淺談礦井施工工藝和提高鉆效的方法

趙文杰

（河南省資源環境調查四院，河南 鄭州 450046）

由于該項目是本地區的預查項目又是本區塊的第一口井，在機械設備選擇，確定鉆具組合，井徑結構方面沒有確切的地質資料做依據，本著優化鉆孔結構，節省材料施工成本為原則，從多渠道收集該地區的地層資料，精心編寫施工組織設計，根據地層資料和設計要求，確定鉆具組合和鉆孔結構。地質設計要求，第四系無芯段為200m，見基巖后至終孔全取芯，巖芯直徑不得小于91mm。

1 概況

在三門峽陜州區丁管營村施工的“礦山預查區鉆探工程”項目，該項目是河南省財政項目，設計孔深1700m，終孔孔深1751.18m。第四系設計總厚度為200m 無芯段，自見基巖至終孔全取芯。

2 鉆探主要設備

本孔所采用的設備有GZ-2600 鉆機，鉆塔MA110/27 型，QZ-500 型泥漿泵，Y315-4-280kw 電動機作為泥漿泵的動力，Y315-4-160kw 電動機作為鉆機的動力，Y315-4-90kw 電動機作為注漿泵的動力，2PNL30-80 振動篩1 臺，1000 千伏安箱變一套，離心機等。

3 鉆進技術要求

3.1 鉆孔結構

表1 鉆井設備要求

3.2 鉆進方法

3.2.1 一開鉆進方法

一開采用φ311 牙輪鉆頭進行無芯鉆進，鉆進200m 下入φ245表層套管，二開采用φ215 牙輪鉆頭進行無芯鉆進，從200m 鉆進至終孔。

一開鉆進：開孔～見基巖前孔深井段，采用Φ311mm 牙輪鉆頭無芯鉆進，根據地質設計要求，在設計見基巖時提前取芯驗證，以確定見基巖深度，防止無芯鉆進將其穿過。

開孔時要輕壓慢轉，立軸全部進入井眼后方可加壓鉆進，保證鉆孔開孔孔直度，防止孔斜。

上部地層疏松，黏土及砂層較厚易縮徑，鉆進中注意控制水泵泵量和泵壓，并觀察鉆井液的各項指標，及時調整以保證井壁的穩定，起到保護鉆孔孔壁，避免出現縮徑包鉆影響孔內安全。

3.2.2 二開鉆進方法

二開鉆進：見基巖后換成Φ215mm 取芯鉆進。

二開換徑時，下入Φ215mm 鉆頭+取芯器，上部要加Φ215mm 螺旋扶正器，輕壓慢轉將小眼開直。

進入基巖后，取芯時巖芯要卡牢，防止起鉆時巖芯脫落。

3.3 鉆具組合

3.3.1 一開鉆具組合

0m～200m：Φ311mm牙輪鉆頭+Φ159mm鉆鋌1根+Φ311mm螺旋扶正器+Φ159mm鉆鋌（6-8根）+Φ127mm鉆桿+108×108 mm方鉆桿。

3.3.2 二開鉆具組合

200m～1757.18m：Φ215mmPDC 取芯復合片鉆頭+川7-4取芯器+Φ159mm 鉆鋌（6～8 根）+Φ127mm 鉆桿+φ89mm 鉆桿+108mm×108 mm 方鉆桿。

3.4 鉆進技術參數

3.4.1 鉆進參數

根據地層的情況，地層巖石的可鉆性均屬中等類型，正常情況下鉆進參數可選取下表參數，在開孔、換層、換徑、情況異常時，鉆壓、轉速減半。

表2 鉆進參數參考表

3.4.2 鉆井液性能指標

（1）一開井段（0m～200m），選用普通泥漿：配方：80～120kg/m3鈉膨潤土+0.1%～0.2%純堿（Na2CO3）+0.2%～0.3%腐殖酸鉀+0.3%羧甲基纖維素（HV-CMC）。

泥漿性能要求：密度：1.25g/cm3～1.30g/cm3，漏斗粘度：30～40.S，失水量：15ml/30min，泥皮厚：2mm含砂量：0.2%～0.3%，PH值：8～9。

（2）二開井段(200～1757.18m)選用普通泥漿：配方：40kg/m3～45kg/m3鈉膨潤土+0.1%～0.2%純堿+0.3%～0.5%腐殖酸鉀+0.6%低粘鈉羧甲基纖維素+0.2%高粘鈉羧甲基纖維素+0.2%廣譜護壁劑Ⅲ型。

性能要求：密度：1.10g/cm3～1.25g/cm3，漏斗粘度：28～35s，失水量：8ml/30min～15ml/30min，泥皮厚度：0.5mm～1.5mm，含沙量：0.2%，PH值：8～9。

3.4.3 鉆井液分段技術措施

（1）0～m200m 井段：配制基漿：先在配漿水中加入：0.1～0.2 純堿（Na2CO3）調整PH 值為9.5～10，再加入定量鈉膨潤土，充分預水化，用攪拌機攪拌均勻。

在基漿中加入：0.2%～0.3%磺化褐煤樹脂（或腐殖酸鉀）和0.3%低粘鈉羧甲基纖維素，調整泥漿性能達到設計要求，并視鉆進地層情況，調整粘度、切力以增加懸浮和攜砂能力，如鉆遇流砂，卵礫石層時可適當增加泥漿的粘度和比重。

（2）200m～1757.18m 井段：配制基漿：先在配漿水中加入：0.1～0.2 純堿（Na2CO3）調整PH 值為9.5～10，再加入定量鈉膨潤土，充分預水化，用攪拌機攪拌均勻。

在基漿中加入：0.3%～0.5%腐殖酸鉀，鈉羧甲基纖維素以膠液方式加入，以調節失水量和粘度、切力，使泥漿性能達到所鉆地層要求，在施工過程當中根據所鉆地層不同要適時調整泥漿性能指標。

（3）維護必須加足降失水劑，控制失水量，保持PH 值在9～10，同時注意降摩阻，防止粘、卡鉆。

4 施工過程中提高效率的方法

4.1 鉆頭上的改進

在取芯段為了滿足地質設計要求，我們采用川7-4 取芯器進行取芯，與取芯器配套的現成鉆頭大都是針對硬巖而設計的，在鉆進湖相沉積的老第三系地層時進尺較慢，不適用。通過施工過程中對地層的了解與掌握，對鉆頭進行了設計與改造，鉆頭由原來的六翼、八翼平底改成現在的四翼、五翼蘑菇頭階梯狀，并對鉆頭復合片的鑲嵌角度，鉆頭水眼大小，鉆頭內部扶正臺階的長度等進行了整體結構優化。鉆進效率由原來的每小時3 寸，提高到了現在每小時平均3 米-4 米，較之前有了較大的提高。

圖1 改進后的鉆頭示意圖

4.2 在取芯鉆進工藝上的改進

為了保證施工進度，減少輔助時間，提高純鉆時間，把取芯器內外筒由單筒接成雙筒，單回次進尺由原來的8m 提高到了現在的15m。針對該區軟硬互層較頻繁的特性，對內筒軸向間隙，鉆進時鉆壓、轉速、泵量，和卡取巖芯時的方法及注意事項，都進行了調整。綜合以上的改進在鉆進效率方面有了很大提高，降低了成本費用。

4.3 飽和鉆井液調配工藝上的改進

鉆孔施工到孔深960m 時，所帶上來的巖芯含有大量地質礦物，這是找礦的一個重要標志，為了保證礦井的直徑、采取率、準確判斷層厚，此時需將原始普通泥漿進行更換。因為現在鉆孔較深，如果泥漿達不到水飽和的狀態，當進行鉆井施工時礦井會發生水化，礦層會打丟；如果泥漿過飽和，礦井會結晶成塊出現卡鉆事故。經在施工現場把已采購的泥漿材料進行室內試驗，取定量的水，充分水解后再加入相應的泥漿材料對控制泥漿的失水量、粘度做了反復的試驗，最終確定了泥漿材料的種類和投放比例。下一步換漿需對鉆孔整孔的泥漿進行更換，算出孔內容積（約需45 方），在地面配成大于孔內數量的飽和泥漿，需加化學材料約3 噸，調配飽和泥漿如何去投放這些材料和原漿融合在一起成了一個問題，現場有一臺攪拌機不容易實現一次性大容量的攪拌任務，結合鉆機現場現有的東西制作混合器，即節省了勞動力又減少了輔助時間，無形中孔內就多了一份安全。

圖2 鉆孔施工圖

5 結語

文章通過研究改進取芯鉆進工藝、調整鉆井液及改進鉆頭等方案，為鉆井施工提供了便利條件，人工勞動強度有所降低，縮短工期節約成本，施工安全性高等優勢，可以為類似工程施工提供借鑒和參考。