地质岩心钻探操作流程规范详细

地质岩心钻探作为获取地下地质信息的核心手段，广泛应用于矿产资源勘探、地质灾害调查、工程地质勘察等领域。规范的操作流程是保障岩心质量、钻探效率及人员设备安全的关键。本文结合行业实践与技术标准，系统阐述岩心钻探全流程的操作要点与质量控制要求。一、前期准备阶段（一）技术准备开展钻探作业前，需完成地质设计方案的细化与审核，明确钻孔的设计目的、孔位坐标、终孔深度、地层预期及岩心采取要求。技术人员应结合区域地质图、物探资料等，预判钻进过程中的地层变化，制定针对性的钻进工艺（如金刚石钻进、硬质合金钻进或冲击回转钻进）。技术交底是核心环节：需向钻探班组明确钻孔结构（孔径、套管规格）、岩心采取率标准（一般固体矿产勘探要求≥85%，油气勘探随层位调整）、钻孔偏斜率允许值（通常≤1°/100m）及特殊地层的处理预案（如破碎带、含水层钻进措施）。（二）设备与材料准备1.钻机选型：根据孔深、地层硬度及施工环境选择钻机。浅孔（＜300m）可选轻便型液压钻机，深孔（＞500m）需配备履带式或车载式大功率钻机，确保扭矩与提升力满足要求。2.钻具检查：对钻杆、钻头、岩心管等关键部件进行探伤检测，钻杆丝扣需涂抹密封脂并检查磨损度，金刚石钻头需确认胎体完好、金刚石出刃正常。备用钻具数量应满足连续施工需求（如钻杆备用量≥孔深的1/3）。3.耗材与助剂：根据地层特性准备泥浆材料（膨润土、纯碱、纤维素），配制护壁泥浆（黏度18~25s、密度1.05~1.20g/cm³）；备足钻具润滑剂、密封件及应急维修工具（如丝锥、钻杆打捞器）。（三）场地准备1.现场踏勘：提前核查孔位周边地形、地下管线（如油气管道、电缆）及生态敏感区（如水源地、湿地），避开地质灾害隐患点（如滑坡体、岩溶塌陷区）。2.场地平整：采用机械或人工平整钻孔平台，面积≥6m×8m，坡度≤3°，并设置排水沟槽（深宽≥30cm），防止雨水倒灌钻孔。山区施工需修筑钻机运输便道，确保设备通行安全。3.辅助设施：搭建临时工棚（存放钻具、耗材），设置泥浆循环池（容积≥钻孔体积的2倍），安装电力或柴油发电系统（功率匹配钻机额定负荷）。二、钻探施工阶段（一）开孔作业1.孔位定位：使用RTK或全站仪精确测设孔位，误差≤5cm；埋设孔口管（直径≥开孔孔径2级，长度2~5m），管周用水泥砂浆或黏土封固，防止孔口坍塌、泥浆外溢。2.钻机安装：钻机底座需水平（水平仪检测误差≤0.5°），天车、立轴、孔口管中心三点一线，确保钻孔垂直度。履带式钻机需用支腿或配重固定，防止施工中移位。3.开孔钻进：采用大口径（如φ110mm）钻头开孔，转速控制在30~60r/min，泵量适中（保证孔底清洁），钻进至孔口管以下3~5m后，更换设计孔径钻具（如φ75mm），转入正常钻进。（二）钻进作业1.参数控制转速：硬质合金钻进为60~120r/min，金刚石钻进为400~800r/min（随钻头直径、地层硬度调整）；压力：金刚石钻进采用“低压慢进”（单粒金刚石压力3~5N），硬质合金钻进根据岩性调整（软岩10~20kN，硬岩20~30kN）；泵量：以孔口返浆均匀、无岩粉堆积为标准，一般为100~300L/min，破碎地层适当降低泵量防止冲垮孔壁。2.岩心采取提钻前需“扫孔”（轻压慢转1~2min），确保岩心进入岩心管；提钻速度≤0.5m/s，防止岩心脱落。取出岩心后，立即用钢尺测量长度（精确至0.5cm），计算岩心采取率（采取岩心长度/钻进进尺×100%），若低于设计要求，需分析原因（如钻头磨损、地层破碎）并采取补取措施（如缩短回次进尺、调整泥浆性能）。特殊地层（如煤层、矿层）需单独标记，用保鲜膜包裹防止风化，同步记录回次进尺、起止深度及岩心特征。3.异常处理卡钻：若钻具卡死，先尝试轻提慢转（提升力≤钻机额定负荷的80%），同时调整泥浆黏度（加入高分子絮凝剂）；若无效，采用“反打”（反转钻机）或下入打捞器（如公锥、母锥）处理，严禁强行提拔损坏钻具。孔漏失：出现泥浆漏失时，先降低泵量，投入锯末、谷壳等堵漏材料；严重漏失时，注入水泥浆封孔，待凝固后重新开孔。孔斜超差：每钻进50m或穿过主要地层界面时，用测斜仪检测孔斜。若偏斜率超标，采用“吊打”（轻压慢进）或换用弯接头、偏心钻具纠斜，必要时回填重钻。（三）换层与终孔作业1.层位判断：通过岩心岩性变化（如颜色、矿物成分、结构构造）、钻进参数突变（如进尺加快、扭矩增大）及泥浆返出物特征，结合地质设计预判地层界面，必要时采集岩屑辅助判断。2.终孔条件：达到设计孔深、钻遇目标层（如矿层、基岩面）或出现无法继续钻进的情况（如孔内事故、设备故障），经地质人员确认后终止钻进。3.孔深测量：终孔后用测绳（或钻杆）精确测量孔深，误差≤1/1000，作为钻孔成果的最终深度。三、岩心处理与编录阶段（一）岩心整理1.清洗与排序：用清水冲洗岩心表面泥浆，按回次顺序（从孔底到孔口为1#、2#…）排列，断裂岩心用红漆标记“上、下”端，缺失段用空白牌标注（注明回次、深度、缺失原因）。2.装箱存储：将岩心放入岩心箱（箱长1~2m，分层隔板间距≥岩心最大直径），每层岩心下方垫海绵或软布防止碰撞；箱外侧标注钻孔编号、回次号、岩心起止深度及箱号（如ZK____，10.5~25.3m）。（二）岩心编录1.地质描述：按《岩心钻探规程》要求，逐段记录岩心的颜色（原生色、风化色）、结构（晶粒大小、分选性）、构造（层理、节理、片理）、矿物成分（肉眼可辨矿物如石英、长石）、化石及蚀变现象（如硅化、黄铁矿化）。对矿化层需描述矿化类型（浸染状、脉状）、品位变化（用比色卡或简易测试）。2.拍照与标注：用高清相机（垂直俯拍，标尺刻度清晰）拍摄岩心全貌，重点层位（如矿层、断层）拍摄特写；在岩心箱对应位置粘贴标签，标注岩性、深度、样品编号（如Y____，用于化学分析）。3.编录表填写：同步填写《岩心钻探编录表》，包括回次号、进尺、岩心长度、采取率、岩性描述、样品位置等，数据需与现场记录一致，严禁事后补填。（三）岩心保管与运输1.临时存储：岩心箱需存放在干燥、通风的库房，远离油污、化学试剂，防止岩心风化、污染。山区施工可搭建防雨棚，底部垫高30cm以上。2.长途运输：采用封闭货车运输，岩心箱用绳索固定，防止颠簸移位；途经颠簸路段需减速，避免岩心断裂。四、设备维护与场地恢复（一）设备保养1.钻具清洁：钻杆、钻头、岩心管拆卸后，用清水冲洗泥浆，丝扣涂抹防锈脂，钻头胎体用毛刷清理金刚石表面的岩粉。2.钻机维护：排放钻机液压油、柴油滤清器杂质，检查履带张紧度、钢丝绳磨损度（断丝率＞10%需更换），对回转机构、提升系统加注润滑脂。3.泥浆处理：废弃泥浆经沉淀（或絮凝剂处理）后达标排放，严禁直接排入河流、农田；泥浆池、循环槽用土回填夯实，恢复地貌。（二）场地恢复1.废弃物清理：收集钻具包装、废机油、破损钻杆等废弃物，分类存放并交由专业机构处理，严禁就地掩埋。2.地貌恢复：拆除临时工棚、泥浆池，用推土机或人工平整场地，恢复植被（如撒播草籽、移栽原生植物），山区施工需修筑截水沟防止水土流失。五、质量与安全管控（一）质量控制1.岩心质量：岩心采取率每回次检查，单日采取率＜70%时需停工整改；岩心完整性（无明显破碎、磨圆）需满足后续分析要求，破碎岩心需用环氧树脂固结。2.钻孔质量：终孔后进行钻孔垂直度检测（如井径仪、陀螺测斜仪），偏斜率超标时需提交补钻方案；钻孔孔径需满足后续测井、取样要求（如水文孔需预留测井空间）。（二）安全规范1.个人防护：作业人员必须佩戴安全帽、防滑鞋、防护手套，高空作业（如钻机维修）系安全带，设置安全警示带（距孔口5m范围）。2.设备操作：钻机启动前需鸣笛警示，严禁非操作人员触碰控制台；电气设备需接地（接地电阻≤4Ω），柴油发电机远离工棚（间距≥5m）防止一氧化碳中毒。3.应急预案：制定火灾、触电、孔内事故应急预案，配备灭火器、急救箱