[科普中国]-钻孔深入率

钻孔是根据地质或工程要求，利用钻探设备，在岩(土)层中钻凿的直径远小于其深度的柱形圆孔。钻孔深入率是指钻孔采取出的岩心长度与相应实际钻探进尺的百分比。一个回次内的岩心采取率称回次岩心采取率；在某一岩层内的岩心采取率称分层岩心采取率。

简介钻孔深入率，有时也称岩心采取率，是指从钻孔中某一孔段采出的岩心长度与该孔段实际进尺的百分比，或指钻孔实际进尺与钻孔总长度之比。煤田地质勘探工作中，耗费大量人力、物力、财力和时间进行岩心钻探的根本目的，就是为了保质、保量地采出岩心，作为对勘探区进行地质研究、对矿产资源进行评价及储量计算的第一性实物资料。因此，岩心采取率是衡量钻孔质量的一项重要指标。采取岩心的质量要求是：采取部位准确，保持岩心的代表性和尽可能高的岩心采取率。这样，才能充分反映出所钻岩层在地下的特征。但是，要准确取得合乎质量、数量要求的岩心并不是轻而易举的事，特别对一些松散、破碎、酥脆、易溶蚀的岩层更是困难。这就需要针对岩层的具体特点，正确选用钻进方法和取心工具，采用合理的钻进规程，并认真进行操作。

影响因素岩心所处环境

在对岩石层的钻进过程中，钻具往往采取回转运动，这种快速的回转运动往往会产生岩石层的水平震动和离心力，当钻具不能很好地克服摩擦阻力时，整个岩石层在横向和纵向上都会发生强烈的振动，由于这些强烈的振动有可能会引起孔底和钻具、孔壁和钻具之间的剧烈振动，产生相互之间的撞击和敲打，严重情况下，会造成岩心的磨损、振碎和振断。

当钻具钻进岩石层的过程中，冲洗液可以通过岩石层管壁和岩心之间的细小空隙流出，使得钻具底部的液体流动速度很高，对岩心产生巨大的冲击，有时会将钻具的钻头位置会被岩石层的岩心碎末堵塞，加剧岩心之间的相互摩擦，形成粉末状不断流失，造成岩心的严重损坏，影响了岩心采取率质量。另外，在钻具钻进岩石层时，岩心柱上会形成动态和静态的液柱压力，容易压碎岩心在获取岩心的过程中，钻具中的液体柱压力容易导致钻头上的岩心脱落，造成采取困难，被迫进行多次套取，这种情况会严重损坏岩心。

机械操作方法

岩石层的钻进方法直接影响着岩心采取质量。例如，硬合金钻具在采取过程中，克区岩心的性能比较稳定，钻具不会发生剧烈振动，钻孔和岩层壁之间的空隙较小，采取的岩心在深度和宽度上较大，抗破碎和抗磨损性能较好，可以有效地保护岩心，岩心采取比较完整。和硬合金钻具相比，金刚钻钻具具有更多、更好地性能，其钻进采取效率较高，并且能够较高的岩心质量。不同钻具采取方法，对于岩心采取率质量有着很大的影响，对于密度较大，硬度较强岩石层，如果采用了硬度较小的钻具，很容易造成钻头严重变形损坏，采取的岩心质量较差对于粘性较大、比较松散的岩石层，如果钻具在进人过程中，速度过快，压力过大，很容易是钻头堵塞，造成钻头烧焦，严重损坏了岩心质量。

机械操作水平

在采取岩心的过程中，钻具的钻头如果转速过高，会对岩石层造成严重的破坏，转速越高，钻具所受的离心力越大，在钻进的过程中，受到的岩层摩擦力也就越大，会导致针具发生剧烈振动，加剧的对岩心的损坏，影响岩心采取质量。如果转速过低，采取时间过长，容易加剧对于岩心的持续破坏，因此钻具的转速也是影响岩心采取率质量的重要因素。钻具结构直接影响着岩心采取率质量。如果钻具的钻头直径较大，在采取岩心过程中，抗破损能力和抗冲击能力就越强，取出的岩心越完整，能够保障岩心采取率质量如果钻具的钻头比较尖细，虽然在钻进过程所受的摩擦力较小，钻进速度较快，但是不方便套取岩心，容易造成岩心的磨损。虽然钻具的钻头直径较大时，有利于岩心的完整性，但是并不是钻头直径越大越好，直径钻头过大，会使钻具底部的克区面积增大，钻具需要较大的工作压力，钻进过程中受到较大的摩擦力，加剧钻具的振动，对岩心质量造成严重损坏1。

钻孔根据地质或工程要求，利用钻探设备，在岩(土)层中钻凿的直径远小于其深度的柱形圆孔。钻孔的最上部称孔口，钻孔的底面称孔底，由孔口至孔底的整个柱状侧面称孔壁。整个钻孔有时也称为孔身。根据工程目的不同，钻孔可分为地质勘探钻孔、水文钻孔、工程钻孔等。

钻孔要素：钻孔直径(简称孔径)、钻孔深度(简称孔深)、钻孔方向是一个钻孔的三要素。钻孔要素取决于工程目的和施工条件。煤田地质勘探钻孔的直径通常在75～172mm范围内；直径小于75mm的称小口径钻孔；直径大于172mm的称大口径钻孔或钻井。煤田地质勘探钻孔的深度通常不超过1500m，深度在300m以内的钻孔称浅孔；深度在300～800m的称中深孔；深度超过800m的称深孔。钻孔方向即钻孔轴线的指向。地面钻孔有直孔(垂直孔)和斜孔(钻孔轴线同铅垂线间夹角小于45°的钻孔)。坑道钻孔的方向可变性很大，可以从垂直向下到垂直向上，但多数是接近水平的钻孔。

钻孔结构：又称孔身结构，指钻孔由开孔到终孔的孔径变化。通常在施工前对钻孔结构进行设计，即提出对整个钻孔与一定深度相对应的孔径变化要求，并以剖面图的形式绘出。设计内容包括埋设孔口管的直径及深度、开孔直径和钻进深度、各个需变径孔段的直径和钻进深度。如须下入套管，还应绘出套管规格、下入位置、层数及固定方法，并附文字说明以及终孔直径和终孔深度等。孔身结构剖面又称钻孔技术剖面，它作为《钻孔地质技术指示书》的重要内容之一，是钻孔施工的主要依据。设计时，综合考虑钻孔的工程目的、岩层特点、最大深度、合理的终孔直径以及钻进方法、护孔措施、设备能力等，并在满足地质或工程要求的前提下力求简化孔身结构；尽量缩小整个钻孔的直径；尽少变换孔径，不下或少下套管，以加快钻进速度、降低钻探成本。常用的设计方法是先根据钻孔工程目的及最大钻进深度确定合理的最小终孔直径，再据穿过的岩层性质、孔壁稳定情况及合理利用设备功率等因素，自下而上逐段推出变径位置以及开孔直径。对于较复杂的孔段应考虑进行技术处理或下入套管的可能，保留进行扩孔或下入套管的备用直径，不强求简化。

钻孔功能：①获取岩(煤)心、岩(煤)屑或煤层气样品，必要时从孔壁补取岩(煤)样。②作为煤田测井通道，获取岩(煤)层各种地球物理信息。③简易观测地下含水层水文地质动态。④有的钻孔可探采结合，开采地下水、煤成气，地热等。

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学