深孔繩索取芯鉆探施工體會

易 榮

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

深孔繩索取芯鉆探施工體會

易 榮

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

介紹了在深孔繩索取芯鉆探的設備選擇、鉆孔結構、沖洗液性能要求、事故預防及處理方法。結合兩個典型的深孔，對鉆探工藝進行了分析，總結了繩索取芯鉆探工藝深孔施工的成功經(jīng)驗。

深孔，繩索取芯，鉆探工藝，鉆機

0 引言

鉆探技術是礦產(chǎn)勘查的重要和不可缺少的技術方法之一，是能夠直接從地下巖層獲取實物樣品的唯一手段。深孔繩索取芯作為比較先進的鉆探技術在實際施工中有許多技術問題需要有科學的解決方案，這對降低鉆探成本、保證孔內(nèi)安全、提高鉆探質(zhì)量和鉆進效率意義重大。

1 深孔繩索取芯需要考慮的關鍵問題

1)鉆探設備及配套選擇問題；

2)鉆孔結構設計問題；

3)復雜地層的安全鉆進取芯問題；

4)孔內(nèi)事故的預防和處理問題。

2 解決深孔繩索取芯鉆探技術問題的建議

2.1 鉆機及鉆探設備配套的選擇

2.1.1 鉆機的選擇

鉆機作為“鉆探四大件之一”的重要設備，其設備能力除了滿足正常鉆進外，還必須具有處理孔內(nèi)復雜情況的能力，所以鉆機選擇時必須滿足“大馬拉小車”的理念。在選擇鉆機時考慮到繩索取芯鉆進“高轉速、低鉆壓”的特點，優(yōu)先選擇立軸鉆機和全液壓動力頭鉆機。部分巖芯鉆機技術參數(shù)見表1。

表1 部分巖芯鉆機技術參數(shù)

2.1.2 鉆探設備配套選擇

1)泥漿泵：繩索取芯一般鉆孔口徑較小，同時繩索取芯鉆桿與孔壁間隙也較小，所有泥漿泵一般選用流量穩(wěn)定“高泵壓，小流量”的BW-250和BW-300/16的往復泵。

2)鉆頭：繩索取芯的鉆進效率高的一個因素就是不提鉆取芯，所以優(yōu)先選擇“高壽命”鉆頭，同時還應根據(jù)地層情況，考慮水口數(shù)量、底唇形狀、金剛石濃度、鉆頭胎體類型等多種因素選擇鉆頭。

3)鉆塔：在滿足提升鉆具要求的前提下，優(yōu)先選用四角鉆塔。四角鉆塔外部可以掛塔布，使鉆探施工不受天氣影響，改善工人的作業(yè)環(huán)境。

4)其他：為了提高鉆探效率，配套設備還可選擇擰卸鉆桿用懸吊式液壓動力鉗；泥漿制備和凈化設備；繩索取芯液動潛孔錘等配套設備。

2.2 鉆孔結構設計

在鉆探施工前必須做出詳細的工程設計，這是保證工程順利完工的基本前提。工程設計中第一個關鍵問題就是按照鉆探工藝的基本要求和鉆孔地層情況確定鉆孔結構。目前大部分繩索取芯的終孔口徑為75 mm，而煤層氣、頁巖氣參數(shù)孔則要求以95 mm作為終孔口徑。鉆孔結構設計自下而上設計各級口徑，對于復雜地層需要留1級～2級備用口徑。新標準的鉆孔規(guī)格及主要管材尺寸見表2。

2.3 沖洗液性能要求

深孔鉆進孔壁穩(wěn)定性相當重要，套管護壁雖然是最有效、最牢固、最永久的護壁方法，但在深孔應用時，下長距離套管難度大，套管不易回收，影響施工周期，所以深孔施工優(yōu)先選擇優(yōu)質(zhì)沖洗液護壁，保證孔內(nèi)安全，縮短成孔周期，提高經(jīng)濟效益。

復雜地層深孔繩索取芯的沖洗液既要滿足深孔護壁需要，又要滿足繩索取芯的工藝要求。

1)低固相含量。較穩(wěn)定地層優(yōu)先選用無固相沖洗液，對于復雜地層沖洗液固相含量最好控制3%～8%，同時嚴格控制無用固相含量。無用固相會嚴重影響繩索取芯的鉆進效率，無用固相含量過高還會在鉆桿內(nèi)壁結構影響回次結束后巖芯管的打撈，現(xiàn)場最好配備泥漿凈化設備及時除去無用固相，維護沖洗液性能穩(wěn)定。

2)具有較強的抑制性，避免水敏性地層水化膨脹或水化分散，造成鉆孔縮徑或嚴重超徑，同時增加沖洗液固相含量影響沖洗液性能穩(wěn)定。

3)合適的密度。根據(jù)地層情況調(diào)整沖洗液密度平衡地層壓力，維持孔壁穩(wěn)定。

4)具有優(yōu)良的流變性能。能夠很好地攜帶和懸浮巖屑，保證孔底干凈，提高鉆進效率。

5)潤滑性好。良好的潤滑性可以有效減小機具磨損，降低鉆具回轉的扭矩提高轉速。

2.4 事故預防與處理

2.4.1 事故預防措施

1)在鉆孔結構設計時就要為事故處理留有余地。

2)每次下鉆前，認真檢查鉆具，發(fā)現(xiàn)損壞和過度磨損鉆具要及時更換，同時做好鉆探設備的各項維護工作。

3)根據(jù)鉆取的巖芯情況，及時選擇適應地層的沖洗液類型，并做好沖洗液的日常維護工作。

4)司鉆人員要時刻注意各項鉆進參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)異常應迅速把鉆具提離孔底檢查。

5)現(xiàn)場配備各類事故處理鉆具和設備。保證事故發(fā)生后能得到及時處理。

2.4.2 事故處理

1)首先要了解孔內(nèi)情況和事故前各項參數(shù)變化。弄清楚事故原因，事故類型，事故頭位置。

2)針對了解的孔內(nèi)情況，選擇相適應的事故處理手段，制定事故處理方案。

3)選擇操作熟練的班長進行事故處理，現(xiàn)場技術人員和機長必須到場指揮。處理事故方法由簡單到復雜，最無法處理事故頭可采取水泥封孔后側鉆繼續(xù)下部地層施工。

3 深孔鉆進實例

3.1 參與施工的兩個比較典型的繩索取芯深孔概況

3.1.1 SY06孔

陜西省陜北石炭二疊紀煤田佳縣普查區(qū)SY06號鉆孔，是我隊承接的一個煤層瓦斯取樣孔，作為一個全孔取芯的基準孔，其設計孔深2 300 m，最后終孔孔深2 311.05 m，鉆孔于2014年5月13日開孔，8月23日鉆進達到設計孔深，2014年8月29日完成驗收，封孔，順利終孔，合計施工108 d，整孔取芯率97%，終孔孔斜0.89°，井底溫度72 ℃，主采煤層都達到取芯要求，總回次815次，平均回次進尺2.84 m，平均臺月效率641.94 m，平均小時進尺4.13 m。

SY06號鉆孔只下入了2級套管，主要是為了下部地層處理孔內(nèi)事故留余地，SY06孔鉆孔結構見圖1。該孔的上部地層較穩(wěn)定，所以穿過覆蓋層后63.44 m～1 890.11 m都采用無故相沖洗液，所用材料為PHP、潤滑劑和包被劑，部分漏失孔段加入隨鉆堵漏劑和改性瀝青，粘度保持在22 s左右；下部地層與煤系地層1 890.11 m～2 311.05 m采用優(yōu)質(zhì)低固相沖洗液，其配方為：1 m3水+(50 kg～70 kg)鈉土+(3 kg～5 kg)GLA+10 kg～15 kg NH4-HPAN，主要性能為：比重1.05～1.07,蘇式漏斗粘度27 s～40 s，失水量5 mL/30 min～8 mL/30 min,泥皮厚度0.5 mm～1 mm，pH值9。

3.1.2 DY-1孔

DY-1孔2014年10月1日開孔，2016年4月9日終孔，終孔深度為1 860.83 m，臺月效率106.94 m/月，純鉆進時間僅占9.16%。終孔口徑為98 mm，鉆孔頂角6.3°，方位角273°，終孔層位為集寧群右手堡組片麻巖，地質(zhì)設計要求該孔為全孔取芯，鉆孔巖芯采取率達96%，礦體采取率為84%，經(jīng)驗收各項質(zhì)量指標完全滿足。

DY-1孔在鉆孔結構設計上做了很大的改進，其中包括：1)跨級下套管，DY-1孔孔內(nèi)情況復雜，下同級套管很可能發(fā)生套管事故，采用跨級下套管保證了孔內(nèi)安全；2)采用了新標準的φ114 mm套管作為最后一級套管，并以尾管的形式下到預定位置，減少深孔的套管重疊，降低成本；3)第一級和第二級套管下到位后用專業(yè)固井車進行了固井作業(yè)，防止在鉆進過程中發(fā)生上部套管脫落事故。DY-1鉆孔結構見圖2。

DY-1孔地層復雜，在施工過程中發(fā)生了一起比較嚴重的孔內(nèi)事故，在孔深1 281.43 m出現(xiàn)HQIS鉆具斷脫事故。處理措施：采用φ127 mm套管先套取2小根鉆桿，然后再用公錐反，逐步處理事故鉆具，但是最后孔內(nèi)殘余1小根鉆桿+1套內(nèi)外管時無法找到事故頭，考慮到鉆孔的實際情況，將事故頭上部150 m用水泥漿封閉(30包水泥，水灰比0.5)，水泥漿凝固后在透孔時順利從1 160.96處逐步掃出新眼，實現(xiàn)側鉆繞過事故頭，成功處理該起孔內(nèi)事故。

3.2 深孔施工體會

1)2個深孔均使用的是XY-8C立軸鉆機，立軸鉆機機械傳動簡單，傳動效率高，易于檢修維護，現(xiàn)場使用較方便。目前國內(nèi)推廣使用的全液壓動力頭鉆機使用過程中因對繩索取芯工藝適應性強，操作方便等優(yōu)點被廣大用戶所接受，但是全液壓動力頭鉆機因為傳遞效率低，液壓元件精密度要求高，液壓系統(tǒng)故障的診斷比較困難等原因也給它的推廣使用帶來一定困難。

2)鉆孔結構設計時應使用最新鉆孔口徑規(guī)格，該套口徑具有與國際通用標準接軌，且口徑級差合理、環(huán)狀間隙大、利于深孔鉆進等特點對于深孔繩索取芯來說非常適用。

3)深孔繩索取芯沖洗液性能十分重要。根據(jù)地層情況和采用的鉆進工藝合理選擇的沖洗液類型能有效提高鉆進效率，同時還應注重沖洗液的日常維護，現(xiàn)場配備泥漿凈化系統(tǒng)。

4)適當增加鉆頭外徑。適當增加鉆頭外徑，可以有效地降低泥漿泵負荷，同時減少沖洗液對孔壁沖刷，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生。

4 結語

繩索取芯鉆進工藝在深孔施工中減少了提下鉆次數(shù)的輔助工作時間，減輕了工人勞動強度，提高鉆進效率；在鉆孔質(zhì)量方面，鉆桿和孔壁間隙小，鉆孔不易彎曲，鉆孔垂直度高，巖芯堵塞即可撈取，增加巖芯采取率，在深孔施工中具有明顯的優(yōu)勢。但對于復雜地層施工，必須充分考慮鉆孔結構、設備能力、沖洗液性能，發(fā)揮繩索取芯在深孔鉆進中的優(yōu)勢。

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Experience of wire-line core drilling in deep hole

Yi Rong

(The121GeologicalBrigadeofFujianProvince,Longyan364021,China)

The paper introduces the drilling technique of wire-line core drilling in deep hole, including drilling rig, hole structure, drilling fluid and down-hole trouble, the paper also analyzed the drilling technique and summarized experience of wire-line core driling in deep hole combined with 2 typical hole.

deep hole, wire-line core drilling, drilling technique, drilling rig

1009-6825(2017)20-0094-03

2017-04-25

易 榮(1986- )，男，助理工程師

P634

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