礦山深部地質鉆探施工中鉆孔結構設計思考

張靖超

（甘肅省有色金屬地質勘查局白銀礦產勘查院，甘肅 白銀 730900）

近年來，在經濟社會快速發展背景下，我國的地質行業也呈現出良好的發展勢頭，與此同時，隨著科學技術的快速推進，深部找礦與合理鉆探對我國深孔鉆探技術普及應用起到了重要的推動作用。當前，深部地質巖心鉆探也面臨著空

前的發展機遇與挑戰，現如今，在我國地質科研項目當中，地表以下5000m智能地質鉆探技術裝備應用成為當前的研發重點。而開展深部鉆探施工過程當中，科學合理的設計探探鉆孔結構至關重要，同時，此項工作對于孔內鉆探情況正確判斷與鉆孔結構合理調整，增加經濟效益也有著非常重要的現實意義。基于此，在工作實踐當中，應當充分結合以往深部鉆探施工工作經驗，對深部地質鉆探鉆孔設計和施工進行詳細分析和研究[1]。下文當中結合長期以來礦山深部鉆探施工工作經驗，詳細分析了礦山深部地質鉆探鉆孔結構設計與施工，認真歸納總結了廣泛應用的幾種鉆孔結構開展程序，主要包括下面幾種類型：在進行地質預測和具體差異性

較小的工區，結合工作經驗與施工方法，提高施工針對性；在沒有對深部地層復雜情況有效預測的情況下，運用探索、擴孔，并結合實際情況，合理調整鉆孔結構的施工方法；運用大口徑進行鉆進的施工方法。希望通過本文對礦山深部地質鉆探鉆孔設計與施工分析和研究，能夠為礦山深部地質鉆探施工提供借鑒和參考。

1 鉆孔結構設計的原則

設計鉆孔結構過程當中應當對以下原則認真遵守，這樣才能確保設計更加的科學與合理，具體的原則包括下面幾點：①控制長孔斷的復雜地形，使孔壁孔內安全性和穩定性得到有效保障；②一般而言，鉆柱組成、施工設計能力需求應當得到極大程度的滿足；③設計過程當中還應當控制和減少施工成本投入，保證施工安全穩定，確保施工效率和施工水平；④有效簡化施工過程當中的鉆孔設備，使其級數得到有效縮減，使鉆孔結構更加的簡化；⑤確保地址設計要求，穿礦口徑、終孔直徑可以達到相應水平，確保礦山深部鉆探施工要求。

2 深孔鉆孔結構設計的主要依據

在具體進行鉆探施工時，常常遇到十分復雜而又多樣性的低層，極大的增加了施工難度，延長施工時間，成本也不斷加大，所以對于鉆孔結構設計，必須要充分遵循安全性的原則，首先應當全面考慮以下幾個方面。

（1）地層情況。設計鉆孔結構的最重要的目的，是確保過程當中上方孔段穩定而又安全，確保鉆探施工順利開展，保證鉆探施工和預期設計相符。而地層情況直接影響著孔壁穩定性，所以在對礦山深部地質鉆探施工進行設計過程當中，必須要充分的考慮地質構造特點，同時分析地層結構特點，分析巖石物理性質，工作全面的參考這些信息資料，之后再開展科學合理的設計工作[2]。通過對地質報告展開全面的分析和研究，針對一些鉆探施工過程當中具有較高難度系數，施工過程當中容易發生遺漏、粘附、坍塌等不良施工地質問題時，應當運用套管進行隔離，確保施工順利開展，保證安全性。特別是地質構造層、軟巖層、一些松散的地層、覆蓋層等地段，必須要下套管進行隔離。如果鉆探施工過程當中上方孔段安全性不高并且存在較大厚度的，便可以下入下層套管，設計鉆孔結構過程當中，還應當對級數充分明確，有的巖石具有非常大的強度，同時具有很好的地層狀態，保護鉆孔孔壁難度較低時，則不需要運用套管進行護壁，所以所以鉆探施工過程當中，鉆孔結構設計必須要全面綜合的考慮。

（2）終孔口徑和孔深。對于終孔口徑而言，主要是指能夠確保地質要求的最小口徑，在對套管級數充分明確的前提下，地質條件以及終孔孔徑面對鉆頭與各級套管起著決定性的作用，鉆孔結構設計過程當中[3]。孔深與其有著非常密切的聯系，鉆孔深度和鉆探狀態彼此呈現正相關的關聯性，鉆孔深度越大鉆探施工過程當中就會面臨更加復雜的情況，導致施工過程具有較長的耗時時間，而且孔壁也很難得到有效保護，極易發生損壞，為了避免孔壁穩定性出現降低或者發生異常，影響后續施工工作的高效開展，當鉆探到相應深度時，合理的應用套管就顯得越發重要起來，可以大幅提高隔離作用，保證孔壁安全性。

（3）礦區施工經驗。和地質設計不同的是，鉆探施工過程當中，巖石工程力學是決定地層地質情況的最主要的要素，這就是指工程力學的安全性與可靠性，正是受這些因素影響，在設計地質報告過程當中，有的預測可能不符合鉆孔結構設計要求，面對這種情況，具有豐富的施工經驗，將對鉆孔結構設計質量和效率起到關鍵性的影響，如有一個新的礦區需要多鉆孔施工，鄭孔，施工過程當中面臨的復雜程度非常的高，此時便可對施工情況充分的進行結合，展開全面的分析和研究，有效簡化轉孔結構，如有的礦區在鉆探施工過程當中有一個深度較深的狀況，便可將以往的鉆探施工資料充分分析和研究，對預導孔進行設計[4,5]。

（4）設備和鉆具水平。為了保證鉆探施工效率和質量，應當科學合理的選擇孔深于終孔孔徑，而且鉆探施工過程當中，口徑越大，越會使鉆探施工的難度進一步增大，同時會影響鉆進質量和深度，對某個口徑轉進深度也會帶來不利影響。而應用具有較大設計深度設備進行鉆探施工時，會影響鉆孔的結構比較小。然而就目前來講，3km深鉆孔機目前應用方面還不是非常的普遍，很多施工單位不具備相應的條件。

選擇的鉆具組合與鉆孔結構關系存在非常緊密的關聯性，首先就是鉆桿強度，針對某些深孔鉆探來講，倘若終孔直徑設置的較小，會造成鉆桿強度很難確保深孔扭距傳送要求，對其正常應用也會造成不利影響，口徑與鉆桿彼此應當保證正相關的關系，定的鉆桿直徑也應當小，強度也應適當降低。和過去地質鉆探類似，56mm口徑的鉆探工具應用較為普遍。如果鉆孔深度較深，可以應用75mm口徑的鉆探，口徑較大的繩索取芯，鉆探應用不是非常的普遍。設計鉆孔結構過程當中，應當認真檢查繩索，鉆具應用的規格，如某孔徑鉆探施工可以通過繩索取芯鉆探進行施工便能大幅提高鉆探深度，還能使提鉆取心工作量大幅減少。

（5）鉆桿直徑和套管內外直徑的配合。由于鉆頭、套管在地質巖心鉆探施工過程當中，存在很小的配合間隙，而且目前廠家生產這些鉆頭過程當中，缺少比較統一而又明確的質量標準，應用的管材壁厚、管徑的外徑都有一定差異性存在，在計算過程當中考慮鉆頭套管，然而卻不能通過，所以對設計鉆孔結構造成了很大的影響。

（6）要保留下方施工。在深孔鉆探施工過程當中，多數問題沒有得到充分的分析和預測，有的時候需要調節鉆孔深度，根據終孔直徑大小，來對鉆孔結構孔徑科學合理的設計，倘若有這些問題發生時，必須要及時的進行應對，為了使下方施工得到充分保留，可以將一些一級套管結構增加啟動，運用較大一級的口徑完成終孔，還可以使成本大幅降低，避免發生浪費情況。

（7）與孔內試驗測試儀器配合。深孔鉆探施工過程當中，孔內試驗機會非常多，所以應當詳細的分析測試儀器外徑以及選取的測試要求，如果觀測儀器能夠長期的進行觀測，還應當對儀器在孔內的安裝情況充分的考慮和分析。

（8）鉆探技術的方法和開展。科學合理的安排和利用套管，對于鉆孔結構設計發揮著非常重要的作用，然而在實際施工過程當中，不可以對套管兒完全的依賴，如果過分依賴，還可以引發鉆孔結構更加的復雜化。所以必須要充分考慮地層條件，對于相應的技術對策科學制定，如有的區域不適宜應用繩索取芯鉆探，就必須要充分考慮下選擇其他的鉆進對策。面對漏失地層，便可應用套管隔離、水泥封孔、惰性材料堵漏等進行應對。

3 鉆孔結構施工方法

（1）按設計施工法。這一方法應用過程當中應當充分了解地形特點，有的礦區工作人員經驗比較充分，進行地質預測和具體情況差異性不大，在設計結構過程當中，也可以作為重要的參考，這種施工方法應用也更加的廣泛，可以對鉆孔的信息資料全面的進行收集，保證鉆孔施工達到相應的質量。

（2）探索施工法。在難以對底層復雜情況充分預測的時候，便可選擇探索施工法進行鉆探，首先完成取心工作，然后結合復雜的地形情況進行擴孔，科學合理的調整孔內結構，和模糊認識下層地層，大口徑取心效率，以及相同級別口徑效率有著非常大的差異性，倘若下級鉆進遭遇問題之后，則具體情況必須要對以上一級口徑套管開展擴孔工作，鉆進到復雜孔段的底板，然后將套管下入其中。

（3）充分施工法。施施工過程當中如果設備具有較高的能力，便可選擇大口徑方法向下進行鉆進，該方法稱之為充分施工法，有的施工區便可以充分考慮地質情況的前提下，將其作為設計鉆孔結構的重要參考。保證下部施工換徑空間非常充分，通過大口徑鉆進應用，提高鉆探深度達到終孔。