巖芯鉆探深孔施工之重點(diǎn)

刁長(zhǎng)河（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)　哈密　839000）

巖芯鉆探深孔施工之重點(diǎn)

刁長(zhǎng)河
（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì)哈密839000）

隨著地質(zhì)找礦的深入和發(fā)展，深孔施工越來越多，這就要求組織者在各方面有更充分的準(zhǔn)備和應(yīng)對(duì)措施。

1　設(shè)備選擇

現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)設(shè)備，依次排列基本可滿足一般性質(zhì)的深孔施工要求：

⑴鉆機(jī)：HXY-6或HXY-6B，滿足Φ75口徑終孔1 500m鉆孔；HXY-8或HXY-8B，滿足Φ75口徑終孔2 500m鉆孔；HXY-6或HXY-9B，滿足Φ75口徑終孔3 500m鉆孔。

其他進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)全液壓設(shè)計(jì)2 000～3 000m的設(shè)備，實(shí)際應(yīng)用中可按70%～80%的能力進(jìn)行選擇。

⑵鉆塔：鉆塔的選擇以提升承重能力為最重要的指標(biāo)，根據(jù)使用的鉆桿單米重量和鉆孔深度，同時(shí)同孔壁摩擦力降低提升能力最少以30%計(jì)算，即設(shè)計(jì)50 t承載的鉆塔，選擇時(shí)應(yīng)以最大承載力35 t擇用。

⑶水泵：當(dāng)采用小口徑深孔鉆進(jìn)時(shí)，隨著鉆孔的不斷加深，沖洗液循環(huán)阻力不斷增大，泵壓增大。一般千米以內(nèi)的小口徑鉆孔，BW-250水泵可適用，工作泵壓達(dá)到4～5mPa即可，但當(dāng)鉆孔深度達(dá)到2 000～3 000m時(shí)，環(huán)空間間隙小于5mm時(shí)，最小工作泵壓不應(yīng)低于10mPa的水泵方可滿足施工要求。

⑷鉆桿：對(duì)于連續(xù)取芯巖芯鉆探，當(dāng)以繩索取芯工藝為首選，那么鉆桿的選擇尤為重要。不論選擇NQ、PQ標(biāo)準(zhǔn)的鉆桿，當(dāng)以材質(zhì)、加工工藝為重，超深鉆孔（3 000m以上），更應(yīng)考慮特殊材質(zhì)和加工工藝的鉆桿。足夠強(qiáng)度的鉆桿是減少孔內(nèi)事故的強(qiáng)力保證。

2　施工設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要點(diǎn)及影響因素：

2.1鉆孔結(jié)構(gòu)

2.1.1影響因素

⑴鉆孔深度：鉆孔設(shè)計(jì)深度越深，鉆孔結(jié)構(gòu)越多級(jí)化；

⑵地層因素：地質(zhì)設(shè)計(jì)地層越復(fù)雜，鉆孔結(jié)構(gòu)越多；

⑶現(xiàn)有設(shè)備即輔件的能力：鉆孔設(shè)計(jì)深度越深，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)備選擇時(shí)更應(yīng)有針對(duì)性。

2.1.2設(shè)計(jì)的原則

把施工中可能遇到的麻煩盡量考慮全面，從而使鉆孔結(jié)構(gòu)更復(fù)雜一些，但不能因僥幸而簡(jiǎn)易。

⑴要預(yù)留足夠的口徑，應(yīng)對(duì)地層因素造成的困難，當(dāng)?shù)貙訌?fù)雜，構(gòu)造多變時(shí)，盡量用較大口徑的孔段，保證上段或多段的技術(shù)套管的使用或水泥封固的需求；

⑵考慮有足夠的孔內(nèi)環(huán)空間隙保證沖洗液的循環(huán)暢通；

⑶級(jí)配合理：在沒有地質(zhì)設(shè)計(jì)特殊要求的情況下，應(yīng)根據(jù)國(guó)內(nèi)或進(jìn)口沿用的系列逐級(jí)遞減。比如，Φ150→Φ130→Φ110→Φ91→Φ75→Φ60。

通常，對(duì)千米以上的鉆孔，一級(jí)孔徑只能穿過表層完全無膠結(jié)的風(fēng)化層即可，以不超過20m為宜，然后下井口管封固，并且盡量配合水泥漿全封管外間隙，配合水泥墩穩(wěn)固井口，水泥墩應(yīng)不小于深1.5～2m，直深1.5～2m。

二級(jí)孔徑：原則上應(yīng)直達(dá)基巖，即穿過不穩(wěn)定地層。二級(jí)孔徑的孔深隨不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化而定，可能僅百米左右，也可能超過千米。因此，設(shè)計(jì)該級(jí)孔徑的鉆進(jìn)深度時(shí)，以超基巖5～10m為標(biāo)準(zhǔn)，而在實(shí)際施工時(shí)，如果取芯要求較高，可先用小口徑快速取芯并探明基巖的具體位置，然后擴(kuò)孔完成。二級(jí)孔徑達(dá)到預(yù)計(jì)孔深后，必須用強(qiáng)度較高的地質(zhì)管材封固，因?yàn)橥捎谏羁资┕ぶ芷陂L(zhǎng)，該孔段問題較多，且一旦發(fā)生就很難處理。

三級(jí)孔徑：該孔徑可根據(jù)下部巖石特性而定，如果下部巖石已穩(wěn)定，該孔徑可適當(dāng)減小鉆進(jìn)深度，但設(shè)計(jì)原則應(yīng)確定該孔段的鉆進(jìn)深度超過設(shè)計(jì)孔深的2/3，比如：設(shè)計(jì)孔深3 000m，那么該孔深鉆進(jìn)深度應(yīng)超過2 000m。

終孔孔深：即地質(zhì)設(shè)計(jì)的終孔孔深，該孔徑在設(shè)計(jì)時(shí)，可預(yù)留全孔段的1/3深度，但在實(shí)際施工時(shí)，該孔段的深度越小對(duì)成井而言越安全。

總之，深孔施工設(shè)計(jì)和地質(zhì)設(shè)計(jì)的終孔孔徑，稍大一級(jí)為宜。因?yàn)榈刭|(zhì)設(shè)計(jì)的終孔孔徑要求是終孔的取芯直徑，而鉆探施工只要能滿足地質(zhì)要求，當(dāng)然還要追求安全完孔。

2.2技術(shù)套管

技術(shù)套管在井壁穩(wěn)定性差的鉆孔內(nèi)，完全回收的可能性較小，但不可因降低成本而選擇低劣等級(jí)的普通管材，否則可能引起敲裂或磨裂事故，另外，長(zhǎng)孔段下入技術(shù)套管，每個(gè)連接處應(yīng)涂膠膠結(jié)，以防倒扣脫落。下入井內(nèi)時(shí)，外壁涂抹非水溶性潤(rùn)滑劑，以便減小摩擦阻力。

2.3鉆頭選擇

鉆頭規(guī)格：通常在巖芯完整，孔壁穩(wěn)定的底層，深孔鉆進(jìn)選擇鉆頭比系列標(biāo)準(zhǔn)稍大2～3m即可，在巖芯破碎、易塌垮，遇水膨脹的地層，選擇鉆頭比系列標(biāo)準(zhǔn)最大可以超過20mm。據(jù)查，在新疆某頁巖氣鉆孔施工時(shí)，Φ95系列的鉆具選擇加大到Φ110的鉆頭，成功完成鉆進(jìn)1 850m。

鉆頭底唇和工作層：底唇以選圓弧和外錐直面形為準(zhǔn)，工作穩(wěn)定易于排粉，壽命較長(zhǎng)。工作層宜加厚0.5～1.0 cm，以增加鉆頭壽命。

2.4沖洗液配制及管理

⑴護(hù)壁性：淺部鉆進(jìn)，當(dāng)以粘土泥漿較佳，成本低、配制容易、效果好；深部鉆進(jìn)，當(dāng)以無固相化學(xué)漿液為主，保證粘度、比重適中，流動(dòng)性好，同時(shí)兼顧護(hù)壁。

⑵潤(rùn)滑性：淺部鉆進(jìn)，無需特殊潤(rùn)滑措施；但當(dāng)鉆孔超過1 000m時(shí)，沖洗液的潤(rùn)滑性應(yīng)當(dāng)作為一項(xiàng)重要指標(biāo)加以配制，可選的潤(rùn)滑材料應(yīng)以巖屑酸堿性而定。必要時(shí)輔助非水溶性油脂涂抹鉆桿，效果良好；在超深孔鉆進(jìn)時(shí)，如果上部封固良好，沖洗液不易流失，可考慮選用油基沖洗液。油基沖洗液雖然成本較高，但流動(dòng)性較好，潤(rùn)滑性強(qiáng)，除礦簡(jiǎn)單，容易保持清潔和長(zhǎng)期重復(fù)使用。

⑶沖洗液管理：沖洗液在正常使用過程中，首先，必須派專人管理，隨時(shí)測(cè)量其比重、粘度、含礦含泥量，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)調(diào)整。其次，當(dāng)沖洗液循環(huán)量不足時(shí)，必須補(bǔ)充各指標(biāo)合格的備用液，且不可隨意添加清水或其它配料。

3　深孔鉆進(jìn)過程中操作要點(diǎn)

3.1取芯

⑴選擇能力足夠的卷揚(yáng)設(shè)備，在一般千米以內(nèi)的鉆孔中，普通卷揚(yáng)設(shè)備配Φ6mm鋼絲繩即可，但當(dāng)深孔超過2 000m時(shí)，Φ6mm的鋼絲繩強(qiáng)度就達(dá)不到要求，而要配備Φ8mm或Φ10mm的鋼絲繩，就必須配備相應(yīng)能力的卷揚(yáng)設(shè)備。

⑵鉆具結(jié)構(gòu)稍作優(yōu)化，選擇特殊設(shè)計(jì)的鉆頭，即鉆頭內(nèi)徑小于系列標(biāo)準(zhǔn)2～3mm，內(nèi)管總成可相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)總成減小2～3mm，以便提升和投放暢通。

⑶完整巖層取芯管可稍作加長(zhǎng)，但最長(zhǎng)不宜超過6m，不管巖層是否完整，卡簧以使用一回次即換為宜。

3.2參數(shù)

轉(zhuǎn)數(shù)：4000m以內(nèi)，以500～1000轉(zhuǎn)為宜；1000～1 500m孔段，以500～800轉(zhuǎn)為宜；1 600～2 000m孔段，以400～600轉(zhuǎn)為宜；2 100～3 000m孔段，以200～400轉(zhuǎn)為宜；鉆壓：Φ150鉆頭，以不大于2.5 t為宜；Φ130鉆頭，以不大于2.0 t為宜；Φ95鉆頭，以不大于1.5 t為宜；Φ75鉆頭，以不大于1.0 t為宜；泵量：Φ110～Φ 150口徑鉆頭，選擇150～200 L/min為宜；Φ75～Φ91口徑鉆頭，選擇80～150 L/min為宜。

在深部鉆進(jìn)時(shí)，考慮到部分漏失，只要所用水泵的承受能力足夠，泵量采用唯大不小的原則。

3.3事故預(yù)防

⑴預(yù)防燒鉆：保證水泵正常工作，供液量足夠；保證鉆桿、鉆具密封良好，嚴(yán)防孔內(nèi)假循環(huán)。精心觀察孔內(nèi)泵壓變化。

⑵預(yù)防跑鉆：保證提升系統(tǒng)安全可靠，保證孔口夾持系統(tǒng)安全可靠，精心操作。

⑶預(yù)防埋鉆：每回次鉆進(jìn)結(jié)束，鉆頭必須提高孔底足夠高度，再作取芯。通常，1 000m以內(nèi)孔深，提高10～15m；1 000～1 500m以內(nèi)孔深，提高15～30m；1 500～2 000m以內(nèi)孔深，提高30～50m；2 000～3 000m以內(nèi)孔深，提高50～100m。

當(dāng)鉆孔超過1 000m以后，取芯后如果采用加重桿和打撈器壓送取芯總成，切記應(yīng)在壓送前開泵沖孔，時(shí)間根據(jù)實(shí)際孔深而定，比如，鉆孔達(dá)到2 000m時(shí)，沖孔時(shí)間不能少于1 h。

嚴(yán)防鉆桿柱和鉆具在孔內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間靜置，如果條件允許，每?jī)尚r(shí)適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)或上下提動(dòng)鉆具，同時(shí)配合沖孔。

（4）預(yù)防裸鉆孔塌垮：裸孔靜置時(shí)間過長(zhǎng)，極易造成孔壁塌垮，一旦塌垮，處理困難。因此，分析裸孔可能靜置較長(zhǎng)時(shí)間后，之前必須用清潔沖洗液沖洗鉆孔，然后將加重沖洗液注入孔內(nèi)，加重沖洗液的比重比正常使用的沖洗液比重加大20%～30%即可。

收稿：2016-04-05

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.002