巖芯鉆探深孔施工之重點

刁長河（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊　哈密　839000）

巖芯鉆探深孔施工之重點

刁長河
（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊哈密839000）

隨著地質(zhì)找礦的深入和發(fā)展，深孔施工越來越多，這就要求組織者在各方面有更充分的準備和應對措施。

1　設(shè)備選擇

現(xiàn)有國產(chǎn)設(shè)備，依次排列基本可滿足一般性質(zhì)的深孔施工要求：

⑴鉆機：HXY-6或HXY-6B，滿足Φ75口徑終孔1 500m鉆孔；HXY-8或HXY-8B，滿足Φ75口徑終孔2 500m鉆孔；HXY-6或HXY-9B，滿足Φ75口徑終孔3 500m鉆孔。

其他進口或國產(chǎn)全液壓設(shè)計2 000～3 000m的設(shè)備，實際應用中可按70%～80%的能力進行選擇。

⑵鉆塔：鉆塔的選擇以提升承重能力為最重要的指標，根據(jù)使用的鉆桿單米重量和鉆孔深度，同時同孔壁摩擦力降低提升能力最少以30%計算，即設(shè)計50 t承載的鉆塔，選擇時應以最大承載力35 t擇用。

⑶水泵：當采用小口徑深孔鉆進時，隨著鉆孔的不斷加深，沖洗液循環(huán)阻力不斷增大，泵壓增大。一般千米以內(nèi)的小口徑鉆孔，BW-250水泵可適用，工作泵壓達到4～5mPa即可，但當鉆孔深度達到2 000～3 000m時，環(huán)空間間隙小于5mm時，最小工作泵壓不應低于10mPa的水泵方可滿足施工要求。

⑷鉆桿：對于連續(xù)取芯巖芯鉆探，當以繩索取芯工藝為首選，那么鉆桿的選擇尤為重要。不論選擇NQ、PQ標準的鉆桿，當以材質(zhì)、加工工藝為重，超深鉆孔（3 000m以上），更應考慮特殊材質(zhì)和加工工藝的鉆桿。足夠強度的鉆桿是減少孔內(nèi)事故的強力保證。

2　施工設(shè)計

設(shè)計要點及影響因素：

2.1鉆孔結(jié)構(gòu)

2.1.1影響因素

⑴鉆孔深度：鉆孔設(shè)計深度越深，鉆孔結(jié)構(gòu)越多級化；

⑵地層因素：地質(zhì)設(shè)計地層越復雜，鉆孔結(jié)構(gòu)越多；

⑶現(xiàn)有設(shè)備即輔件的能力：鉆孔設(shè)計深度越深，地質(zhì)構(gòu)造復雜，設(shè)備選擇時更應有針對性。

2.1.2設(shè)計的原則

把施工中可能遇到的麻煩盡量考慮全面，從而使鉆孔結(jié)構(gòu)更復雜一些，但不能因僥幸而簡易。

⑴要預留足夠的口徑，應對地層因素造成的困難，當?shù)貙訌碗s，構(gòu)造多變時，盡量用較大口徑的孔段，保證上段或多段的技術(shù)套管的使用或水泥封固的需求；

⑵考慮有足夠的孔內(nèi)環(huán)空間隙保證沖洗液的循環(huán)暢通；

⑶級配合理：在沒有地質(zhì)設(shè)計特殊要求的情況下，應根據(jù)國內(nèi)或進口沿用的系列逐級遞減。比如，Φ150→Φ130→Φ110→Φ91→Φ75→Φ60。

通常，對千米以上的鉆孔，一級孔徑只能穿過表層完全無膠結(jié)的風化層即可，以不超過20m為宜，然后下井口管封固，并且盡量配合水泥漿全封管外間隙，配合水泥墩穩(wěn)固井口，水泥墩應不小于深1.5～2m，直深1.5～2m。

二級孔徑：原則上應直達基巖，即穿過不穩(wěn)定地層。二級孔徑的孔深隨不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化而定，可能僅百米左右，也可能超過千米。因此，設(shè)計該級孔徑的鉆進深度時，以超基巖5～10m為標準，而在實際施工時，如果取芯要求較高，可先用小口徑快速取芯并探明基巖的具體位置，然后擴孔完成。二級孔徑達到預計孔深后，必須用強度較高的地質(zhì)管材封固，因為往往由于深孔施工周期長，該孔段問題較多，且一旦發(fā)生就很難處理。

三級孔徑：該孔徑可根據(jù)下部巖石特性而定，如果下部巖石已穩(wěn)定，該孔徑可適當減小鉆進深度，但設(shè)計原則應確定該孔段的鉆進深度超過設(shè)計孔深的2/3，比如：設(shè)計孔深3 000m，那么該孔深鉆進深度應超過2 000m。

終孔孔深：即地質(zhì)設(shè)計的終孔孔深，該孔徑在設(shè)計時，可預留全孔段的1/3深度，但在實際施工時，該孔段的深度越小對成井而言越安全。

總之，深孔施工設(shè)計和地質(zhì)設(shè)計的終孔孔徑，稍大一級為宜。因為地質(zhì)設(shè)計的終孔孔徑要求是終孔的取芯直徑，而鉆探施工只要能滿足地質(zhì)要求，當然還要追求安全完孔。

2.2技術(shù)套管

技術(shù)套管在井壁穩(wěn)定性差的鉆孔內(nèi)，完全回收的可能性較小，但不可因降低成本而選擇低劣等級的普通管材，否則可能引起敲裂或磨裂事故，另外，長孔段下入技術(shù)套管，每個連接處應涂膠膠結(jié)，以防倒扣脫落。下入井內(nèi)時，外壁涂抹非水溶性潤滑劑，以便減小摩擦阻力。

2.3鉆頭選擇

鉆頭規(guī)格：通常在巖芯完整，孔壁穩(wěn)定的底層，深孔鉆進選擇鉆頭比系列標準稍大2～3m即可，在巖芯破碎、易塌垮，遇水膨脹的地層，選擇鉆頭比系列標準最大可以超過20mm。據(jù)查，在新疆某頁巖氣鉆孔施工時，Φ95系列的鉆具選擇加大到Φ110的鉆頭，成功完成鉆進1 850m。

鉆頭底唇和工作層：底唇以選圓弧和外錐直面形為準，工作穩(wěn)定易于排粉，壽命較長。工作層宜加厚0.5～1.0 cm，以增加鉆頭壽命。

2.4沖洗液配制及管理

⑴護壁性：淺部鉆進，當以粘土泥漿較佳，成本低、配制容易、效果好；深部鉆進，當以無固相化學漿液為主，保證粘度、比重適中，流動性好，同時兼顧護壁。

⑵潤滑性：淺部鉆進，無需特殊潤滑措施；但當鉆孔超過1 000m時，沖洗液的潤滑性應當作為一項重要指標加以配制，可選的潤滑材料應以巖屑酸堿性而定。必要時輔助非水溶性油脂涂抹鉆桿，效果良好；在超深孔鉆進時，如果上部封固良好，沖洗液不易流失，可考慮選用油基沖洗液。油基沖洗液雖然成本較高，但流動性較好，潤滑性強，除礦簡單，容易保持清潔和長期重復使用。

⑶沖洗液管理：沖洗液在正常使用過程中，首先，必須派專人管理，隨時測量其比重、粘度、含礦含泥量，發(fā)現(xiàn)問題，及時調(diào)整。其次，當沖洗液循環(huán)量不足時，必須補充各指標合格的備用液，且不可隨意添加清水或其它配料。

3　深孔鉆進過程中操作要點

3.1取芯

⑴選擇能力足夠的卷揚設(shè)備，在一般千米以內(nèi)的鉆孔中，普通卷揚設(shè)備配Φ6mm鋼絲繩即可，但當深孔超過2 000m時，Φ6mm的鋼絲繩強度就達不到要求，而要配備Φ8mm或Φ10mm的鋼絲繩，就必須配備相應能力的卷揚設(shè)備。

⑵鉆具結(jié)構(gòu)稍作優(yōu)化，選擇特殊設(shè)計的鉆頭，即鉆頭內(nèi)徑小于系列標準2～3mm，內(nèi)管總成可相應標準總成減小2～3mm，以便提升和投放暢通。

⑶完整巖層取芯管可稍作加長，但最長不宜超過6m，不管巖層是否完整，卡簧以使用一回次即換為宜。

3.2參數(shù)

轉(zhuǎn)數(shù)：4000m以內(nèi)，以500～1000轉(zhuǎn)為宜；1000～1 500m孔段，以500～800轉(zhuǎn)為宜；1 600～2 000m孔段，以400～600轉(zhuǎn)為宜；2 100～3 000m孔段，以200～400轉(zhuǎn)為宜；鉆壓：Φ150鉆頭，以不大于2.5 t為宜；Φ130鉆頭，以不大于2.0 t為宜；Φ95鉆頭，以不大于1.5 t為宜；Φ75鉆頭，以不大于1.0 t為宜；泵量：Φ110～Φ 150口徑鉆頭，選擇150～200 L/min為宜；Φ75～Φ91口徑鉆頭，選擇80～150 L/min為宜。

在深部鉆進時，考慮到部分漏失，只要所用水泵的承受能力足夠，泵量采用唯大不小的原則。

3.3事故預防

⑴預防燒鉆：保證水泵正常工作，供液量足夠；保證鉆桿、鉆具密封良好，嚴防孔內(nèi)假循環(huán)。精心觀察孔內(nèi)泵壓變化。

⑵預防跑鉆：保證提升系統(tǒng)安全可靠，保證孔口夾持系統(tǒng)安全可靠，精心操作。

⑶預防埋鉆：每回次鉆進結(jié)束，鉆頭必須提高孔底足夠高度，再作取芯。通常，1 000m以內(nèi)孔深，提高10～15m；1 000～1 500m以內(nèi)孔深，提高15～30m；1 500～2 000m以內(nèi)孔深，提高30～50m；2 000～3 000m以內(nèi)孔深，提高50～100m。

當鉆孔超過1 000m以后，取芯后如果采用加重桿和打撈器壓送取芯總成，切記應在壓送前開泵沖孔，時間根據(jù)實際孔深而定，比如，鉆孔達到2 000m時，沖孔時間不能少于1 h。

嚴防鉆桿柱和鉆具在孔內(nèi)長時間靜置，如果條件允許，每兩小時適當轉(zhuǎn)動或上下提動鉆具，同時配合沖孔。

（4）預防裸鉆孔塌垮：裸孔靜置時間過長，極易造成孔壁塌垮，一旦塌垮，處理困難。因此，分析裸孔可能靜置較長時間后，之前必須用清潔沖洗液沖洗鉆孔，然后將加重沖洗液注入孔內(nèi)，加重沖洗液的比重比正常使用的沖洗液比重加大20%～30%即可。

收稿：2016-04-05

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.002