淺談礦井施工工藝和提高鉆效的方法

趙文杰

（河南省資源環(huán)境調(diào)查四院，河南 鄭州 450046）

由于該項(xiàng)目是本地區(qū)的預(yù)查項(xiàng)目又是本區(qū)塊的第一口井，在機(jī)械設(shè)備選擇，確定鉆具組合，井徑結(jié)構(gòu)方面沒有確切的地質(zhì)資料做依據(jù)，本著優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料施工成本為原則，從多渠道收集該地區(qū)的地層資料，精心編寫施工組織設(shè)計(jì)，根據(jù)地層資料和設(shè)計(jì)要求，確定鉆具組合和鉆孔結(jié)構(gòu)。地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，第四系無芯段為200m，見基巖后至終孔全取芯，巖芯直徑不得小于91mm。

1 概況

在三門峽陜州區(qū)丁管營(yíng)村施工的“礦山預(yù)查區(qū)鉆探工程”項(xiàng)目，該項(xiàng)目是河南省財(cái)政項(xiàng)目，設(shè)計(jì)孔深1700m，終孔孔深1751.18m。第四系設(shè)計(jì)總厚度為200m 無芯段，自見基巖至終孔全取芯。

2 鉆探主要設(shè)備

本孔所采用的設(shè)備有GZ-2600 鉆機(jī)，鉆塔MA110/27 型，QZ-500 型泥漿泵，Y315-4-280kw 電動(dòng)機(jī)作為泥漿泵的動(dòng)力，Y315-4-160kw 電動(dòng)機(jī)作為鉆機(jī)的動(dòng)力，Y315-4-90kw 電動(dòng)機(jī)作為注漿泵的動(dòng)力，2PNL30-80 振動(dòng)篩1 臺(tái)，1000 千伏安箱變一套，離心機(jī)等。

3 鉆進(jìn)技術(shù)要求

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

表1 鉆井設(shè)備要求

3.2 鉆進(jìn)方法

3.2.1 一開鉆進(jìn)方法

一開采用φ311 牙輪鉆頭進(jìn)行無芯鉆進(jìn)，鉆進(jìn)200m 下入φ245表層套管，二開采用φ215 牙輪鉆頭進(jìn)行無芯鉆進(jìn)，從200m 鉆進(jìn)至終孔。

一開鉆進(jìn)：開孔～見基巖前孔深井段，采用Φ311mm 牙輪鉆頭無芯鉆進(jìn)，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)見基巖時(shí)提前取芯驗(yàn)證，以確定見基巖深度，防止無芯鉆進(jìn)將其穿過。

開孔時(shí)要輕壓慢轉(zhuǎn)，立軸全部進(jìn)入井眼后方可加壓鉆進(jìn)，保證鉆孔開孔孔直度，防止孔斜。

上部地層疏松，黏土及砂層較厚易縮徑，鉆進(jìn)中注意控制水泵泵量和泵壓，并觀察鉆井液的各項(xiàng)指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整以保證井壁的穩(wěn)定，起到保護(hù)鉆孔孔壁，避免出現(xiàn)縮徑包鉆影響孔內(nèi)安全。

3.2.2 二開鉆進(jìn)方法

二開鉆進(jìn)：見基巖后換成Φ215mm 取芯鉆進(jìn)。

二開換徑時(shí)，下入Φ215mm 鉆頭+取芯器，上部要加Φ215mm 螺旋扶正器，輕壓慢轉(zhuǎn)將小眼開直。

進(jìn)入基巖后，取芯時(shí)巖芯要卡牢，防止起鉆時(shí)巖芯脫落。

3.3 鉆具組合

3.3.1 一開鉆具組合

0m～200m：Φ311mm牙輪鉆頭+Φ159mm鉆鋌1根+Φ311mm螺旋扶正器+Φ159mm鉆鋌（6-8根）+Φ127mm鉆桿+108×108 mm方鉆桿。

3.3.2 二開鉆具組合

200m～1757.18m：Φ215mmPDC 取芯復(fù)合片鉆頭+川7-4取芯器+Φ159mm 鉆鋌（6～8 根）+Φ127mm 鉆桿+φ89mm 鉆桿+108mm×108 mm 方鉆桿。

3.4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

3.4.1 鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)地層的情況，地層巖石的可鉆性均屬中等類型，正常情況下鉆進(jìn)參數(shù)可選取下表參數(shù)，在開孔、換層、換徑、情況異常時(shí)，鉆壓、轉(zhuǎn)速減半。

表2 鉆進(jìn)參數(shù)參考表

3.4.2 鉆井液性能指標(biāo)

（1）一開井段（0m～200m），選用普通泥漿：配方：80～120kg/m3鈉膨潤(rùn)土+0.1%～0.2%純堿（Na2CO3）+0.2%～0.3%腐殖酸鉀+0.3%羧甲基纖維素（HV-CMC）。

泥漿性能要求：密度：1.25g/cm3～1.30g/cm3，漏斗粘度：30～40.S，失水量：15ml/30min，泥皮厚：2mm含砂量：0.2%～0.3%，PH值：8～9。

（2）二開井段(200～1757.18m)選用普通泥漿：配方：40kg/m3～45kg/m3鈉膨潤(rùn)土+0.1%～0.2%純堿+0.3%～0.5%腐殖酸鉀+0.6%低粘鈉羧甲基纖維素+0.2%高粘鈉羧甲基纖維素+0.2%廣譜護(hù)壁劑Ⅲ型。

性能要求：密度：1.10g/cm3～1.25g/cm3，漏斗粘度：28～35s，失水量：8ml/30min～15ml/30min，泥皮厚度：0.5mm～1.5mm，含沙量：0.2%，PH值：8～9。

3.4.3 鉆井液分段技術(shù)措施

（1）0～m200m 井段：配制基漿：先在配漿水中加入：0.1～0.2 純堿（Na2CO3）調(diào)整PH 值為9.5～10，再加入定量鈉膨潤(rùn)土，充分預(yù)水化，用攪拌機(jī)攪拌均勻。

在基漿中加入：0.2%～0.3%磺化褐煤樹脂（或腐殖酸鉀）和0.3%低粘鈉羧甲基纖維素，調(diào)整泥漿性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并視鉆進(jìn)地層情況，調(diào)整粘度、切力以增加懸浮和攜砂能力，如鉆遇流砂，卵礫石層時(shí)可適當(dāng)增加泥漿的粘度和比重。

（2）200m～1757.18m 井段：配制基漿：先在配漿水中加入：0.1～0.2 純堿（Na2CO3）調(diào)整PH 值為9.5～10，再加入定量鈉膨潤(rùn)土，充分預(yù)水化，用攪拌機(jī)攪拌均勻。

在基漿中加入：0.3%～0.5%腐殖酸鉀，鈉羧甲基纖維素以膠液方式加入，以調(diào)節(jié)失水量和粘度、切力，使泥漿性能達(dá)到所鉆地層要求，在施工過程當(dāng)中根據(jù)所鉆地層不同要適時(shí)調(diào)整泥漿性能指標(biāo)。

（3）維護(hù)必須加足降失水劑，控制失水量，保持PH 值在9～10，同時(shí)注意降摩阻，防止粘、卡鉆。

4 施工過程中提高效率的方法

4.1 鉆頭上的改進(jìn)

在取芯段為了滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，我們采用川7-4 取芯器進(jìn)行取芯，與取芯器配套的現(xiàn)成鉆頭大都是針對(duì)硬巖而設(shè)計(jì)的，在鉆進(jìn)湖相沉積的老第三系地層時(shí)進(jìn)尺較慢，不適用。通過施工過程中對(duì)地層的了解與掌握，對(duì)鉆頭進(jìn)行了設(shè)計(jì)與改造，鉆頭由原來的六翼、八翼平底改成現(xiàn)在的四翼、五翼蘑菇頭階梯狀，并對(duì)鉆頭復(fù)合片的鑲嵌角度，鉆頭水眼大小，鉆頭內(nèi)部扶正臺(tái)階的長(zhǎng)度等進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化。鉆進(jìn)效率由原來的每小時(shí)3 寸，提高到了現(xiàn)在每小時(shí)平均3 米-4 米，較之前有了較大的提高。

圖1 改進(jìn)后的鉆頭示意圖

4.2 在取芯鉆進(jìn)工藝上的改進(jìn)

為了保證施工進(jìn)度，減少輔助時(shí)間，提高純鉆時(shí)間，把取芯器內(nèi)外筒由單筒接成雙筒，單回次進(jìn)尺由原來的8m 提高到了現(xiàn)在的15m。針對(duì)該區(qū)軟硬互層較頻繁的特性，對(duì)內(nèi)筒軸向間隙，鉆進(jìn)時(shí)鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量，和卡取巖芯時(shí)的方法及注意事項(xiàng)，都進(jìn)行了調(diào)整。綜合以上的改進(jìn)在鉆進(jìn)效率方面有了很大提高，降低了成本費(fèi)用。

4.3 飽和鉆井液調(diào)配工藝上的改進(jìn)

鉆孔施工到孔深960m 時(shí)，所帶上來的巖芯含有大量地質(zhì)礦物，這是找礦的一個(gè)重要標(biāo)志，為了保證礦井的直徑、采取率、準(zhǔn)確判斷層厚，此時(shí)需將原始普通泥漿進(jìn)行更換。因?yàn)楝F(xiàn)在鉆孔較深，如果泥漿達(dá)不到水飽和的狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行鉆井施工時(shí)礦井會(huì)發(fā)生水化，礦層會(huì)打丟；如果泥漿過飽和，礦井會(huì)結(jié)晶成塊出現(xiàn)卡鉆事故。經(jīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)把已采購(gòu)的泥漿材料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，取定量的水，充分水解后再加入相應(yīng)的泥漿材料對(duì)控制泥漿的失水量、粘度做了反復(fù)的試驗(yàn)，最終確定了泥漿材料的種類和投放比例。下一步換漿需對(duì)鉆孔整孔的泥漿進(jìn)行更換，算出孔內(nèi)容積（約需45 方），在地面配成大于孔內(nèi)數(shù)量的飽和泥漿，需加化學(xué)材料約3 噸，調(diào)配飽和泥漿如何去投放這些材料和原漿融合在一起成了一個(gè)問題，現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)攪拌機(jī)不容易實(shí)現(xiàn)一次性大容量的攪拌任務(wù)，結(jié)合鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的東西制作混合器，即節(jié)省了勞動(dòng)力又減少了輔助時(shí)間，無形中孔內(nèi)就多了一份安全。

圖2 鉆孔施工圖

5 結(jié)語

文章通過研究改進(jìn)取芯鉆進(jìn)工藝、調(diào)整鉆井液及改進(jìn)鉆頭等方案，為鉆井施工提供了便利條件，人工勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低，縮短工期節(jié)約成本，施工安全性高等優(yōu)勢(shì)，可以為類似工程施工提供借鑒和參考。