巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探的安全控制分析

朱何文

摘要：隨著我國地質(zhì)事業(yè)的快速進(jìn)步與發(fā)展，巖溶地區(qū)的鉆探越來越受重視。由于巖溶地區(qū)鉆探施工較易引發(fā)人身傷害事故和鉆孔質(zhì)量事故，故而其鉆探安全也成為了廣受關(guān)注和亟待解決的問題。其中，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探是巖溶地區(qū)鉆探的常見形式，如何對(duì)其施工安全進(jìn)行有效控制，在很大程度上影響了巖溶地區(qū)勘查及施工工作狀況。本文簡單介紹巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探，分析其中的安全問題，并就相應(yīng)安全控制策略展開探討。

Abstract： With the rapid progress and development of China's geological undertakings， drilling in karst areas has received more and more attention. Because drilling construction in karst areas is more likely to cause personal injury accidents and drilling quality accidents， the safety of drilling has become a problem that has received much attention and urgent solutions. Among them， rotary drilling core drilling is a common form of drilling in karst areas. How to effectively control its construction safety has affected the exploration and construction work of karst areas. This paper briefly introduces the core drilling of rotary drilling in karst areas， analyzes the safety problems， and discusses the corresponding safety control strategies.

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);回轉(zhuǎn)鉆進(jìn);巖心鉆探;安全

Key words： karst area;rotary drilling;core drilling;safety

中圖分類號(hào)：P634? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）24-0041-02

0? 引言

在巖溶地區(qū)的地質(zhì)勘查過程中，存在不少安全問題，在鉆探施工中表現(xiàn)得尤其突出。這是因?yàn)閹r溶地區(qū)本身就包含有溶洞、溶溝、溶隙、洼地等，很容易出現(xiàn)人員滑倒跌落導(dǎo)致人身傷害事故，而在鉆進(jìn)過程中則易出現(xiàn)漏失嚴(yán)重、跑掉鉆、溶洞下部打成梅花眼等導(dǎo)致鉆孔質(zhì)量事故。因此在巖溶地區(qū)采取回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行巖心鉆探時(shí)，必須要做好安全控制工作，最大程度上保障鉆探施工安全，并在此基礎(chǔ)上提高鉆探質(zhì)量。

1? 巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探概述

1.1 巖溶地區(qū)特性

巖溶又被稱作喀斯特，意指地下水和地表水對(duì)可溶性巖石的破壞和改造作用及其形成的水文現(xiàn)象和地貌現(xiàn)象。在巖溶發(fā)育地區(qū)，地表水系不發(fā)育，卻蘊(yùn)含著豐富的地下水資源。一般來說，巖溶地區(qū)包含有大量溶洞、溶溝、溶隙、洼地等受地下水和地表水作用而形成的獨(dú)特地貌，使得地層中包含或大或小的縫隙甚至孔洞。因此在巖溶地區(qū)進(jìn)行鉆探施工時(shí)，如果對(duì)巖溶地區(qū)地質(zhì)信息了解不足，很容易受到這些溶洞等的影響，進(jìn)而出現(xiàn)安全事故。

1.2 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探

巖心鉆探是指利用筒狀鉆頭和鉆具在孔底沿周圍環(huán)狀破碎巖石，在孔底中心部分保留一個(gè)柱狀的巖心，從孔內(nèi)取出巖心用以研究地質(zhì)和礦產(chǎn)情況的方法。當(dāng)前最常見的巖心鉆探技術(shù)包括金剛石繩索取芯技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)和空氣泡沫鉆探技術(shù)，其中金剛石繩索取芯技術(shù)在巖溶地區(qū)巖心鉆探中有著一定應(yīng)用。這種技術(shù)同硬質(zhì)合金與牙輪鉆進(jìn)技術(shù)相比，擁有更為明顯的優(yōu)勢，合理的鉆具也能降低井內(nèi)事故的發(fā)生概率。而在具體應(yīng)用的過程中，當(dāng)巖心裝滿或者是堵塞的時(shí)候，鉆具會(huì)出現(xiàn)信息，這時(shí)候相關(guān)人員只需要將主動(dòng)鉆桿移動(dòng)的孔口中即可，接著利用繩索將專用的打撈器從鉆桿中下入到鉆桿以內(nèi)。最后，將空的內(nèi)管一同投入，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的鉆進(jìn)。需要注意的是，對(duì)于普通取心鉆井的孔，深度是900m，那么在提取巖心的過程中，一般需要花費(fèi)1h左右，甚至更多。同時(shí)，金剛石繩索取芯技術(shù)還有另一個(gè)優(yōu)勢，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，在巖心鉆探的時(shí)候，起下鉆本身就是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，需要4-5人一同配合，連續(xù)操作幾十分鐘。而在采用了這種方式以后，大幅度的延長了起下鉆的時(shí)間間隔，達(dá)到了降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。

2? 巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探存在的安全問題

2.1 巖溶地區(qū)自身特性所引致的安全問題

巖溶地區(qū)長期受地下水和地表水影響，地層中包含有大量溶洞、溶隙等，同時(shí)，巖溶地區(qū)地下巖溶水分布較為復(fù)雜，再加上溶洞、暗河等，在巖心鉆探過程中較易出現(xiàn)滲漏情況，進(jìn)而對(duì)鉆探施工正常進(jìn)行造成影響。因此在巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探過程中，很容易受地質(zhì)自身特性影響而出現(xiàn)安全問題，必須落實(shí)安全控制工作。

2.2 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程不合理所引致的安全問題

在巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探過程中，鉆進(jìn)規(guī)程不合理同樣會(huì)引致安全問題。鉆壓、轉(zhuǎn)速、沖洗介質(zhì)的流量和壓力是最為關(guān)鍵的規(guī)程，但凡某一項(xiàng)不合理均有可能導(dǎo)致鉆探施工出現(xiàn)問題。首先是鉆壓，如果鉆壓過大，很可能會(huì)對(duì)鉆孔及地層造成破壞，進(jìn)而引發(fā)安全問題;如果鉆壓過小，則有可能會(huì)出現(xiàn)難以鉆進(jìn)的情況。至于轉(zhuǎn)速，如果轉(zhuǎn)速過高，會(huì)增加摩擦并導(dǎo)致鉆頭磨損，輕則影響鉆進(jìn)效率，重則因此而產(chǎn)生施工安全問題。如果轉(zhuǎn)速過小，則會(huì)影響鉆進(jìn)效率，鉆進(jìn)速度減慢，導(dǎo)致鉆探施工工期增長，也更容易受到施工環(huán)境影響，尤其是溶巖地層風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)明顯加大。最后是沖洗液流量和壓力，但是當(dāng)沖洗液流量或壓力過大時(shí)，則有可能對(duì)鉆孔及地層造成破壞，引發(fā)安全事故。

2.3 人為施工所引致的安全問題

巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探必須采用合適的設(shè)備，應(yīng)用科學(xué)的工藝，同時(shí)確保施工操作符合標(biāo)準(zhǔn)。但是在實(shí)際施工過程中，人為操作的失誤是導(dǎo)致安全問題的重要原因。其中，施工人員沒有對(duì)巖溶地區(qū)地質(zhì)情況加以全面了解就貿(mào)然施工，沒有選擇合適的鉆頭，沒有設(shè)置好鉆壓、轉(zhuǎn)速、沖洗液流量及壓力，違規(guī)操作，沒有做好施工現(xiàn)場機(jī)械傷害、物體打擊、高處墜落、觸電、爆破、火災(zāi)、自然災(zāi)害甚至交通事故防護(hù)措施，都有可能導(dǎo)致不同程度的安全事故，對(duì)施工設(shè)備及施工人員安全都有著巨大威脅。因此在實(shí)際鉆探過程中，必須提高施工人員安全素養(yǎng)與專業(yè)能力，確保其能夠嚴(yán)格依照相應(yīng)施工規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，充分保障鉆進(jìn)施工安全。

3? 巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探安全控制策略

3.1 全面、充分掌握地質(zhì)信息

在巖溶地區(qū)進(jìn)行巖心鉆探之前，必須對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行全面而充分的了解和分析，從而為鉆探施工方案的確定提供基礎(chǔ)支持。對(duì)此，鉆探隊(duì)伍需要對(duì)巖溶類型、充填物、邊界、地下水分布、洞隙形態(tài)等基礎(chǔ)地質(zhì)信息加以探明，并且需要依靠水量、水壓測試對(duì)鉆孔位置進(jìn)行確定。當(dāng)然，溶洞分布及形態(tài)、巖面形態(tài)及覆蓋層厚度、地下水賦存條件、水位變化及運(yùn)動(dòng)規(guī)律、地貌、溶巖構(gòu)造、巖性、斷層、巖溶塌陷等也是必須掌握的地質(zhì)信息，從而在宏觀了解巖溶發(fā)育分布及特點(diǎn)的前提下完善回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探方案。在這個(gè)過程中，往往需要用到測繪、物探手段、原位測試技術(shù)、遙感技術(shù)等方法，才能全面探明和掌握地質(zhì)情況，并確定鉆孔分布、方式及深度。

3.2 科學(xué)選擇鉆進(jìn)設(shè)備

金剛石繩索取芯技術(shù)在應(yīng)用的過程中，應(yīng)該確?？變?nèi)安靜，而且鉆具和相關(guān)設(shè)備都要處于一個(gè)良好的狀態(tài)，鉆具徑向、回轉(zhuǎn)和鉆速等都要做到追問，不僅要確保鉆頭的初磨好，在磨出刃的時(shí)候，也一定要將其處于一個(gè)良好的狀態(tài)以內(nèi)。鉆井的過程中，也要注意鉆頭的初磨工作，尤其是倒桿后，車前要進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳享?，然后慢慢的合車。操作人員要額外注意底唇和巖石點(diǎn)相互接觸時(shí)，給予鉆頭充分的注意，確保操作的正確性。

3.3 合理設(shè)置鉆進(jìn)規(guī)程

在鉆探方案及鉆進(jìn)設(shè)備確定后，還需要對(duì)鉆進(jìn)規(guī)程進(jìn)行合理設(shè)置，從而在保障鉆進(jìn)施工順利進(jìn)行的同時(shí)，避免因規(guī)程不合理而導(dǎo)致的施工安全問題。根據(jù)實(shí)際施工條件的不同，鉆進(jìn)鉆壓、轉(zhuǎn)速、沖洗液流量及壓力均有所不同，需要鉆探隊(duì)伍酌情決定。另外，沖洗液性能參數(shù)的確定應(yīng)當(dāng)以保障其潤滑性及良好流變特性為主，故而其密度通常被控制在1.0～1.25g/cm3，而含砂量則要控制在0.6%以下，漏斗粘度不超過30s。而且沖洗也中不得包含固體潤滑球等顆粒狀惰性材料，以免對(duì)鉆進(jìn)設(shè)備造成磨損，同時(shí)減少?zèng)_洗液中的沉淀物，防止孔洞塌陷?？變?nèi)返回的沖洗液必須使用振動(dòng)篩、離心機(jī)等加以凈化，從而保障循環(huán)使用的安全性。

3.4 做好鉆孔漏失、坍塌等的防護(hù)工作

在實(shí)際鉆探過程中，施工隊(duì)伍應(yīng)當(dāng)充分考慮巖溶地區(qū)地質(zhì)特性，做好鉆孔漏失、坍塌等的防護(hù)工作。其中，鉆孔漏失多采用套管隔離、快干水泥封孔、沖洗液加入堵漏材料（如羧甲基纖維素）等方式，由于巖溶地區(qū)地質(zhì)較為復(fù)雜，鉆探隊(duì)伍在實(shí)際鉆進(jìn)時(shí)，需要掌握巖溶地區(qū)地質(zhì)及水位情況，并通過現(xiàn)場漏失情況來選擇適宜的防止漏失的措施。而要防止鉆孔坍塌問題，鉆進(jìn)隊(duì)伍同樣需要落實(shí)相應(yīng)的防塌措施，如下套筒、合理控制泥漿比重與鉆進(jìn)速度、監(jiān)視鉆進(jìn)過程中的漏水及跑漿情況等。

3.5 落實(shí)施工現(xiàn)場防護(hù)措施

各種現(xiàn)場危險(xiǎn)因素對(duì)巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探的安全影響極大，必須做好相應(yīng)防護(hù)措施。對(duì)于常見的機(jī)械傷害、物體打擊、高處墜落、觸電、爆破、火災(zāi)、自然災(zāi)害乃至交通事故等現(xiàn)場危險(xiǎn)因素，鉆探隊(duì)伍要全面加強(qiáng)安全排查與整治，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場存在的危險(xiǎn)因素并加以排除。在此基礎(chǔ)上，還需要落實(shí)安全培訓(xùn)與安全技術(shù)交底，提高施工人員的安全素養(yǎng)及專業(yè)能力，從而防止安全事故的發(fā)生。當(dāng)然，建立安全操作規(guī)程是必不可少的，鉆探隊(duì)伍需要根據(jù)鉆進(jìn)施工所涉及到的所有行為設(shè)置科學(xué)的安全操作規(guī)程，如搬運(yùn)、升降鉆具、爆破作業(yè)、鉆探?jīng)_洗液配制、防雷電等，同時(shí)加強(qiáng)鉆探安全管理，充分保障回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探安全。

3.6 嚴(yán)格依照施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)操作

在實(shí)際鉆進(jìn)施工過程中，相關(guān)人員必須嚴(yán)格依照施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)操作，才能充分保障施工安全。例如在利用金剛石繩索取芯技術(shù)進(jìn)行斜孔鉆探的時(shí)候，必須要按照操作的規(guī)程去進(jìn)行操作，而且還要對(duì)鉆具進(jìn)行組裝、調(diào)配和保養(yǎng)。使用鉆頭的時(shí)候，不僅要注重孔內(nèi)的鋼筋，而且還要做到操作上的穩(wěn)定性，注重鉆頭的初磨工作。如若出現(xiàn)了堵塞的情況，就要按照泵壓和負(fù)荷的實(shí)際值去對(duì)巖層特性和孔內(nèi)情況進(jìn)行綜合性的判斷，及時(shí)對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)性的調(diào)整，而且在提鉆的時(shí)候，也要對(duì)鉆頭的磨損程度進(jìn)行仔細(xì)的堅(jiān)持啊，確保參數(shù)的合理性和科學(xué)性。

4? 結(jié)束語

綜合上述分析可知，巖溶地區(qū)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心鉆探存在較多危險(xiǎn)因素，對(duì)鉆進(jìn)質(zhì)量與效率造成了嚴(yán)重影響，更對(duì)施工設(shè)備及人員的安全造成了巨大威脅。因此在實(shí)際施工中，鉆探隊(duì)伍需要全面掌握地質(zhì)信息，并通過科學(xué)選擇鉆進(jìn)設(shè)備，合理設(shè)置鉆進(jìn)規(guī)程，做好鉆孔漏失、坍塌等防護(hù)工作，落實(shí)施工現(xiàn)場保護(hù)措施，嚴(yán)格依照施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)操作等方式，對(duì)鉆進(jìn)安全進(jìn)行有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉付，劉志強(qiáng).巖心鉆探危險(xiǎn)因素辨識(shí)及其對(duì)策[J].黑龍江科學(xué)，2018，9（20）：126-127.

[2]冷吉誠.巖溶地區(qū)工程地質(zhì)鉆探方法探討[J].低碳世界， 2017（3）：104-105.

[3]石紹云，鄧偉，吳金生.大慶油田淺層氣地區(qū)小口徑巖心鉆探井控防噴技術(shù)研究[J].探礦工程-巖土鉆掘工程，2018，45（6）.

[4]李國民.巖心鉆探工程設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)[M].冶金工業(yè)出版社，2015.

[5]楊英，楊劍.巖心鉆探方向之孔內(nèi)事故處理[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2018（3）.

[6]朱克冰.淺談巖心鉆探施工工藝方面新技術(shù)的應(yīng)用思路構(gòu)建[J].價(jià)值工程，2014，33（20）：121-122.