小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防與處理

胡吉祥

摘要：在地質(zhì)探礦過(guò)程當(dāng)中受復(fù)雜地質(zhì)情況影響，時(shí)常引發(fā)一些鉆探問(wèn)題。特別是近年來(lái)伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，探礦項(xiàng)目日漸增多，而且不斷向深部擴(kuò)展，持續(xù)延伸向更深深度的探礦工作，使鉆探問(wèn)題更加暴露出來(lái)。在鉆探施工過(guò)程中，常常遇到鉆孔縮徑問(wèn)題，特別是小口徑巖心鉆探施工過(guò)程當(dāng)中，鉆孔縮徑問(wèn)題更為突出，不斷對(duì)施工進(jìn)度造成很大影響，同時(shí)還浪費(fèi)了很多施工材料，施工成本也增加很多，更為嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)孔內(nèi)事故的發(fā)生，導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢，所以在小口徑巖心鉆探過(guò)程中，鉆孔縮徑問(wèn)題是亟待解決的重要難題。為了確保鉆探工作的順利推進(jìn)，提供此項(xiàng)工作的安全性與有效性，加強(qiáng)小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑預(yù)防和處理方面的研究，更加凸顯出其重要性。

關(guān)鍵詞：小口徑巖心鉆探；鉆孔縮徑；泥漿護(hù)壁

伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，地質(zhì)探礦工程項(xiàng)目日漸增多，同時(shí)不斷向更深層次邁進(jìn)，鉆探施工過(guò)程當(dāng)中面臨的鉆探問(wèn)題也越來(lái)越多，尤其是鉆孔縮徑問(wèn)題現(xiàn)已成為影響鉆探施工的重要問(wèn)題之一。鉆孔縮徑，是由于鉆探過(guò)程當(dāng)中鉆孔孔壁巖層發(fā)生膨脹，導(dǎo)致的鉆孔孔徑縮小現(xiàn)象。由于鉆孔孔徑縮小，輕則增加巖粉量，重復(fù)進(jìn)行鉆進(jìn)，安全隱患增加，進(jìn)尺緩慢，造成較高的成本投入，嚴(yán)重的引發(fā)埋鉆、斷桿事故，更甚者導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。下面筆者根據(jù)小口徑巖心鉆探工作實(shí)踐，對(duì)鉆孔縮徑問(wèn)題預(yù)防與處理展開(kāi)探討，以供參考。

1.地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)概述

在固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘探中，巖心勘探技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用，是一種重要的勘探手段，通過(guò)對(duì)不同深度地質(zhì)進(jìn)行鉆探來(lái)提取相關(guān)礦樣，并對(duì)這些樣品展開(kāi)詳細(xì)分析，同時(shí)更好的指導(dǎo)地質(zhì)作業(yè)。在地質(zhì)勘查過(guò)程當(dāng)中，工作人員通過(guò)鉆探工具在破碎環(huán)狀巖石進(jìn)行孔底鉆探，同時(shí)保留一個(gè)巖心，工作人員取出巖心之后通過(guò)對(duì)其實(shí)際情況展開(kāi)詳細(xì)的分析與研究，來(lái)充分了解和掌握地質(zhì)和礦產(chǎn)情況。這項(xiàng)工作具有較強(qiáng)的專業(yè)性，需要工作人員具備較高的專業(yè)素養(yǎng)與操作能力。由于巖心鉆探鉆頭種類的不同，主要包括鉆粒鉆探和金剛石鉆探以及硬質(zhì)合金鉆探等。在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，工作人員通過(guò)液壓沖擊器提供的強(qiáng)大沖擊力進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，硬質(zhì)合金和金剛石都能承受強(qiáng)大的沖擊力，但在工作實(shí)際中必須要合理應(yīng)用。

現(xiàn)如今伴隨我國(guó)資源勘探工作的高效發(fā)展，巖心鉆探技術(shù)也獲得了極大的提升，應(yīng)用日漸普遍起來(lái)，特別是多功能鉆探技術(shù)以及液壓動(dòng)力鉆探技術(shù)和立軸巖心鉆探技術(shù)發(fā)展迅速。我國(guó)在鉆探工程發(fā)展過(guò)程中，在早些時(shí)候引進(jìn)立軸巖心鉆探技術(shù)，但是受技術(shù)能力因素影響，該項(xiàng)技術(shù)在資源勘探過(guò)程當(dāng)中應(yīng)用率非常低，為了更好地應(yīng)對(duì)勘探資源難題，在新中國(guó)建立后科研人員與蘇聯(lián)的巖心鉆探設(shè)備下午聯(lián)合進(jìn)行相應(yīng)的防治工作，經(jīng)過(guò)不斷努力，將TK系列巖心鉆探設(shè)備自主研發(fā)出來(lái)，同時(shí)XY、YL和HXY系列巖心鉆探設(shè)備等也相繼獲得很好的發(fā)展。

但是和一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在巖心鉆探技術(shù)層面，我國(guó)的技術(shù)還比較落后，巖心鉆探過(guò)程當(dāng)中一些鉆探機(jī)械設(shè)備的核心部件，都是通過(guò)國(guó)外引進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致巖心鉆探機(jī)械設(shè)備制造成本居高不下。近年來(lái)，我國(guó)在巖心鉆探方面的研究一直沒(méi)有停歇，而且不斷在原有基礎(chǔ)上形成新的突破，自主創(chuàng)新。但在具體工作當(dāng)中，對(duì)于一些國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，還未引起足夠的重視。雖然相較之前我國(guó)的巖心鉆探技術(shù)發(fā)展水平逐步提升，但是總體發(fā)展還比較緩慢。所以在巖心鉆探過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)國(guó)外先進(jìn)的鉆探理論與技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，在借鑒他國(guó)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)不斷創(chuàng)新，才能更好地應(yīng)對(duì)巖心鉆探技術(shù)落后現(xiàn)狀。

2.造成鉆孔縮徑的主要地層

水敏性地層以及斷層泥和強(qiáng)風(fēng)化地層是引發(fā)巖心鉆探鉆孔縮減的主要地層類型。

3.鉆孔縮徑事故的前兆

（1）在鉆探過(guò)程當(dāng)中，鉆頭的鉆進(jìn)與提升，如果遇到縮徑地層，便會(huì)對(duì)其升降造成升降困難，有時(shí)還需要掃孔處理。（2）鉆具進(jìn)入縮徑地層時(shí)，由于和孔壁間隙不斷變小，為進(jìn)一步增高泵壓，有時(shí)會(huì)發(fā)生憋泵情況。（3）巖粉量突然變多，還增加泥漿含沙量，如果通過(guò)繩索進(jìn)行曲取心鉆進(jìn)，鉆桿中結(jié)垢現(xiàn)象比較突出，內(nèi)管提放存在較大難度。（4）鉆具進(jìn)入縮徑地層后，出現(xiàn)回轉(zhuǎn)困難，阻力變大，影響鉆具正常轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生倒車(chē)現(xiàn)象。

4.出現(xiàn)小口徑巖心鉆孔縮徑的主要原因

在小口徑巖心鉆探過(guò)程當(dāng)中，鉆孔縮徑問(wèn)題非常常見(jiàn)（圖1），如果出現(xiàn)鉆孔縮徑，會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成巨大影響，同時(shí)加大材料的使用，使得施工成本進(jìn)一步加大。尤其是一些沉積地層地質(zhì)構(gòu)造帶和強(qiáng)風(fēng)化地層鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，極易出現(xiàn)鉆孔縮徑問(wèn)題，在這些地層中，由于水因素的影響會(huì)發(fā)生膨脹，倘若依照傳統(tǒng)方法進(jìn)行鉆進(jìn)，孔內(nèi)事故發(fā)生率會(huì)很高，影響提鉆和下鉆，導(dǎo)致抱鉆問(wèn)題發(fā)生，處理不科學(xué)還極易引發(fā)鉆孔報(bào)廢。導(dǎo)致小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑問(wèn)題的主要因素，和穿越不穩(wěn)定地層有著密切聯(lián)系，施工作業(yè)過(guò)程中沒(méi)有充分考慮地層復(fù)雜情況，未采取有效措施積極應(yīng)對(duì)，這些不穩(wěn)定地層由于水的因素影響，導(dǎo)致縮徑問(wèn)題出現(xiàn)，而且這一問(wèn)題常常出現(xiàn)在小口徑巖心鉆探工作當(dāng)中，對(duì)巖心鉆探工作效率和質(zhì)量造成非常大的影響，同時(shí)也大大增加了材料的消耗率，成本投入進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)工程的整體效應(yīng)造成不良影響，所以必須要充分重視小口徑巖心鉆探過(guò)程中鉆孔縮徑問(wèn)題的發(fā)生，采取有效措施積極預(yù)防，科學(xué)處理，還應(yīng)當(dāng)提前將相應(yīng)的準(zhǔn)備工作充分做好，確保工程順利開(kāi)展。

5.小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防措施

5.1熟練掌握小口徑巖心鉆探情況

在具體鉆探施工過(guò)程當(dāng)中，為了控制和減少鉆孔縮徑問(wèn)題出現(xiàn)，工作人員必須要具備較高的技術(shù)素養(yǎng)，同時(shí)對(duì)鉆孔縮徑地層情況有一個(gè)更加全面的了解，針對(duì)性的采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防。如果鉆探施工過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)鉆孔縮徑先兆時(shí)，需要向有關(guān)部門(mén)及時(shí)上報(bào)，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防措施，以免導(dǎo)致事故發(fā)生，對(duì)工作人員的生命安全構(gòu)成威脅。為了更好地預(yù)防鉆孔縮徑問(wèn)題發(fā)生，應(yīng)當(dāng)全面了解施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，展開(kāi)科學(xué)的勘察工作，可以制定完善的預(yù)防方案提供參考，降低和控制鉆孔縮徑問(wèn)題的發(fā)生。

5.2依據(jù)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行泥漿配置

鉆探施工過(guò)程中有著較高的泥漿配置要求，在配置過(guò)程當(dāng)中，必須要保證其粘度密度以及pH值，都和相關(guān)要求相符合。泥漿性能會(huì)受到粘土遇水化因素影響，所以，應(yīng)當(dāng)通過(guò)有效的預(yù)防措施科學(xué)地進(jìn)行處理，使泥漿漏斗粘度進(jìn)一步提升，控制失水量，可以在泥漿中加入增粘降失水劑，控制和減少泥漿失水量，提高其使用性能，保持泥漿濾液粘度，控制濾液滲入深度，控制相應(yīng)地層中出現(xiàn)水化破壞問(wèn)題。還可將抑制水化作用沖洗液進(jìn)行合理應(yīng)用，增強(qiáng)泥漿自身抑制性能，為了控制地層滲透水化，可以對(duì)泥漿礦化度進(jìn)行有效提升，而且還能保證孔內(nèi)環(huán)空處泥漿保證處于流態(tài)，這對(duì)保證泥漿質(zhì)量，達(dá)到施工要求，增強(qiáng)施工效率和質(zhì)量發(fā)揮著非常重要的。

5.3其他相關(guān)預(yù)防措施

在穿越縮徑地層過(guò)程中，鉆具的下降與提升，都必須要減緩速度通過(guò)，如果鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中遇到非常大的阻力，需要及時(shí)地進(jìn)行掃孔處理，保證鉆具可以順利地穿越縮徑地層，如果縮徑情況非常嚴(yán)重，此時(shí)可以增大鉆具級(jí)別，進(jìn)行擴(kuò)孔，鉆進(jìn)1m～2m后，及時(shí)的下套管，控制和減少縮徑事故的出現(xiàn)。

6.縮徑地層的治理

6.1鉆孔過(guò)程中縮徑的發(fā)生

文中將一丘陵地區(qū)礦產(chǎn)開(kāi)采作為此次研究對(duì)象，礦區(qū)分布區(qū)域地勢(shì)相對(duì)較好，地貌特征主要為黃土性質(zhì)，礦區(qū)所在區(qū)域分布褶斷束構(gòu)造帶，發(fā)育很多斷裂構(gòu)造，在具體施工過(guò)程當(dāng)中面對(duì)很多種類的巖石，同時(shí)厚度上也存在很大不同，主要表現(xiàn)為巨粒類型，同時(shí)，還有一些巖泥混入中粒砂巖中，受強(qiáng)風(fēng)化因素影響，地層存在非常大的變動(dòng)性，受水因素的影響極易出現(xiàn)膨脹，尤其是施工過(guò)程當(dāng)中存在大量的粉紅色粘土，鉆探施工時(shí)水量損失比較嚴(yán)重，這就極大地增加了鉆探施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，很容易引發(fā)事故。所以具體鉆探時(shí)，如果遇到提鉆下鉆困難，鉆孔便會(huì)被埋，難以找到鉆孔，更會(huì)造成其他鉆孔報(bào)廢，對(duì)施工進(jìn)度造成很大影響，還會(huì)進(jìn)一步加重經(jīng)濟(jì)損失。導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因和工程施工區(qū)域上不存在不穩(wěn)定的含礫層密切相關(guān)，施工時(shí)未下套管，施工過(guò)程中如果出現(xiàn)地層孔，未采取有效措施進(jìn)行解決，就無(wú)法保證巖漿質(zhì)量，引發(fā)鉆孔縮徑問(wèn)題出現(xiàn)。

6.2鉆孔縮徑的處理

（1）從鉆孔結(jié)構(gòu)上采取必要的措施。鉆孔結(jié)構(gòu)選擇&110-91-75mm，鉆孔結(jié)構(gòu)以上部位能后應(yīng)用0mm～50mm，使用相對(duì)簡(jiǎn)單，而且比較方便，當(dāng)穿越縮徑地層時(shí)，于距離該地層3m～5m位置，通過(guò)雙管鉆具開(kāi)展協(xié)同施工，當(dāng)達(dá)到預(yù)期位置時(shí)停止，這就可以控制縮徑問(wèn)題出現(xiàn)。

（2）在取粉管上安裝反鉆頭。在取粉管上安裝反鉆頭，通過(guò)上部掃描，來(lái)對(duì)縮徑病害部位進(jìn)行明確，提高施工質(zhì)量。

（3）科學(xué)對(duì)泥漿進(jìn)行配制。實(shí)際鉆探時(shí)有著非常高的泥漿配置要求，在配制泥漿時(shí)，必須要保證其pH值粘度和密度等都于有關(guān)要求相符合，并科學(xué)地控制泥漿失水量與含沙量，按照最適宜的比例開(kāi)展配置工作，更好地提升泥漿配制質(zhì)量，確保施工正常進(jìn)行，提高施工質(zhì)量。

6.3做好縮徑的預(yù)防工作

為了降低和控制鉆孔縮徑問(wèn)題的發(fā)，或者再出現(xiàn)鉆孔縮徑問(wèn)題后，采取有效措施及時(shí)應(yīng)對(duì)，必須要是前將相應(yīng)的預(yù)防工作充分做好，針對(duì)性的采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。首要的問(wèn)題是科學(xué)的對(duì)泥漿進(jìn)行配置，這是減少鉆孔縮徑問(wèn)題的主要因素，泥漿應(yīng)當(dāng)按照4mL/30min對(duì)其失水量進(jìn)行控制，同時(shí)面對(duì)縮徑地層，應(yīng)當(dāng)控制和減慢鉆具速度，在實(shí)際轉(zhuǎn)進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，如果感覺(jué)到阻力，及時(shí)地進(jìn)行掃孔。倘若鉆探過(guò)程當(dāng)中，縮徑地層非常的嚴(yán)重，可以擴(kuò)大鉆具級(jí)別進(jìn)行鉆進(jìn)，擴(kuò)孔處理，當(dāng)鉆進(jìn)兩米之后，將套管下上，控制縮徑問(wèn)題發(fā)生。

7.鉆進(jìn)縮徑地層應(yīng)注意的事項(xiàng)

在遇到縮徑地層時(shí)工作人員應(yīng)當(dāng)與施工實(shí)際充分地結(jié)合，展開(kāi)詳細(xì)的分析與研究，針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)科學(xué)的評(píng)估，并采取有效的措施及時(shí)應(yīng)對(duì)，保證工作效率，還需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）科學(xué)選擇鉆進(jìn)鉆壓。在鉆探過(guò)程當(dāng)中需要科學(xué)地對(duì)鉆壓進(jìn)行選擇，具體工作實(shí)際，鉆壓選擇的是否合理非常重要，特別是面對(duì)不穩(wěn)定地層，巖石巖層非常柔軟，實(shí)際鉆探時(shí)需要保持輕壓鉆進(jìn)。穿越縮徑地層時(shí)，需要控制在3kN～5kN的鉆壓范圍，如果面對(duì)過(guò)大的鉆壓，極易導(dǎo)致鉆具堵塞，或者因過(guò)快的進(jìn)尺，巖層位置會(huì)有很多巖粉揚(yáng)起，對(duì)施工效率與質(zhì)量造成很大影響，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致埋鉆事故出現(xiàn)。（2）嚴(yán)格控制鉆具轉(zhuǎn)速。在縮徑地層鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格控制，緩慢鉆進(jìn)，慢進(jìn)尺，鉆進(jìn)1m～2m時(shí)，將鉆具進(jìn)行上提，反復(fù)進(jìn)行幾次，倘若無(wú)縮徑問(wèn)題存在時(shí)，在進(jìn)行鉆進(jìn)，避免縮徑地層造成的影響，應(yīng)用了護(hù)壁措施，在快速鉆進(jìn)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致施工安全事故的發(fā)生，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，一般按照200r/min～300r/min控制鉆速。（3）合理調(diào)整泵量。在實(shí)施小口徑巖心鉆探過(guò)程當(dāng)中，遇到軟層鉆進(jìn)過(guò)程中，會(huì)有大量的巖粉出現(xiàn)，同時(shí)伴隨鉆探工作的不斷開(kāi)展，巖粉量會(huì)持續(xù)增多，如果泵量較小，那你將大量的巖粉帶出，過(guò)多的巖粉存在于孔內(nèi)，極易造成埋鉆事故。所以具體施工過(guò)程當(dāng)中，必須要和施工實(shí)際充分結(jié)合，將巖粉有效的清除出去，如果泵量不符合相關(guān)要求，巖粉就會(huì)持續(xù)性的增加，對(duì)施工效率和質(zhì)量造成不良影響，更甚者導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，所以必須要合理控制。（4）做好沖洗液維護(hù)工作。沖洗液維護(hù)也是小口徑巖心鉆探過(guò)程當(dāng)中，非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，如果沒(méi)有充分做好沖洗液維護(hù)工作，不但會(huì)加重反復(fù)，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的孔內(nèi)事故，所以施工過(guò)程當(dāng)中，必須要按照相關(guān)操作規(guī)程科學(xué)地進(jìn)行操作，及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)充，并做好監(jiān)測(cè)工作，科學(xué)的配置泥漿，提高泥漿使用性能，做好詳細(xì)的記錄，充分結(jié)合科學(xué)的調(diào)整，使其使用性能得到良好的保持，不能將水和泥漿材料隨意地加入其中。同時(shí)，具體施工時(shí)還需要對(duì)泥漿堆積的巖粉及時(shí)的進(jìn)行清理，使泥漿處于良好的性能狀態(tài)，提升維護(hù)工作水平，為鉆探工作的高效實(shí)施提供保障。

8.結(jié)語(yǔ)

在縮徑地層鉆探過(guò)程當(dāng)中，首先必須要對(duì)巖層情況有一個(gè)更加充分的了解，科學(xué)的選擇鉆進(jìn)措施，并合理的配比泥漿，通過(guò)有效的預(yù)防措施，控制和減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，如果在穿越縮徑地層時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理控制鉆探速度，及時(shí)下套管，如果無(wú)法穿過(guò)時(shí)，就會(huì)造成鉆孔報(bào)廢，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，縮徑地層鉆探過(guò)程當(dāng)中有一些先兆，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真的觀察，并做好相應(yīng)的記錄工作，并采取有效的措施及時(shí)應(yīng)對(duì)，不可盲目地鉆進(jìn)，以免發(fā)生孔內(nèi)事故。為了進(jìn)一步提高小口徑巖心鉆探施工效率與質(zhì)量，控制和減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，今后還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)研究工作，更好地為國(guó)家找礦服務(wù)。

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