深部地質巖芯鉆探技術探討

王　盛，熊柏槐，宋國清

（江西地質礦產開發局九一二大隊，江西鷹潭355001）

深部地質巖芯鉆探技術探討

王盛*，熊柏槐，宋國清

（江西地質礦產開發局九一二大隊，江西鷹潭355001）

主要介紹深部地質巖芯鉆探設備的選擇、對鉆井液的性能要求，通過改善鉆頭工作層、減少孔內壓力、增加鉆具扶正器很好的解決了鉆頭壽命短、造斜地層鉆孔偏斜、深孔易斷鉆桿等問題。

深部地質巖芯鉆探；鉆頭壽命；鉆孔防斜；鉆進壓力；鉆井液

1　深部鉆探的意義

深部鉆探是通向地殼深部的通道，能夠使人們直接客觀地探明地球深部地層礦藏資源，通過探測地殼與上地幔的結構、物質組成、低溫、地應力、地電、地磁、地熱等情況來預防預警地質災害。對于發展地球科學和勘查技術，發展社會經濟改善人們的生活同樣意義重大。

2　深部鉆探的定義（地質巖芯鉆探）

淺孔：0～300m；

中淺孔：300～600m；

中深孔：600～1200m；

深孔：1200～2500m；

特深孔：大于2500m。

3　施工深部鉆探主要技術問題

3.1設備的選擇（見表1）

表1　依據鉆孔深度的設備選擇

鉆機型號的選擇還受地層情況、巖石力學性質、鉆孔設計孔徑結構、鉆孔設計頂角等因素影響，實際工作中還要依據實際情況判定。

鉆桿選用F89mm國產繩索取芯鉆桿和F71mm繩索取芯鉆桿。

鉆具選用液動沖擊錘繩索取芯鉆具，復雜地層配合半合管繩索取芯鉆具以確保巖礦芯采取率。

鉆頭采用高胎體同心圓鋸齒型金剛石鉆頭，鉆頭環狀工作面寬、水口深的鉆頭有利于鉆頭通水性并不易崩胎體。

3.2鉆井液的選擇

鉆井液的選擇主要是確保鉆進的高效、安全。因此對繩索取芯鉆進用鉆井液有以下要求：

（1）不與巖體、巖粉發生化學反應，隨著地溫增加不會出現絮凝、降解現象；

（2）對地下水、地表無污染無副作用；

（3）無固相或低固相并具有潤滑排粉冷卻鉆頭的功能；

（4）具有低粘度、低失水、高分散性。

4　實例（江西景德鎮浮梁縣朱溪銅鎢礦鉆探項目ZK5409孔）

現以我單位在江西景德鎮朱溪銅鎢礦項目ZK5409號孔為例與各位同行一同學習探討。ZK5409孔設計孔深2250m，終孔孔深：2208.20m。

礦區內地層比較穩定，無涌水、垮塌孔現象較少且不連續，局部破碎出現在1000～1200m。故采用的鉆孔結構較簡單。

鉆孔結構：1～20m為F127mm口徑；

20～50m為F108mm口徑；

50～1350m為F95mm口徑；

1350m—終孔為F75口徑。

鉆機型號：HXY-6B，泥漿泵型號：BW-320，鉆塔：SGX17，鉆機動力：150kW，繩索絞車動力7.5kW。

鉆井液的選配：選用2000萬分子量水解聚丙烯酰胺、高效鉆井潤滑劑、磺化瀝青、羧甲基纖維素等泥漿材料。在施工過程中依據地層變化適量調配藥劑用量，并配備好相應的除砂設備和泥漿沉淀池以降低沖洗液固相含量。

鉆進過程中遇到以下問題：

（1）鉆孔施工至1700m后鉆頭壽命短，鉆頭消耗快，導致起下大鉆頻繁，對孔壁穩定性不利，勞動強度大，嚴重影響鉆進效率；

（2）鉆孔頂角難控制，對于造斜地層頂角尤其難以控制；

（3）鉆進至一定深度后易發生斷鉆桿現象；

（4）鉆桿伸縮性難估算，上余不準，導致內管總成報警信圈炸裂無法正常撈取內管；

（5）套管下入深，起拔困難。

采取的解決措施：

（1）降低鉆進壓力、做好鉆桿和水泵的水路密封性；加高鉆頭工作面、加大鉆頭出水口；在鉆頭上鑲嵌金剛石聚晶材料等措施很好的解決了鉆頭壽命短的問題。鉆頭壽命由30m增加到150m，大幅度節約了起下鉆具的輔助作業時間，減少了工人勞動強度、很好的保持好孔壁穩定性，提高深孔鉆探的生產效率。

（2）地基和底盤要堅固、穩定，鉆塔和鉆機安裝要周正、牢固、水平。鉆塔天車輪、提引器中心、主動鉆桿中心與鉆孔中心在同一條鉛垂線上；不得使用曠動的主動鉆桿及彎曲的主動鉆桿、鉆桿和巖芯管。降低鉆井壓力，保證鉆桿處于拉伸狀態；鉆具多配2套導正擴孔器；使用液動潛孔錘繩索取芯鉆具鉆進。通過使用以上方式可取得較好的防斜效果。當遇到強造斜地層時配合使用螺桿馬達糾斜鉆具對已經跑偏的鉆孔進行糾正，但此法在糾正過程中無法保留巖芯，而且對水泵的上水量、泵壓要求較高。

（3）檢查鉆桿及配套接手，出現受損的立即更換；鉆柱啟動和鉆進過程中保證鉆桿處于拉伸狀態；鉆柱啟動時應慢慢松開離合器防止啟動時的瞬間扭矩作用在鉆柱上導致鉆柱受傷；鉆進過程中降低鉆進壓力；改善泥漿潤滑性減小鉆柱扭矩；通過以上措施有效減少了經常斷鉆桿現象。

（4）通過減少回次進尺，每回次鉆進2.8m便開始撈取巖芯（內管長3.0m），可以很好的預防內管總成報警信圈炸裂難以打撈的問題。

（5）影響深孔臨時套管起拔成功的主要因素有鉆孔孔斜率大、孔壁不規不圓滑、孔壁吸附套管、巖粉抱埋套管。因此在做好鉆孔防斜的基礎后，下入套管前應在套管外壁涂抹黃油，以防孔壁吸附套管；做好孔口封閉措施，防止巖粉隨泥漿進入套管和孔壁之間的間隙抱埋套管。

5　結語

深部地質巖芯鉆探施工在獲得地球深部地質信息的同時其資源投入也是非常大，因此施工過程中的施工管理尤為重要。做好現場監督、現場日記，材料供應，理順施工生產活動中人與人之間的協作配合關系，落實責、權、利一致的原則都是我們應該做到的，只有依靠集體的力量才能取得較好的工作效果。

［1］鄢泰寧.巖土鉆掘工程學［M］.武漢：中國地質大學出版社，2001.

［2］劉廣志.金剛石鉆探手冊［M］.北京：地質出版社，1991.

［3］王扶志，張至強，宋小軍.地質工程鉆探工藝與技術［M］.長沙：中南大學出版社，2008.

［4］王達.深孔巖芯鉆探的技術關鍵［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，（增刊）.

P634

A

1004-5716（2016）03-0063-02

2015-03-09

王盛（1988-），男（漢族），江西撫州人，助理工程師，現從事地質礦產勘查技術工作。