近海钻探工程技术研究

摘要： 近海钻探工程为近海岸边经济的发展和建设提供了基础的服务保障，如何发挥其重要的社会价值，是我们当前亟待解决的问题。基于此，现对近海钻探工艺和技术总结分析如下，不足之处，还望同仁予以斧正。

Abstract： Offshore drilling engineering provides foundational services for offshore shore economic development and construction. How to give full play to its important social value is our current problems that urgently need to be solved. Based on this， the paper analyzes the offshore drilling process and technology， hoping to provide reference for the peer.

关键词： 钻探工程；护孔技术；全孔取芯技术

Key words： drilling engineering；protecting hole technology；full hole core drilling technology

中图分类号：TE5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）35-0061-02

0 引言

钻探的目的是为了圈定矿体、计算储量，采用地下实物资料、验证地下信息推断与解释的技术手段。我国的钻探技术和装备水平与国外先进的国家相比还是有一定差距，可喜的是，随着近几年的不断实践探索，我国钻探技术得到长足的发展。尤其是在近海钻探工程方面，随着护孔技术、全孔取芯技术，原状土取样技术以及孔内原位测试技术等技术的不断应用推广，使得近海钻探工程发挥了更大的作用价值。近海钻探工程技术也成了近几年学术界讨论的热点话题，如何才能使钻探技术更好的运用到钻探工程中，发挥钻探工程更大的社会价值，亟待我们讨论。基于此，笔者结合长期海上钻探工作经历，并结合同行以及学术界研究成果，对当前近海钻探工程技术与工艺略谈一些自己的浅见，希望以此来共同提高近海钻探技术水平，提高近海工程勘察工作的效率和质量，为近海岸边经济的发展和建设做好更好的服务。

1 工艺分析

钻探工作的对象主要是海上风电和海上桥梁项目等。近20年来，据研究所知：国外的地质钻探工艺方法并没有根本性的发展和突破，国外一些发达国家采用的钻探方法中的取心方法为常规提钻取心（Conventional Core Drilling）、反循环取样（Reversery Circulation）及绳索取心（Wireline Core Drilling）。

1.1 绳索取心钻探技术的使用 绳索取心钻探技术是一种对钻探技术不用提钻取心的技术。 它的工作原理为：当桥矿心装满桥心管时，把桥矿心容纳管捞取上来的操作需要借助专用的绳索工具。当发生桥矿心堵塞时，不需要把孔内钻杆柱提升到地表上；然后要将桥矿心容纳管打捞上来，此操作需要借助专用绳索打捞工具；在对钻头的磨损状况检查时，方可把全部钻杆柱提升上来；当钻头需要更换时要提升上来全部的钻杆柱。利用绳索取心技术的优点是既可以把升降钻具的辅助时间减少，也可以使纯钻进的时间得以增加，更可以把钻进的效率提高。此技术主要的应用范围是固体矿产钻头、石油、天然气钻头和工程地质钻头等各个领域。

1.2 液动潜孔锤钻探技术 目前，在世界上，我国已成为应用开展和研究锤技术最好的国家之一。此技术的基本工作原理是在回转钻探的基础上用现场配套的泥浆泵输送的液动潜孔锤对已被破碎的岩石施加其冲击的能量，就是在钻头上进行冲击负荷回转的钻探。常规回转钻探的改革是对液动潜孔锤钻探进行的。是在现代金刚石钻探技术之后的又一关于钻探的新方法。它是抓住了桥梁坚硬岩石的脆性大和抓住了岩石的抗剪强度低以及桥梁岩石的不耐冲击力等缺点并对其加以利用。采用此技术可以非常有效的解决具有钻探效果低和桥梁钻探质量差的坚硬的岩层和复杂的桥梁岩层的一项钻探技术。

1.3 反循环钻探技术 反循环钻探技术是一种全新的钻探记技术。由于反循环钻探技术的出现被称为钻探技术的又一次改革。反循环钻探技术主要是根据桥梁条件单独采用空气反循环钻进和水力反循环钻进。采用它的好处是可以使具有局限性缺点的单一钻进方法得以克服，同时也扩大了它的使用范围。此技术代表了在钻井技术上的又进入了一个突破。实践和研究证明：使用反循环钻探技术可在近海资源的调查中发挥了巨大的作用。反循环钻探技术的基本工作原理为：把压缩空气作为介质，使它经过内外管到达孔底此过程利用双壁钻杆用碎岩的方式驱动孔底的潜孔锤的钻进，并驱动被潜孔锤工作后的气体返回到地表。把好、空气携带到地表的桥梁屑作为地质杨品，此种取样方法具有高效率、低成本和适合近海的地区使用等好处。还有地质勘探取样和水文水井勘察等都适用此钻探技术。各种复杂的地层的注浆孔施工等也采用了反循环钻探技术的技术。

1.4 组合钻探工艺 反循环钻探技术和金刚石绳索取心是地质找矿钻探领域里应用最为广泛的两大钻探技术。这两种钻探技术都具有正面与负面作用。两者的结合可以满足人们对地质钻探找矿的要求。也有可使钻探技术的效率和降低大幅度的提高等优点。目前，在一些干旱缺水的地区都应用到了组合钻探技术。组合钻探技术的基本工作原理是有机的结合了反循环钻探技术和金刚石绳索取心 两种的综合的地质钻探新技术。组合钻探工艺具有采用一套双壁钻杆和同一台钻机易以及辅助器具相同等特点，根据地层情况及地地质要求，快速的把组合钻探技术的优点实现，使综合钻探的目的得以最大限度的达到及提高和降低成本的目的。反循环钻探技术适用于干旱缺水和去取心困难的地质。

1.5 定向对接井技术 采卤对接井的实现标志了钻探技术又有了突破。同时也标志着我国的定向对接井技术在国际上所处的地位，即已处于主导地位。定向对接井技术的基本工作原理是采用水平井钻井技术和采用螺杆钻受控定向钻井技术，使地面距离相具有数百米的两井与地下距离困扰打数百米及上千米的目的层进行对接，使两口井相连的水溶对流采卤得以实现。采用定向对接井技术解决了对接设计和堆积孔钻井工艺等各种关键的技术。并且也研制了新型的钻具结构和新型金刚石轴承与硬质合金轴承等多种专用的工具。定向对接井技术的使用范围比较广泛，应用在可溶性矿产开采和地浸矿山开采等地区。

1.6 新型节水钻探工艺 新型节水钻探工艺对海上桥梁等都具有很好的作用。新型节水钻探工艺具有一套高效的安全节水功能和一套节水钻探结构新颖的系统能够为海上桥梁提供解决方法。包括节水潜水泵、多功能安全接头、自动排水阀和专用单缸柱塞泵等配套器具。新型节水钻探工艺的使用前景非常的广泛，特别适用于海上桥梁的钻孔。新型节水钻探工艺为海上桥梁提供了有效的技术手段，降低了海上桥梁的生产成本和工人劳动强度，同时也减少了环境的污染。

1.7 作业平台 作为现场勘察工作的平台，海上钻探中作业用船是前提条件，这也是与陆域勘察最大区别之一。目前，国内勘察单位多为配备专用钻探船只，通常会根据当地条件，通过租用民船并加以简单安装或拼装，将其作为海上钻探作业的临时用船。因此施工工艺的前提和关键条件就是作业用船的选用。他同时也是工程安全的前提保证，基于此，对作业用船的选择必须遵守国家《建设工程勘察安全规程》（DBJ13-19-98）的相关规定，参照表1和表2所示。

对工程中较为常见的渔港或中小型港口，其勘查区域通常离海岸不过数百米，水深也只有10m左右。对于此类港口船只的选择，可根据以往实践经验，通常对单体船可采用30-40（T）；对于双拼装船只可采用15-20（T）即可满足应有的要求。若船只过小，钻机平台的安装将会十分困难，无法全面将工作面展开；若船只太大则会增加吃水深度，调整及移动不便，且会大大增加钻机平台安装的工作量。

2 技术分析

2.1 全孔取芯技术 桥芯质量要求即保证桥芯的原状态不扰动，尤其是岩桥面层以及以上的样品，不能因为机械的振动或人为的敲打而导致样品的松散和破碎。按照设计孔深对其进行钻探，该孔要达到设计孔深，否则就要加深空直到揭底预定的层位方可为止。

钻探工程在实施时遇到了海层复杂及施工操作难度大等问题。不宜采用内管超前钻具，因此方式桥芯进入桥芯体比较困难，进尺速度慢，且增加了个人的劳动强度和丢失桥芯情况比较严重。

取芯工具改进措施：首先，花瓣式卡簧取芯代替烧结取芯，加装内钻头在钻具的内管底部，加工出内台阶在内钻上，安装卡瓣机构。在施工的状态下，让卡瓣随着钻进时岩芯的顶进向上打开，并且使之贴在内管壁的追面上。当回次钻进到达提钻的时候，让卡瓣在岩芯摩擦力和其自身的重力作用下向中间合拢，同时把桥芯卡住。然后，用侧出水阶梯钻头代替水阶梯钻头进行改造，使阶梯钻头的阶梯部分对开出四个斜面的水口，使钻具内的冲洗液到达硬质合金齿底15mm处，此时钻头处于半润滑状态，钻头进过改装后使岩芯不再受冲洗液的冲刷。其次，用球阀代替柱状单向阀。安装单向阀在钻具内管接头上，使内管接头外圆加工出的公扣与内管相连，使内管接头外圆加工出的母扣与球阀座配合，加工出四个出水孔，其作用为返泥浆用，当桥芯进入钻具内管时，管内的泥浆就会向上挤压阀球，钢球受到影响就会向上移动，泥浆进入阀腔在中心孔内工作。沿出水孔会进如到内外管的循环腔内。通过此技术的改进，解决芯的脱落问题，使泥浆与岩芯在岩芯管内接触。为完全不受污染的岩芯奠定了基础。经过对钻具使孔深达到85～250m，同时也使桥芯有了很大的提高，达到了标准的要求，使钻进的速度也加快了许多。

2.2 孔内原位测试技术 从广义上讲，孔内原位测试技术是指在不破坏和不扰动被测对象原有的状态，在这情况下对被测对象的性能和状态进行评价。狭义上讲，孔内原位测试技术是指对岩石的反应或物理力学指标利用与之相对应的实验手段在天然状态下进行分析和公式评定。孔内原位测试技术具有在原位应力条件下就可以进行试验及对其试验周期短和高效率等一系列优点。

2.3 原状土取样技术 原状土取样质量对实验的成果具有很大的影响。采取的原状土样质量的等级不能低于II级，如若没有达到这个标准，除含水率实验的项目外，其他的实验项目的密度、渗透及固结等的一些经过实验的数据都将受到影响。一般采用厚壁贯入式厚壁原状去器去对原状图样进行采取，此方式用的仪器是镀锌铁皮衬管。

3 结论

随着位于海域工程的不断增加，近海钻探工艺与技术水平也在不断改进和提高。但毕竟海域工程有限，近海钻探工程的工作量也尚不多，技术、经验的积累还亟待提高，当前近海钻探工程技术中还存在很多问题需要解决，如海上钻井过程中泥浆回收技术等，需要我们在日后实践中不断加以完善和提高。

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