巖芯鉆探深孔施工之重點

刁長河（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊　哈密　839000）

巖芯鉆探深孔施工之重點

刁長河
（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊哈密839000）

隨著地質找礦的深入和發展，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　設備選擇

現有國產設備，依次排列基本可滿足一般性質的深孔施工要求：

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。

其他進口或國產全液壓設計2 000～3 000m的設備，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，沖洗液循環阻力不斷增大，泵壓增大。一般千米以內的小口徑鉆孔，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、加工工藝為重，超深鉆孔（3 000m以上），更應考慮特殊材質和加工工藝的鉆桿。足夠強度的鉆桿是減少孔內事故的強力保證。

2　施工設計

設計要點及影響因素：

2.1鉆孔結構

2.1.1影響因素

⑴鉆孔深度：鉆孔設計深度越深，鉆孔結構越多級化；

⑵地層因素：地質設計地層越復雜，鉆孔結構越多；

⑶現有設備即輔件的能力：鉆孔設計深度越深，地質構造復雜，設備選擇時更應有針對性。

2.1.2設計的原則

把施工中可能遇到的麻煩盡量考慮全面，從而使鉆孔結構更復雜一些，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，當地層復雜，構造多變時，盡量用較大口徑的孔段，保證上段或多段的技術套管的使用或水泥封固的需求；

⑵考慮有足夠的孔內環空間隙保證沖洗液的循環暢通；

⑶級配合理：在沒有地質設計特殊要求的情況下，應根據國內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，即穿過不穩定地層。二級孔徑的孔深隨不同地質結構的變化而定，可能僅百米左右，也可能超過千米。因此，設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，且一旦發生就很難處理。

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

終孔孔深：即地質設計的終孔孔深，該孔徑在設計時，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，深孔施工設計和地質設計的終孔孔徑，稍大一級為宜。因為地質設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要求，當然還要追求安全完孔。

2.2技術套管

技術套管在井壁穩定性差的鉆孔內，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，長孔段下入技術套管，每個連接處應涂膠膠結，以防倒扣脫落。下入井內時，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

鉆頭規格：通常在巖芯完整，孔壁穩定的底層，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，發現問題，及時調整。其次，當沖洗液循環量不足時，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備，在一般千米以內的鉆孔中，普通卷揚設備配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備。

⑵鉆具結構稍作優化，選擇特殊設計的鉆頭，即鉆頭內徑小于系列標準2～3mm，內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

轉數：4000m以內，以500～1000轉為宜；1000～1 500m孔段，以500～800轉為宜；1 600～2 000m孔段，以400～600轉為宜；2 100～3 000m孔段，以200～400轉為宜；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，嚴防孔內假循環。精心觀察孔內泵壓變化。

⑵預防跑鉆：保證提升系統安全可靠，保證孔口夾持系統安全可靠，精心操作。

⑶預防埋鉆：每回次鉆進結束，鉆頭必須提高孔底足夠高度，再作取芯。通常，1 000m以內孔深，提高10～15m；1 000～1 500m以內孔深，提高15～30m；1 500～2 000m以內孔深，提高30～50m；2 000～3 000m以內孔深，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長時間靜置，如果條件允許，每兩小時適當轉動或上下提動鉆具，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，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