豫東南平原地區(qū)深孔鉆探技術(shù)

馮軍山　賈永祥

【摘 要】平原地區(qū)一般第四系覆蓋層較厚，基巖埋藏較深，在深孔鉆探施工時(shí)，如果采取工藝和措施不當(dāng)將很難施工，本文對(duì)近兩年施工的幾個(gè)鉆孔鉆探經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，從鉆機(jī)、鉆塔、泥漿泵、鉆具及鉆頭的選擇，到泥漿材料的配制、鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、事故的預(yù)防和處理、套管的提拔等方面進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】平原地區(qū)；深孔；鉆探技術(shù)研究

近年來，隨著國家對(duì)礦產(chǎn)資源的需求與日俱增，國家對(duì)地質(zhì)找礦工作的重視程度提到了一個(gè)嶄新的高度，國家不惜投入大量資金進(jìn)行地質(zhì)找礦工作。河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局廣大地質(zhì)工作者積極響應(yīng)國家的號(hào)召，奮身投入地質(zhì)找礦工作的大潮，在一些具有含礦潛質(zhì)的地區(qū)進(jìn)行了大量的物化探和測量工作，經(jīng)過對(duì)技術(shù)資料的反復(fù)研究，在河南的西平、虞城、正陽、新蔡地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些磁異?，F(xiàn)象，為了驗(yàn)證磁異?，F(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)際鉆探工作，經(jīng)過鉆探工作對(duì)磁異常現(xiàn)象的存在分別作出了相應(yīng)的解釋。其中商丘市虞城縣利民鎮(zhèn)礦區(qū)在1000至1500米之間發(fā)現(xiàn)了鐵礦帶的存在。

1、礦區(qū)基本情況

這幾個(gè)地區(qū)均處于平原地帶，地勢平坦，交通便利，第四系覆蓋層較深，自西向東呈逐漸加深趨勢，一般在700-1100米，設(shè)計(jì)鉆孔深度1300-1760米，實(shí)際施工鉆孔最深達(dá)1701.16米。鉆孔設(shè)計(jì)均為直孔，終孔直徑不小于75mm，第四系可不采取巖心，但地層層位必須分清。地層情況除第四系外，基巖巖石一般為砂巖、泥巖、頁巖、細(xì)粒閃長巖、片麻巖、條帶狀混合巖等。巖石較破碎，局部風(fēng)化蝕變嚴(yán)重。

2、施工組織

2.1鉆探設(shè)備選擇

根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)深度及鉆探技術(shù)要求決定采用張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的XY-6B型鉆機(jī)，該鉆機(jī)特點(diǎn)：動(dòng)力大，扭矩大，鉆進(jìn)效率高，提升力大；采用高碑店市冀寶地礦設(shè)備廠生產(chǎn)的AS18-36s型鉆塔，該鉆塔穩(wěn)固、提升能力強(qiáng)、起鉆效率高；采用山東中探機(jī)械有限公司生產(chǎn)的BW320型泥漿泵，該泥漿泵泵量大，流量可調(diào)范圍大，能適應(yīng)泥漿性能變化較大的要求，易損件易更換、易維修，適合深孔鉆進(jìn)。

繩索取心鉆桿采用唐山市金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的ZXJS71鉆桿，該鉆桿經(jīng)多鉆孔適用強(qiáng)度高，很少出現(xiàn)斷鉆事故，適合深孔鉆進(jìn)；第四系鉆進(jìn)采用Ф108鉆具帶Ф133三翼復(fù)合片鉆頭，這種組合的鉆具鉆進(jìn)效率高，鉆孔不易偏斜，利于套管下入；基巖鉆進(jìn)采用ZXJS75+1型金剛石鉆具，該型鉆具可以減少?zèng)_洗液循環(huán)時(shí)的背壓，利于巖粉排出，起鉆不容易產(chǎn)生抽吸現(xiàn)象。

2.2鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)掌握的地層基本情況和鉆孔設(shè)計(jì)技術(shù)要求，鉆孔結(jié)構(gòu)采用三級(jí)結(jié)構(gòu)即：第四系下入Ф108地質(zhì)套管，基巖鉆進(jìn)遇完整地層時(shí)下入Ф89地質(zhì)套管，最后采用ZXJS75+1型金剛石鉆具鉆進(jìn)，鉆孔直徑為78mm。

2.3泥漿材料的選擇

在近幾年的鉆探施工過程中，通過我們對(duì)數(shù)家泥漿材料廠家產(chǎn)品的使用對(duì)比，我們認(rèn)為延安朝政泥漿有限公司生產(chǎn)的系列泥漿材料雖然價(jià)格稍貴一些，但是質(zhì)量可靠，效果明顯，用著省心、放心，我們單位及周圍的鉆機(jī)現(xiàn)在一直在用。

⑴第四系鉆進(jìn)時(shí)泥漿由清水+膨潤土+廣譜護(hù)壁劑+磺化褐煤樹脂攪拌調(diào)制而成，膨潤土加入量25%，后二者的摻入比例均按1.5%。這樣調(diào)出來的泥漿具有護(hù)壁能力強(qiáng)、攜砂效果好、降失水性能強(qiáng)、潤滑性能好的特點(diǎn)。

⑵基巖鉆進(jìn)時(shí)泥漿由清水+膨潤土+廣譜護(hù)壁劑+切削膏攪拌調(diào)制而成，膨潤土加入量2-10%，廣譜護(hù)壁劑加入量1.5%，切削膏加入量 2-5%，切削膏具有增進(jìn)潤滑，提高鉆進(jìn)效率的作用，鉆進(jìn)效率可提高20%左右。

⑶在易坍塌地層中鉆進(jìn)時(shí)，為防止鉆孔坍塌可在泥漿中增加泥漿粉用量并加入0.5-1%高粘防塌劑，泥漿比重要大于1.2，漏斗粘度≥35s，泥漿要有很好的流動(dòng)性和潤滑性。

⑷在這些地區(qū)的鉆孔除第四系與基巖接觸部位漏水量較大（后面將單獨(dú)闡述）外，其它部位漏水都不嚴(yán)重，一般情況下在泥漿中加入0.1-0.2%高粘堵漏劑或混合堵漏劑即可達(dá)到堵漏的效果。

3、施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1預(yù)防偏斜措施

在第四系鉆進(jìn)過程中為了保徑、防止鉆孔偏斜，在三翼復(fù)合片鉆頭上部連接16米Ф108粗徑鉆具，鉆具由4根4米長的Ф108鉆具組成，中間和頂部連接4個(gè)400mm長的Ф133接頭作為扶正器，粗徑鉆具加扶正器長度達(dá)17.60米，鉆進(jìn)時(shí)采用減壓鉆進(jìn)。

3.2泥漿回灌技術(shù)

在第四系和基巖破碎帶地層鉆進(jìn)過程中，起鉆時(shí)為了防止孔內(nèi)產(chǎn)生抽吸現(xiàn)象繼而產(chǎn)生縮頸和塌孔現(xiàn)象，在起鉆時(shí)要從鉆桿外部向孔內(nèi)回灌泥漿，有時(shí)由于鉆桿外部環(huán)狀間隙小泥漿下不到孔底時(shí)要從鉆桿內(nèi)部回灌泥漿，直到灌滿為主，鉆孔較深起鉆時(shí)間較長時(shí)，要分段回灌，每次回灌都要灌滿為止。

4、常見事故的預(yù)防和處理

4.1第四系預(yù)防粘附卡鉆

⑴做好固控工作，盡量清除鉆井液中的無用固相。

⑵為了防止產(chǎn)生粘鉆在鉆進(jìn)過程中不能一直往下鉆進(jìn)，應(yīng)經(jīng)常上下活動(dòng)鉆具。

⑶加卸鉆桿要迅速。

⑷如遇泥漿泵出現(xiàn)問題需修理時(shí)，要將鉆具提到安全位置。

⑸設(shè)備發(fā)生故障，不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要上下活動(dòng)，不能上下活動(dòng)時(shí)，要力爭轉(zhuǎn)動(dòng)。

⑹經(jīng)常檢修泵壓表、指重表、扭矩表，保持靈敏可靠，以防作出錯(cuò)誤的判斷。

⑺嚴(yán)禁將立軸鉆桿坐在井口維修故障，一旦發(fā)生卡鉆，就失去下壓和轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具的可能。

4.2粘附卡鉆事故的處理

在第四系鉆進(jìn)時(shí)最容易發(fā)生粘附卡鉆事故，對(duì)粘附卡鉆事故的處理方法很多，在發(fā)生卡鉆30分鐘內(nèi)，接上震擊器，用震擊的方法有可能解卡，時(shí)間長了以后就希望不大了。其它方法有清水解卡、燒堿解卡、快T解卡、鹽水加快T解卡、AD干粉解卡、原油加柴油解卡等。解卡不成時(shí)可以采取套取的方法。

正陽的鉆孔在鉆至660.30米第四系黃土層時(shí)發(fā)生粘附卡鉆事故，我們分析粘鉆發(fā)生位置應(yīng)該在粗徑鉆具處。在震擊、頂、拉都無濟(jì)于事時(shí)，我們綜合各方面因素決定采取套取的方法：用Ф108地質(zhì)套管當(dāng)鉆桿，根據(jù)套取情況下面依次連接4米、8米、12米Ф146鉆具套取，在連接8米Ф146鉆具套取至651.00米后成功解卡，被卡鉆具順利起出。套取的方法適宜于第四系，時(shí)間短，效果明顯。

4.3孔內(nèi)滲漏的處理

⑴在這幾個(gè)地區(qū)普遍存在的現(xiàn)象是在第四系土層于基巖交接帶易發(fā)生漏水現(xiàn)象，孔口不返漿或反漿量很小，遇到這種情況后應(yīng)再鉆進(jìn)6米，徹底穿過漏層，然后起鉆堵漏。堵漏的方法是配置0.5m3比重為1.20漏斗粘度大于50秒的稠漿，配制方法是：0.5m3清水+150公斤膨潤土+5公斤高粘防塌劑+0.5公斤高粘堵漏劑；再配0.75 m3比重1.85的水泥漿，配制方法是：0.5 m3清水+1噸水泥。先向孔內(nèi)注0.5 m3稠漿，再向孔內(nèi)注0.75 m3水泥漿，靜止候凝24小時(shí)即可。

⑵在破碎帶鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，一般漏失不嚴(yán)重，治理方法是在泥漿中加入0.1-0.2%高粘堵漏劑的同時(shí)再加入一些鋸末。

5、套管的提拔

在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求后，技術(shù)人員會(huì)組織測井并對(duì)測井資料、巖心編錄進(jìn)行綜合研究，最后作出終孔決定。終孔通知書下達(dá)后，一個(gè)非常重要的任務(wù)就是提拔套管。首先要提拔的是Ф89地質(zhì)套管，由于套管底部埋在基巖里面，長時(shí)間不動(dòng)，再加上巖粉的沉淀侵入，套管很難提拔上來，采用大型油缸頂也沒有效果，反絲鉆桿反有時(shí)也可能就反出來一個(gè)接頭，有時(shí)可能同時(shí)反開幾節(jié)容易發(fā)生次生事故，非常麻煩，由于價(jià)格昂貴又不能不要。經(jīng)過我們研究認(rèn)為：Ф108地質(zhì)套管和Ф89地質(zhì)套管由于在孔口密封的非常嚴(yán)實(shí)，不會(huì)有巖粉等侵入，如果能從Ф108地質(zhì)套管底口以上將Ф89地質(zhì)套管割斷，那么Ф89地質(zhì)套管將輕松起出，Ф108地質(zhì)套管可以采取反絲鉆桿反和大型千斤頂頂?shù)姆椒ǖ龋滓墙鉀QФ89地質(zhì)套管的問題，經(jīng)過我們的共同努力設(shè)計(jì)出了一種割刀，該割刀安裝在Ф71鉆桿上，下至將要割斷的位置將Ф89地質(zhì)套管割斷，將套管順利起出，減少了一大筆損失。

在虞城鉆孔施工時(shí)，由于卡鉆Ф71繩索取心鉆桿提拔不動(dòng)，我們將割刀改小后安裝在Ф60繩索取心鉆桿上下鉆至被卡部位上部同樣將Ф71繩索取心鉆桿割斷。由于我們擬將該割刀申請(qǐng)發(fā)明專利，所以這里對(duì)有關(guān)割刀的形狀、圖片及設(shè)計(jì)內(nèi)容等暫時(shí)保密，不便泄露，望諒解。

6、總結(jié)

通過近兩年在這幾個(gè)地區(qū)的施工，積累了一些施工經(jīng)驗(yàn)供大家參考。這幾個(gè)礦區(qū)代表了河南的大部分平原地區(qū)，但是每個(gè)礦區(qū)地層情況都不是完全一樣的，在具體施工時(shí)要針對(duì)具體情況認(rèn)真分析研究采取有針對(duì)性的措施，才能達(dá)到理想的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉希圣，等. 鉆進(jìn)工藝原理[M]. 北京：石油工藝出版社，1981.

作者簡介：

馮軍山（1976-），男（漢族），河南長葛人，河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)工程師，地質(zhì)工程專業(yè)，從事鉆探、巖土工程施工技術(shù)管理工作。