指能够确保地质要求的最小口径，在对套管级数充分明确的前提下，地质条件以及终孔孔径面对钻头与各级套管起着决定性的作用，钻孔结构设计过程当中[3]。孔深与其有着非常密切的联系，钻孔深度和钻探状态彼此呈现正相关的关联性，钻孔深度越大钻探施工过程当中就会面临更加复杂的情况，导致施工过程具有较长的耗时时间，而且孔壁也很难得到有效保护，极易发生损坏，为了避免孔壁稳定性出现降低或者发生异常，影响后续施工工作的高效开展，当钻探到相应深度时，合理的应用套管就显得越发重要起来，可以大幅提高隔离作用，保证孔壁安全性。

（3）矿区施工经验。和地质设计不同的是，钻探施工过程当中，岩石工程力学是决定地层地质情况的最主要的要素，这就是指工程力学的安全性与可靠性，正是受这些因素影响，在设计地质报告过程当中，有的预测可能不符合钻孔结构设计要求，面对这种情况，具有丰富的施工经验，将对钻孔结构设计质量和效率起到关键性的影响，如有一个新的矿区需要多钻孔施工，郑孔，施工过程当中面临的复杂程度非常的高，此时便可对施工情况充分的进行结合，展开全面的分析和研究，有效简化转孔结构，如有的矿区在钻探施工过程当中有一个深度较深的状况，便可将以往的钻探施工资料充分分析和研究，对预导孔进行设计[4,5]。

（4）设备和钻具水平。为了保证钻探施工效率和质量，应当科学合理的选择孔深于终孔孔径，而且钻探施工过程当中，口径越大，越会使钻探施工的难度进一步增大，同时会影响钻进质量和深度，对某个口径转进深度也会带来不利影响。而应用具有较大设计深度设备进行钻探施工时，会影响钻孔的结构比较小。然而就目前来讲，3km深钻孔机目前应用方面还不是非常的普遍，很多施工单位不具备相应的条件。

选择的钻具组合与钻孔结构关系存在非常紧密的关联性，首先就是钻杆强度，针对某些深孔钻探来讲，倘若终孔直径设置的较小，会造成钻杆强度很难确保深孔扭距传送要求，对其正常应用也会造成不利影响，口径与钻杆彼此应当保证正相关的关系，定的钻杆直径也应当小，强度也应适当降低。和过去地质钻探类似，56mm口径的钻探工具应用较为普遍。如果钻孔深度较深，可以应用75mm口径的钻探，口径较大的绳索取芯，钻探应用不是非常的普遍。设计钻孔结构过程当中，应当认真检查绳索，钻具应用的规格，如某孔径钻探施工可以通过绳索取芯钻探进行施工便能大幅提高钻探深度，还能使提钻取心工作量大幅减少。

（5）钻杆直径和套管内外直径的配合。由于钻头、套管在地质岩心钻探施工过程当中，存在很小的配合间隙，而且目前厂家生产这些钻头过程当中，缺少比较统一而又明确的质量标准，应用的管材壁厚、管径的外径都有一定差异性存在，在计算过程当中考虑钻头套管，然而却不能通过，所以对设计钻孔结构造成了很大的影响。

（6）要保留下方施工。在深孔钻探施工过程当中，多数问题没有得到充分的分析和预测，有的时候需要调节钻孔深度，根据终孔直径大小，来对钻孔结构孔径科学合理的设计，倘若有这些问题发生时，必须要及时的进行应对，为了使下方施工得到充分保留，可以将一些一级套管结构增加启动，运用较大一级的口径完成终孔，还可以使成本大幅降低，避免发生浪费情况。

（7）与孔内试验测试仪器配合。深孔钻探施工过程当中，孔内试验机会非常多，所以应当详细的分析测试仪器外径以及选取的测试要求，如果观测仪器能够长期的进行观测，还应当对仪器在孔内的安装情况充分的考虑和分析。

（8）钻探技术的方法和开展。科学合理的安排和利用套管，对于钻孔结构设计发挥着非常重要的作用，然而在实际施工过程当中，不可以对套管儿完全的依赖，如果过分依赖，还可以引发钻孔结构更加的复杂化。所以必须要充分考虑地层条件，对于相应的技术对策科学制定，如有的区域不适宜应用绳索取芯钻探，就必须要充分考虑下选择其他的钻进对策。面对漏失地层，便可应用套管隔离、水泥封孔、惰性材料堵漏等进行应对。

3 钻孔结构施工方法

（1）按设计施工法。这一方法应用过程当中应当充分了解地形特点，有的矿区工作人员经验比较充分，进行地质预测和具体情况差异性不大，在设计结构过程当中，也可以作为重要的参考，这种施工方法应用也更加的广泛，可以对钻孔的信息资料全面的进行收集，保证钻孔施工达到相应的质量。

（2）探索施工法。在难以对底层复杂情况充分预测的时候，便可选择探索施工法进行钻探，首先完成取心工作，然后结合复杂的地形情况进行扩孔，科学合理的调整孔内结构，和模糊认识下层地层，大口径取心效率，以及相同级别口径效率有着非常大的差异性，倘若下级钻进遭遇问题之后，则具体情况必须要对以上一级口径套管开展扩孔工作，钻进到复杂孔段的底板，然后将套管下入其中。

（3）充分施工法。施施工过程当中如果设备具有较高的能力，便可选择大口径方法向下进行钻进，该方法称之为充分施工法，有的施工区便可以充分考虑地质情况的前提下，将其作为设计钻孔结构的重要参考。保证下部施工换径空间非常充分，通过大口径钻进应用，提高钻探深度达到终孔。