破碎地層鉆探施工技術淺析

劉 曼

（安徽省地質礦產勘查局321地質隊，安徽 銅陵 244033）

隨著我國的飛速發展，相關領域對于礦產資源的需求也在逐漸加大，而經濟為了提高礦產資源的供給，鉆探施工的規模也開始擴張，導致鉆探施工所面臨的地質環境更加復雜。破碎地層是現代鉆探施工當中最為常見的一種地質環境，在此地層條件下進行鉆探，容易導致坍塌、縮徑、掉塊、鉆孔彎曲等現象，阻礙了施工的正常開展，同時在某些大規模鉆探作業時，還可能會導致安全事故的發生，因此現代鉆探施工工程必須重視破碎地層鉆探施工的技術[1]。

1 破碎地層鉆探施工影響因素

1.1 地層影響因素

破碎地層環境十分復雜，其中存在著許多難以預測的問題，例如破碎地層的巖石層或巖石上體的軟硬質地分布不均勻、破碎地層水溶性與彈塑性難以預測、地層層理與片理發育動態性較大等等，在這些影響因素之下，很容易在鉆探作業時引發漏水、坍塌、掉塊、溶洞等現象，此類現象會嚴重的阻礙鉆探鉆機的作業，不利于鉆探施工的正常開展。此外，在部分大規模鉆探作業時，甚至還會引發安全事故，所以為了鉆探施工安全，應當重視鉆探施工技術的合理性。

1.2 鉆探設備因素

鉆探設備是實現鉆探施工最為基礎的因素，所以當鉆探設備存在不足，那么就必然導致鉆探施工的質量受到影響。在現代技術水平之下，鉆探設備的種類繁多，而其各自都有著不同的規格和不同參數，進而不同的鉆探設備所形成的鉆探結果就存在差異，而在現狀上，因為鉆探設備的規格與參數存在相似現象，所以有部分工程在選擇鉆探設備時，會選用相似但不適用的設備，如此就導致了鉆探施工技術質量受損[2]。

1.3 巖心與內管摩擦力不足

在正常的鉆探施工當中，其巖心會以柱狀進入內管，進而通過巖心與內管的摩擦力來保障鉆探施工的運行。但如果在此過程當中巖心與內管摩擦力較小，就會導致巖心在進入內管之前的內應力減弱，進而在扭矩原理之下，就會導致巖心破碎，形成內管的堵塞。當形成內管堵塞之后，鉆機的循環水就會受到阻礙影響鉆機的正常運作，會大幅度降低巖心的采取率。

2 提高破碎地層鉆探施工質量對策

2.1 合理制定鉆探施工流程

在破碎地層基礎上，因其地質條件十分復雜，會導致鉆探施工技術的開展受到阻礙，而為了保障鉆探作業的質量與效率，就需要在正式施工之前，充分開展地質條件勘察，在勘察結果上合理制定鉆探施工流程。勘察主要需確認地質條件、水文條件，進而依照勘察結果，工程單位需對鉆孔的終孔深度、開孔直徑、鉆進方法、換徑次數、下套管順序、護孔措施等施工流程與標準進行制定，從而確認施工各階段施工技術的適用性，確保工程開展順利，最終保障了鉆探作業的效率與質量[3]。

2.2 嚴控鉆探設備選型

鉆探設備選型同樣是影響鉆探作業開展與質量的重要因素，但因為鉆探設備選型需要人工進行作業，所以難免會因為人工不穩定性的影響，導致選型出現錯誤。因此為了避免鉆探設備選型出現錯誤，就需要鉆探工程單位加強對設備選型的管控，首先工程單位應當加強內部的溝通，使管控人員能夠了解鉆探需求，進而管控人員依照需求，需要對每一個鉆探設備的型號進行確認，以此無論在鉆探設備采購選型或施工選型上，都能夠有效避免設備選型出錯的現象。

2.3 巖心采取工藝選擇

巖心采取率是鉆探施工的重要標準，而要保障巖心采取率，則需要在正式的鉆探施工當中，依照地質條件、工作環境、巖石的可鉆性、研磨性、完整程度確認鉆探的工藝，例如孔底反循環鉆進的施工工藝，通過此工藝，可以有效的保證巖心采取率提高。此外，在工藝角度上，為了提高巖心采取的穩定性，還可以采取高效沖洗液來形成孔壁保護層，并同時因為沖洗液的原因，可以盡可能的鉆探巖石粉末被沖洗帶出孔外，避免鉆孔內管堵塞現象。圖1巖心鉆探作業。

圖1 巖心鉆探作業

3 實例分析

3.1 實例概況

某鉆探工程礦區面積為58.14m2，該工程通過勘察工作了解了實地地質環境、水文環境。地質環境方面，其中主要包括了變質砂巖、鈣質千枚巖、粉砂質板巖、石英巖等，在整體上來看，該工程礦區中，巖層呈現出褶皺及斷裂構造較發育，尤以斷裂構造最為發育；水文環境方面，其中主要包括了第四系孔隙潛水，其中巖性主要為亞粘土、中粗砂、少量卵石，厚度約為44m，水位埋深約為18m。通過勘察結果說明該地質環境為破碎地層。

3.2 鉆探工作設備選擇

實例鉆探工程為了保障施工的效率與質量，首先對鉆探設備的選型進行了嚴格管控。基于工程鉆孔設計，該工程選擇了2臺XY-42型鉆機、1臺HXY-6B型鉆機；2臺BW250 型泥漿泵、1臺BW150 型泥漿泵；2臺18.5m管子塔、1套23.5m四角塔進行施工。

3.3 鉆孔結構設計

實例鉆探工程結合實地地質環境與水文環境，在正式鉆探施工之前對其鉆孔進行了設計，具體設計為：鉆孔上部為第四系底層，厚度為44m，采用130mm合金鉆頭施工，當鉆孔開展至基巖部分，則向下引入127mm、中108mm雙層套管，最終以76mm繩索取芯鉆具完成鉆孔。

3.4 鉆探工藝選擇

實例鉆探工程在初期施工當中，頻繁出現了巖心堵塞現象，極大的阻礙了施工的開展，而為了對此現象進行改善，該工程對自身鉆探工藝進行了調整，在通過反復計算之后，實例工程采取了分壓式孔底局部反循環單動雙管鉆具設計，并在最終結果上來看，此鉆具設備獲得了成功。

3.5 分壓式孔底局部反循環單動雙管鉆具分析

首先對分壓式孔底局部反循環單動雙管鉆具設計的原理進行分析，該鉆具具備了孔底局部反循環、單動雙管的功能，在進行鉆探時，沖洗液會隨著其內部的3個送水孔進入內管循環間隙，直至達到孔底，此過程可以提高沖洗液帶走巖屑的效果，初步實現降低內管堵塞現象。

其次對該鉆具設計的特點進行分析，如下所示。

①內、外返液流量存在差異，一般將內返液流量設置較大；

②孔底正反沖洗液循環同步上返；

③該鉆具不采用活塞效應，因其返水孔與鉆桿外環空間貫通；

④大部分巖屑將由內管上返，其中返水孔難以排出的巖屑則存于內管上層。

3.6 鉆頭結構及其水路參數的設置

關于鉆頭結構的設置方面，實例工程首先設置了其鉆頭的內徑，此過程當中，因為多方面因素的的限制，其內管規格無法改變，所以基于鉆頭內徑與巖心粗細的關系，該工程結合工程需求設計了35mm的厚壁鉆頭，為方便加工，厚壁鉆頭胎體部分與繩索取芯鉆頭相同，鋼體部分與普雙鉆頭相同；在鉆頭水路參數的設置方面，實例工程主要基于鉆頭水路分布與沖洗液分流的控制關系，將鉆頭的內排水槽加深，削減了外排水槽的深度，以此增加了內管返水量，進一步實現避免內管堵塞現象，為之后的施工質量帶來保障。

4 結語

本文主要針對破碎地層鉆探施工技術進行了分析，分析內容方面，首先在普遍視角下，對破碎地層鉆探施工影響因素進行了介紹，之后則針對影響因素闡述了相關的改善對策，最終結合某實例鉆探工程，對其中解決“內管堵塞”問題的措施進行了分析，介紹了該孔的分壓式孔底局部反循環單動雙管鉆具設計。