深部地質(zhì)巖芯鉆探技術(shù)探討

王　盛，熊柏槐，宋國清

（江西地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局九一二大隊，江西鷹潭355001）

深部地質(zhì)巖芯鉆探技術(shù)探討

王盛*，熊柏槐，宋國清

（江西地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局九一二大隊，江西鷹潭355001）

主要介紹深部地質(zhì)巖芯鉆探設(shè)備的選擇、對鉆井液的性能要求，通過改善鉆頭工作層、減少孔內(nèi)壓力、增加鉆具扶正器很好的解決了鉆頭壽命短、造斜地層鉆孔偏斜、深孔易斷鉆桿等問題。

深部地質(zhì)巖芯鉆探；鉆頭壽命；鉆孔防斜；鉆進(jìn)壓力；鉆井液

1　深部鉆探的意義

深部鉆探是通向地殼深部的通道，能夠使人們直接客觀地探明地球深部地層礦藏資源，通過探測地殼與上地幔的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、低溫、地應(yīng)力、地電、地磁、地?zé)岬惹闆r來預(yù)防預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害。對于發(fā)展地球科學(xué)和勘查技術(shù)，發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)改善人們的生活同樣意義重大。

2　深部鉆探的定義（地質(zhì)巖芯鉆探）

淺孔：0～300m；

中淺孔：300～600m；

中深孔：600～1200m；

深孔：1200～2500m；

特深孔：大于2500m。

3　施工深部鉆探主要技術(shù)問題

3.1設(shè)備的選擇（見表1）

表1　依據(jù)鉆孔深度的設(shè)備選擇

鉆機(jī)型號的選擇還受地層情況、巖石力學(xué)性質(zhì)、鉆孔設(shè)計孔徑結(jié)構(gòu)、鉆孔設(shè)計頂角等因素影響，實際工作中還要依據(jù)實際情況判定。

鉆桿選用F89mm國產(chǎn)繩索取芯鉆桿和F71mm繩索取芯鉆桿。

鉆具選用液動沖擊錘繩索取芯鉆具，復(fù)雜地層配合半合管繩索取芯鉆具以確保巖礦芯采取率。

鉆頭采用高胎體同心圓鋸齒型金剛石鉆頭，鉆頭環(huán)狀工作面寬、水口深的鉆頭有利于鉆頭通水性并不易崩胎體。

3.2鉆井液的選擇

鉆井液的選擇主要是確保鉆進(jìn)的高效、安全。因此對繩索取芯鉆進(jìn)用鉆井液有以下要求：

（1）不與巖體、巖粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨著地溫增加不會出現(xiàn)絮凝、降解現(xiàn)象；

（2）對地下水、地表無污染無副作用；

（3）無固相或低固相并具有潤滑排粉冷卻鉆頭的功能；

（4）具有低粘度、低失水、高分散性。

4　實例（江西景德鎮(zhèn)浮梁縣朱溪銅鎢礦鉆探項目ZK5409孔）

現(xiàn)以我單位在江西景德鎮(zhèn)朱溪銅鎢礦項目ZK5409號孔為例與各位同行一同學(xué)習(xí)探討。ZK5409孔設(shè)計孔深2250m，終孔孔深：2208.20m。

礦區(qū)內(nèi)地層比較穩(wěn)定，無涌水、垮塌孔現(xiàn)象較少且不連續(xù)，局部破碎出現(xiàn)在1000～1200m。故采用的鉆孔結(jié)構(gòu)較簡單。

鉆孔結(jié)構(gòu)：1～20m為F127mm口徑；

20～50m為F108mm口徑；

50～1350m為F95mm口徑；

1350m—終孔為F75口徑。

鉆機(jī)型號：HXY-6B，泥漿泵型號：BW-320，鉆塔：SGX17，鉆機(jī)動力：150kW，繩索絞車動力7.5kW。

鉆井液的選配：選用2000萬分子量水解聚丙烯酰胺、高效鉆井潤滑劑、磺化瀝青、羧甲基纖維素等泥漿材料。在施工過程中依據(jù)地層變化適量調(diào)配藥劑用量，并配備好相應(yīng)的除砂設(shè)備和泥漿沉淀池以降低沖洗液固相含量。

鉆進(jìn)過程中遇到以下問題：

（1）鉆孔施工至1700m后鉆頭壽命短，鉆頭消耗快，導(dǎo)致起下大鉆頻繁，對孔壁穩(wěn)定性不利，勞動強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率；

（2）鉆孔頂角難控制，對于造斜地層頂角尤其難以控制；

（3）鉆進(jìn)至一定深度后易發(fā)生斷鉆桿現(xiàn)象；

（4）鉆桿伸縮性難估算，上余不準(zhǔn)，導(dǎo)致內(nèi)管總成報警信圈炸裂無法正常撈取內(nèi)管；

（5）套管下入深，起拔困難。

采取的解決措施：

（1）降低鉆進(jìn)壓力、做好鉆桿和水泵的水路密封性；加高鉆頭工作面、加大鉆頭出水口；在鉆頭上鑲嵌金剛石聚晶材料等措施很好的解決了鉆頭壽命短的問題。鉆頭壽命由30m增加到150m，大幅度節(jié)約了起下鉆具的輔助作業(yè)時間，減少了工人勞動強(qiáng)度、很好的保持好孔壁穩(wěn)定性，提高深孔鉆探的生產(chǎn)效率。

（2）地基和底盤要堅固、穩(wěn)定，鉆塔和鉆機(jī)安裝要周正、牢固、水平。鉆塔天車輪、提引器中心、主動鉆桿中心與鉆孔中心在同一條鉛垂線上；不得使用曠動的主動鉆桿及彎曲的主動鉆桿、鉆桿和巖芯管。降低鉆井壓力，保證鉆桿處于拉伸狀態(tài)；鉆具多配2套導(dǎo)正擴(kuò)孔器；使用液動潛孔錘繩索取芯鉆具鉆進(jìn)。通過使用以上方式可取得較好的防斜效果。當(dāng)遇到強(qiáng)造斜地層時配合使用螺桿馬達(dá)糾斜鉆具對已經(jīng)跑偏的鉆孔進(jìn)行糾正，但此法在糾正過程中無法保留巖芯，而且對水泵的上水量、泵壓要求較高。

（3）檢查鉆桿及配套接手，出現(xiàn)受損的立即更換；鉆柱啟動和鉆進(jìn)過程中保證鉆桿處于拉伸狀態(tài)；鉆柱啟動時應(yīng)慢慢松開離合器防止啟動時的瞬間扭矩作用在鉆柱上導(dǎo)致鉆柱受傷；鉆進(jìn)過程中降低鉆進(jìn)壓力；改善泥漿潤滑性減小鉆柱扭矩；通過以上措施有效減少了經(jīng)常斷鉆桿現(xiàn)象。

（4）通過減少回次進(jìn)尺，每回次鉆進(jìn)2.8m便開始撈取巖芯（內(nèi)管長3.0m），可以很好的預(yù)防內(nèi)管總成報警信圈炸裂難以打撈的問題。

（5）影響深孔臨時套管起拔成功的主要因素有鉆孔孔斜率大、孔壁不規(guī)不圓滑、孔壁吸附套管、巖粉抱埋套管。因此在做好鉆孔防斜的基礎(chǔ)后，下入套管前應(yīng)在套管外壁涂抹黃油，以防孔壁吸附套管；做好孔口封閉措施，防止巖粉隨泥漿進(jìn)入套管和孔壁之間的間隙抱埋套管。

5　結(jié)語

深部地質(zhì)巖芯鉆探施工在獲得地球深部地質(zhì)信息的同時其資源投入也是非常大，因此施工過程中的施工管理尤為重要。做好現(xiàn)場監(jiān)督、現(xiàn)場日記，材料供應(yīng)，理順施工生產(chǎn)活動中人與人之間的協(xié)作配合關(guān)系，落實責(zé)、權(quán)、利一致的原則都是我們應(yīng)該做到的，只有依靠集體的力量才能取得較好的工作效果。

［1］鄢泰寧.巖土鉆掘工程學(xué)［M］.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2001.

［2］劉廣志.金剛石鉆探手冊［M］.北京：地質(zhì)出版社，1991.

［3］王扶志，張至強(qiáng)，宋小軍.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)［M］.長沙：中南大學(xué)出版社，2008.

［4］王達(dá).深孔巖芯鉆探的技術(shù)關(guān)鍵［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，（增刊）.

P634

A

1004-5716（2016）03-0063-02

2015-03-09

王盛（1988-），男（漢族），江西撫州人，助理工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查技術(shù)工作。