刍议深部地质钻探钻柱失稳行为

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1、刍议深部地质钻探钻柱失稳行为　　地质工程的钻探对于工程建设项目和科学研究活动的顺利进行有重要的意义。随着时代的发展，人们认识自然的理论基础不断丰富和完善，对于改造自然世界的技术水平也有了较大程度的增长。当前社会的发展，离不开先进的科学与技术的应用。例如，在世界各地广泛存在的各类建筑工程项目，极大改善了人们的生产生活水平，提升了整个社会的面貌。建筑工程想要有效发挥其在人们生活中的作用，必须要保证项目在建设时，工程地质条件得到有效的确定，然后采取一定措施确保建筑能够长期稳定存在于这样的地质层上，因此，必须要对地质钻探进行研究。随着目前越来

2、越多的高架桥、高层建筑等的建设以及对地质深层资源开采方面存在的紧迫性，要求深部地质钻探技术水平不断取得突破。在当前，虽然钻探技术取得了一定的突破，但是钻探过程中，存在的钻柱弯曲、变形或者是钻进受到阻力不均时，都会对钻柱的运动产生一定的影响，这些影响带来的后果就是钻柱会发生横向、纵向、扭转或者是涡动等各种形式的不良振动，但是，至今我国的科研人员都不能将这些深部地质钻探过程中存在的钻探柱失稳的现象的深层次原因解析出来，主要是对钻柱力学特性的描述不够准确。基于此，笔者结合自身工作经验，并通过一定的文献资料查阅、调查采访和实验，对深部地质钻探

3、中存在的钻探柱失稳的行为进行一定的研究。　　1深部地质钻探钻柱失稳行为研究的目的和意义　　对于钻探工作而言，钻柱的失稳行为将会严重阻碍工作的有效开展和顺利推进。在钻机钻进过程中，如果钻探柱失稳，将会增大钻进的摩擦阻力，使钻压的传递难度增大，还会导致卡钻或者是自锁事故的发生，对于维持孔壁的稳定会带来重要的损害，而且还会使得钻孔轨迹的控制难度加大。　　对于深部地质钻探过程中存在的钻柱失稳行为，我国已经研究了几十年，虽然取得了一定的突破，但是研究的中心放在了对于钻柱失稳行为的定性和过程描述上，所得到的结果也一般都是近似的结果，没有提出具体的

4、理论。因此，对于钻柱的系统性研究还有待进一步加强。由于钻柱的失稳不仅有着地质结构自身的复杂性特点，而且还存在着一定的无法直观观测的难处，因此，对于钻柱的失稳需要进行更多的实验和探讨，以帮助更好的确定钻柱失稳的过程，及时的发现钻柱的失稳并弄清其真正原因，将已有的理论、经验等进行深化和完善，促进我国地质钻探工作的更为高效的开展。　　2深部地质钻探工艺及技术流程　　2.1钻孔位置选取　　在钻探工作正式进行之前，首先需要确定钻孔的位置。确定钻孔的位置需要结合工程实际需要和相关的地质调查历史依据进行综合考虑确定。　　2.2钻孔结构设计　　笔者结

5、合某地质勘查工作中需要进行的钻探工程为例，分析其钻孔结构的设计。　　对于K2地块深层矿石储量的钻探施工，主要是结合本地区的多年的地质调查结论和附近的多个钻孔获取的大量的地质资料，对本区域1000米范围内的地质情况有一定认识，但是桩井附近的深部构造研究的地球物理资料相对较少。通过对临近地区的地质资料的分析，对本地区的地层岩石的物理力学性能，尤其是硬度、稳定性和水敏性有了一定的认识，对勘测区域的综合地层柱状图做了一个简要的分析，然后，结合实际情况，设计钻探过程中的钻孔结构为：在钻孔进行开孔过程中，采用直径为150毫米的硬质铝合金钻头进行，

6、当钻探通过10米厚的覆盖层达到稳定砂岩后，再下入直径为146毫米的孔口管。第一次进行钻探采用的是122毫米的绳索取心钻具钻进至600米深度，下入直径为108毫米的套管；第二次开采采用的是直径为96毫米的绳索取心金刚石钻头钻进400米，下入直径为89毫米的套管；第三次开钻采用的是直径为76毫米的绳索取心钻具钻进800米，形成终孔。然后再采用优质的泥浆进行钻进。对于钻孔结构的设计，如图一所示。　　图一钻孔结构示意图　　2.3钻进参数及钻具组合　　在深孔岩心钻探中，常常采用的钻进方法有金刚石钻进、复合片钻进和硬质合金钻进等；常常采用的取心方

7、法有绳索取心、双管取心和单管取心。在深孔岩心钻探中，采用单动双管取心钻具，显著的特点是在钻进过程中，内管不转动，只有外管转动，这样的取心方式不仅有效防止了冲刷，而且对于避免岩心管震动、摩擦等机械损伤和对于岩心的扰动都有重要的意义。对于桩处的地质工程勘探，比较适合的钻探方法是选用孕镶金刚石绳索取心钻进方法钻进。　　钻进规程参数的选取：　　（1）钻压：对于K2地块地质的钻探，采用了孕镶金刚石绳索取心钻进方法钻进，对于钻进过程中钻压，结合有关工程实践，当进行直径为96毫米的钻具进行钻进时，正常的钻压应控制在12～15千牛之间；使用直径为76

8、毫米口径的钻头钻进时，正常的钻压应控制在10～12千牛之间。　　（2）转速：由于K2地块所处的地质条件较为复杂，设计的钻孔结构比较复杂、换径次数较多和环状空间大等特点，为了保证钻具能够有效钻进，防止孔内事故的出现，在钻进