[科普中国]-无岩心钻进

简介

又称全面钻进。在地质勘探的岩心钻探中,不取岩心的钻进2。无岩心钻进效率高,回次长度大,多用在钻进地表覆盖层,有时也用在可以通过地球物理测井达到了解地层的沉积岩中的钻进。矿层和含矿带地层,岩性变化复杂的地层、构造带地层均不能采用无岩心钻进。从钻进技术角度出发,地层岩石硬度高时也不采用无岩心钻进。钻进时使用鱼尾钻头、牙轮钻头、刮刀钻头或矛式钻头。

发展历史与现状历史多年来，人们一直在探寻和向往着将无岩心钻探从石油、天然气勘探领域扩展到固体矿产勘探中去。前苏联、美国和加拿大等国，是较早重视并应用无岩心钻探技术的国家。80年代，前苏联的无岩心钻探工作量在
总工作置中的比例保持在25%以上，与同期金刚石取心钻探工作量相近，无岩心钻探单位进尺成本已降低到取心钻探的43%～6396。1974年，美国在金属矿勘探中，无岩心钻探工作量就占到了62．7%，同期金目《石取心钻探仅占9．4%，无岩心钻探成本仅为取心钻探的50%。加拿大采用无岩心钻进使成本大幅度降低，每米成本降到3～5美元。澳大利亚采用牙轮钻头无岩心钻进，每米成本仅为30澳元，不到金刚石取心钻进的50%3。

我国是世界钻探技术的发明者，最早进行的钻井即是无岩心钻进。新中国成立后，我国钻探技术发展很快，但固体矿产勘探中的无岩心钻探一直发展不快。50年代后期，地质部门曾开展过无岩心钻进的研究和应用，当时主要采用硬质台金和钢粒全面钻进。我国煤田勘探部门长期保持和发展了无岩心钻探．他们因地制宜地开展了复合钻进，无岩心钻进效率比取心钻进提高1～5倍．从而较大幅度地提高了钻探效率，使煤炭部门的平均台效较其它部门高(约400m)。但是，煤田勘探一直沿用硬质台金刮刀钻头钻进方法，始终未在技术上有突破性进展。80年代后，我国核工业地勘系统推广无岩心钻探，试验采用了自行研制的装配式牙轮钻头，后来又引进了前苏联生产的小牙轮钻头进行无岩心钻进。

据统计，1988～1990年，煤炭部门的无岩心钻探工作量占总工作羞的11%，而地矿部仅为0．7%。有人估计，我国无岩心钻探工作总量不到5%。与世界先进国家相比，还有很大差距。特别是在金属矿勘探中，我
国的应用几乎是空自。

在我国，无岩心钻探长期来能大范围推广的原因有许多，但主要是：

(1)地质技术原因。在无岩心或只有岩屑的条件下，进行地质编录较为困难，可能导致钻孔剖面图等地质资料的不完整甚至层位缺失，这种担心使许多地质人员不敢大胆进行无岩心钻探孔设计。

(2)物探测井技术原因。目前测井仪器和解译技术有限，仅靠物探测井还难蹦准确掌握大多数岩层的地质特性参数。

(3)钻探技术原因。长期以来，我国在无岩心钻进技术上，只有单打一的硬质合金刮刀钻头，这类钻头只适用于松软～软地层钻进。

由于其适用范围小，用量少，现在国外资料中已很少见到。没有适应多种地层的无岩心钻头；没有完善配套的无岩心钻进工艺与器具；没有能保证岩屑完全上返的护壁堵漏技术；更没有性能良好、使用可靠的孔壁取样
器具，使我国无岩心钻探方法的使用受到很限制。应该说，在上述3个原因中，钻探技术原因是我国无岩心钻探未能普遍推广的主要原因，也是我们探矿工作者应当全力以赴、为之拼搏的奋斗方向。

发展现状为改变我国无岩心钻探技术落后状况，原地矿部在“七五”科技发展纲要中，就提出要将其作为重点开展研究。1987年，探矿工艺研究所组织专人进行调研，提交了专题调研报告。1989年，地矿部将地勘牙轮钻头列为开发项目，作为无岩心钻探技术的前期研，由探矿工艺研究所负责开展了研究工作。1990年，在各级领导的重视和探矿界专家的大力支持下，“无岩心钻探新技术的研究”终于作为重点攻关课题，列入地矿部“八五”科技攻关计划，正式开题研究。1996年，地矿都科技司又将刚通过部级鉴定的课题成果列入重点科研推广项目，向全国推广。
“无岩心钻探新技术的研究”课题旨在研究我国地质勘探无岩心钻探急需的孔内钻进工具和技术工艺。主要研究内容包括：适应1～10级地层无岩心钻进用的地勘牙轮钻头；适应1-8级地层用的孔壁取样器；与这些钻头、取样器配套的无岩心钻探技术工艺。研究的目的，是形成一整套全新、先进、实用的无岩心钻探技术，并通过课题的
生产试验和推广应用，使之逐步在我国钻探生产部门普及，从而尽快提高我国无岩心钻探技术水平。

该课题研究者们经过11年来的艰苦努力，较好地完成了研究和推广任务，取得了满意的成果。这些成果主要包括：

(1)小直径系列地勘牙轮钻头。共有D78、83、86、89、95、105、112 mm 7个规格12个品种，这些钻头均采用了硬质合金镶齿、滑动轴承密封润滑、储油压力平衡补偿和新型专利喷嘴等目前世界上最先进的“四合一”结构，适用于地质钻探无岩心钻进、中心取样和水力反循环取样钻进1～10级岩层。钻头的台架试验寿命达到40 h以上，最高机械钻速达到6．09 m/h(5级石灰岩地层)，钻头最高进尺寿命超过120 iTl。

(2)孔壁取样器具。研制出0.89mm规格2种类型：水力喷射式采用高效射流喷嘴、液压推靠、纱袋容样和满样报信结构，适用于1～4级软岩层，取样筒可容纳岩样4kg以上，实际最多取样4．025 kg，样品与岩心观察对比及钻探判层有很好的一致性；偏斜侧钻式采用孔中液压卡固、偏心楔导斟、金刚石钻进取样和一次全回收结构，适用于5～8级中硬岩层。

(3)配套技术器具与工艺。主要研究了070 mm钻铤、095 rrkrn稳定器、记195 m扩孔器、地勘牙轮钻头量规、专用扳叉等等技术器具和各项操作技术工艺。

采用这套新技术在四川、山西、河南、北京等地的地质钻探和浅层油气钻井中试验应用，共完成无岩心钻探工作量8300余m，平均台效达到1324．70 ir/，比同矿区取心钻探台效提高269%，单位进尺成本降低70%．取得了良好的技术经济效益。研究和推广结果证实，这套新技术在我国的钻探生产中．具有广阔的推广应用前景。

无岩心钻进技术特征无岩心钻探技术是以全面破碎孔底岩石为特征，通过岩屑录井、物探测井和孔壁取样等手段，进行岩矿研究的一种钻探新技术。由于其钻孔过程中孔底岩石被全部破碎，不采取岩心，故又称其为无岩心钻进、全面钻进。
先进、完善的无岩心钻探技术应当具有以下技术特征4：

(1)高效、长寿命无岩心钻头；

(2)工艺配套性好、防斜能力强的孔内钻具；

(3)具有强力钻进能力和长行程给进能力的钻机；

(4)良好的岩属采集系统和编录方法；

(5)先进的孔内物探测井方法和仪器；
(6)性能优良的孔壁取样器具。

优越性无岩心钻进技术之所以能得到人们的重视并加以大力研究和推广应用，主要在于其具有以下优越性：

高效率无岩心钻探中孔底岩石全面破碎，没有采取岩心辅助工作，故纯钻时间大大提高，台月效率大幅度增长，加上高效钻头的应用，使得这一优越性更为突出。

低成本无岩心钻探不但因其特有的高效率使得成孔时间和矿区勘探周期大大缩短带来成本的大幅度降低，而且由于起下钻少。劳动力消耗少，钻杆及管材因拧卸造成的损坏少，孔内事故少等原因，带来罩警成本的大幅度降低。

简便易行无岩心钻探对钻机等设备要求不高。特别是复合钻进中的无岩心钻探，使用一般设备E口可进行。对钻进操作
技术也无特殊要求，易于掌握。

获取的地质资料准确先进的无岩心钻进一岩屑录井一物探测井一孔壁取样技术，在铀、金、汞、铜、煤等矿种的勘探上所取
得的地下地质资料的准确性，已可以超过普通取心钻进。

应用领域随着科学技术的发展，也随着人们对一定矿区或一定矿种的研究程度加深，人们已开始注重从唯一依赖取心钻进获取的原状岩样来确定地下矿藏，向由无岩心钻进、岩屑录井、物探测井和孔壁取样等组成的无岩心钻探新技术方向发展5。

目前，无岩心钻探技术主要有两个应用领域：一是矿区的详勘和补勘。此时矿体上部岩层的岩性及构造巳经探明，钻孔工程目的主要是按一定加密罔度穿过矿体，取得矿样，tl-舅t储量。在这种情况下，除对矿体及其顶底板进行取心钻探外，其余孔段都进行无岩心钻探。由于无岩心和取心两种钻探方法并存于同一钻孔中，又称复合钻进法。二是一些特殊矿种的找矿勘探。对矿种如煤、铀、金、汞、锕、地下水等，采用物探测井可获取准确的地下地质资料。故在勘探中除对少量基准孔进行取心钻探外，其余多数钻孔皆采用全孔无岩心钻探。

开展无岩芯钻进必备条件随着勘探程度的提高，地质人员对地质情况了解越来越清楚，资料掌握的越来越多，在加强地质研究工作的基础上，合理的使用无岩芯钻探工程量，在详精查勘探施工阶段可以设计出部分钻孔和部分层段无岩芯钻探工程量。

钻探施工在满足地质设计要求的情况下开展无岩芯钻进，就是采用技术措施恰当的处理钻探施工中质量和数量辩证统一的关系问题，在钻探施工中有条件无岩芯钻进而采用有芯钻进，则是延缓钻探施工速度，如客观地质条件不具备无岩芯钻进条件，盲目的开展无岩芯钻进，则会给国家造成经济浪费，不顾质量的扩大无岩芯钻进范围的教训是很深刻的。

多年来无岩芯钻进一般都是在详精查勘探阶段进行，而且还必须具备如下地质条件：

（1)无岩芯钻进施工区必须是电测井曲线解释可靠，对煤层分层定厚、区域内依靠测井曲线能进行煤岩对比，能够确定岩层产状。

（2)煤质牌号已经清楚，或经化验已知牌号单一的地区，都可大量开展无岩芯钻进。

凡需要采样化验的钻孔和有专门技术要求的钻孔都不能无岩芯钻进。一般来说无岩芯钻探工程量的多少是根据勘探程度和客观地质条件，主要的还是取决于电测井水平和对煤质的要求程度。

依据上述原则，凡有条件开展无岩芯钻进的钻孔和层段都要采用无岩芯钻进，但也不随意扩大无岩芯钻进范围，钻探施工必须在满足地质设汁要求的情况下．加快勘探速度。

设计合理的钻具结构钻探施工中必须搞好钻具结构设计工作，钻具结构是否合理关系到采用什么样的钻进规程，并且直接影响钻进效率和成本问题。设计合理的钻具结构是钻探施工中的重要技术管理工作。无岩芯钻具结构是指主动钻杆，钻杆、钻铤等用接手连接起来的入井钻具柱的组合而言，正常无岩芯钻进施工用的钻具柱结构大体有如下三个部分：钻杆部分；加重钻具部分；导正钻具部分。理论和实践都说明，在孔径和钻进参数一定的条件下，钻具结构不同其刚度、稳定性和导正性也都不同，因此设计合理的钻具结构，可以采用理想的钻进规范，提高效率使其在生产施工上安全，在经济技术上合理，是我们在钻探施工过程中应该经常研究和改进的技术问题。目前在钻探施工中使用的无芯钻具结构大体如下2：

1、钻杆部分：六方主动钻杆长8～18 米；φ50m m 钻杆，用φ65m m 锁接手联接。

2、加重钻具部分：用φ68mm，长80～90 米规格钻铤。

3、导正钻具部分：①83×25mm 长10～12 米的导正管或用φ68～φ73mm 钻铤焊三条肋，外径达到90mm 长9～13.5 米的导正器。

展望90年代以来，我国各个系统的地质钻探工作量逐年降低，过去那种全国年钻探工作量上千万米的历史，也已一去不复返了。但作为专业探矿工程技术人员，对21世纪的无岩心钻探技术，我们充满信心。我们有理由相信6：

(1)祖国还有许多急缺矿产蜃待勘探，新一轮地质大调查计划正等待我们去实旋。

(2)以经济效益为中心的大政方针已深人人心，无岩心钻探技术将因其特有的高效率、低成本优越性而愈来愈受到人们的重视，并积极推广应用。
(3)将现有的无岩心钻探技术研究成果转化到国民经济主战场，如在地下工程建设、地基加固处理、地质灾害治理工程等的注浆孔、锚固孔、旋喷孔施工中，可望取得巨大技术经济效益。

(4)进入新世纪，随着技术的进步，无岩心钻探的各项器具和工艺水平将大大提高；这些技术进步将使无岩心钻探如虎添翼。