深部承壓含卵石流沙層的成孔方法的研究與實踐

湯 勇

(河北水文工程地質勘察院，河北 石家莊 050021)

在深部找礦鉆探施工過程中，常會出現流沙層，而且流沙層中含有卵石，給鉆探工作造成極大困難，處理不好可導致廢孔。如何解決此類問題，目前在國內還沒有成熟的經驗可借鑒。本文通過某國內金礦鉆探的一個工程實例，詳細地說明了在深部地質鉆探過程中遇承壓流沙層如何成孔的方法，為類似工程提供了可以參考的思路及方法。

所謂承壓流沙層(作者定義)，就是在承壓水的作用下，使原有的流沙表現出具有一定的承壓性。該流沙層的特點是流動性快，在鉆進過程中一旦被鉆穿，流沙就會延鉆孔迅速上返。上返的速度和高度，視承壓力的大小而各不相同，承壓力越大，上返速度越快，上升高度越高；反之，承壓力越小，上返速度越慢，上升高度越低。

1 工程概況及鉆探施工過程

本項目位于內蒙古，在烏拉山金礦區鉆探過程中，多個鉆孔出現了承壓流沙層，而且流沙層中含有卵石。該層大都出現在含金石英脈頂板以上約10～20m位置的破碎帶中，厚度在1.8～3.6m之間，承壓性的大小差別很大，一般流沙的上返高度在1～3m。目前，發現在268#脈ZK32-1鉆孔中，該層承壓最大，出現了嚴重的井噴現象。這種承壓流沙層，也是造成該礦區在鉆探施工中出現廢孔最多的主要原因。

在該地層中鉆進，如使用好沖洗液是能夠迅速鉆穿的，但在此層內若停泵采芯，鉆具會被突然“抱死”造成埋鉆事故。一旦被埋，處理事故相當困難，該孔十有八九就得宣布報廢。

由于目前在金礦鉆探施工中，為確保取芯質量，大都使用的是繩索取芯鉆具。這種鉆具在承壓流沙層鉆進取芯時，鉆具一般都要提離孔底，在承壓較小時，內管提出過程中，由于抽吸作用，在加上流沙的承壓性，使鉆具外管內立刻充滿流沙，使內管再也無法投至孔底；在承壓較強時，即便鉆具提離了孔底，由于流沙上返速度極快，在停泵欲提內管的過程中，內外管環狀間隙已經充滿了流沙，是內外管同時被埋死，有時鉆具能夠被強行拔出，但在重新下鉆時，鉆孔變淺，還要重復鉆進，以至來來往往、反復無窮，耽誤工期而且沒有進尺。

對付承壓流沙層，最初我們在泥漿上狠下了一番功夫，結果無濟于事；后來，在鉆過流沙層后，試圖把已配好的水泥漿用泵送入孔底進行封堵，實驗多次均未成功。我們分析：這可能是由于承壓作用，水泥漿無法進入流沙的縫隙中，或因承壓水的作用把水泥漿稀釋或者沖走。而后，我們就想用跟管鉆進的辦法擋住流沙，在該礦區，由于流沙層分布一般位于鉆孔深度的180～250m之間。再加上金礦床是在構造破碎帶內成礦，通天套管下至流沙層頂部，整個套管回轉阻力相當大，加之流沙層承壓，即使強扭硬壓套管也往往會在破碎帶內被卡死或在流沙層中被抱死，以至流沙未能擋住，套管卻難以拔出。最后，實在沒有辦法之下，我們請來有關專家，一起進行仔細分析。我們發現，要想通過承壓流沙層，在鉆進過程中，第一泥漿泵不停，沖洗液不能停止循環；第二，中途不能加桿，只能一次性到底；第三，流沙層內含有一定量的角礫，必須加壓掃孔才能到底。同時，我們也發現流沙層不算太厚，一般在1.8～3.6m之間。

鉆孔地層柱狀示意圖如圖1所示。

圖1 鉆孔地層柱狀示意圖

2 解決思路與具體方法

通過上述分析，我們就開始想在滿足這些條件下，若能下入套管，流沙層是可以封住的。為此，我們進行了反復現場實踐，具體操作過程如下：

1)鉆至流沙層，換單管鉆具，一次性穿過流沙層底板0.8～1.0m，上鉆。

2)根據行業內現有的鉆機和鉆塔的情況，一次性加桿最長不能超過5.5m。為此，我們就取一根作套管用的巖芯管，長度要求比實際流沙層的厚度長出2.0m，目的是讓套管下入后，上下各超出流沙層底板1.0m左右。這根巖芯管要求上端與巖芯管接頭連接處做一個強度薄弱點(我們采用的是用車床加工一個寬3mm，深2.5mm的溝槽)。對這一點的要求，是在鉆穿流沙層的過程中，既能承受一定的壓力和掃孔時的扭矩，又能在該巖芯管(套管)一旦被流沙抱死，從此處能夠扭斷或拔斷，從而與鉆桿分離；下端連接一個只有外出刃而沒有內出刃的金剛石鉆頭(需要從廠家定做)，以便下管后，小一級口徑的鉆頭和擴孔器能夠從中間順利通過，進行下一步鉆進。

鉆孔地層柱狀示意圖如圖2所示。

圖2 巖芯管制作示意圖

3)配鉆具，下鉆至流沙層頂部。注意：鉆具切不可扎入流沙層中，否則，沖洗液就不能送入孔內，還需再次上鉆。這時，盡可能多地使孔內鉆桿高出孔口，然后合車，開泵。輕壓慢轉掃至孔底。停泵，充當套管用的巖芯管很快被流沙抱死，強力扭拉使巖芯管從強度薄弱處斷開，上鉆。然后下小一級口徑的鉆具沖孔，鉆進即可。

3 效果分析

用下暗管的方法，2008～2009年在烏拉山金礦區鉆探施工過程中，凡遇承壓流沙層的幾個鉆孔均獲成功。但這種方法也有其一定的局限性，一是在制作巖芯管(套管)的強度薄弱點的把握上，要求有一定的經驗性；二是暗管下入的長度受一次性最大加桿長度所限制，暗管的直徑受鉆孔的終孔直徑限制。

4 結論與建議

在鉆探施工中，對如何穿越深部承壓流沙層的方法，還需要做更多的嘗試。也許還有更穩妥的方法，比如用低壓旋噴水泥或使用化學膠液，也可以作進一步的實踐工作。

[1] DZT 0017-1991.工程地質鉆探規程[S].北京：中國標準出版社，1992.

[2] DZ/T 0227-2010.地質巖心鉆探規程[S].北京：中國標準出版社，2010.