小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預防與處理

胡吉祥

摘要：在地質探礦過程當中受復雜地質情況影響，時常引發一些鉆探問題。特別是近年來伴隨經濟社會的高速發展，探礦項目日漸增多，而且不斷向深部擴展，持續延伸向更深深度的探礦工作，使鉆探問題更加暴露出來。在鉆探施工過程中，常常遇到鉆孔縮徑問題，特別是小口徑巖心鉆探施工過程當中，鉆孔縮徑問題更為突出，不斷對施工進度造成很大影響，同時還浪費了很多施工材料，施工成本也增加很多，更為嚴重的會引發孔內事故的發生，導致鉆孔報廢，所以在小口徑巖心鉆探過程中，鉆孔縮徑問題是亟待解決的重要難題。為了確保鉆探工作的順利推進，提供此項工作的安全性與有效性，加強小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑預防和處理方面的研究，更加凸顯出其重要性。

關鍵詞：小口徑巖心鉆探；鉆孔縮徑；泥漿護壁

伴隨經濟社會的不斷發展，地質探礦工程項目日漸增多，同時不斷向更深層次邁進，鉆探施工過程當中面臨的鉆探問題也越來越多，尤其是鉆孔縮徑問題現已成為影響鉆探施工的重要問題之一。鉆孔縮徑，是由于鉆探過程當中鉆孔孔壁巖層發生膨脹，導致的鉆孔孔徑縮小現象。由于鉆孔孔徑縮小，輕則增加巖粉量，重復進行鉆進，安全隱患增加，進尺緩慢，造成較高的成本投入，嚴重的引發埋鉆、斷桿事故，更甚者導致鉆孔報廢。下面筆者根據小口徑巖心鉆探工作實踐，對鉆孔縮徑問題預防與處理展開探討，以供參考。

1.地質巖心鉆探技術概述

在固體礦產地質勘探中，巖心勘探技術發揮著非常重要的作用，是一種重要的勘探手段，通過對不同深度地質進行鉆探來提取相關礦樣，并對這些樣品展開詳細分析，同時更好的指導地質作業。在地質勘查過程當中，工作人員通過鉆探工具在破碎環狀巖石進行孔底鉆探，同時保留一個巖心，工作人員取出巖心之后通過對其實際情況展開詳細的分析與研究，來充分了解和掌握地質和礦產情況。這項工作具有較強的專業性，需要工作人員具備較高的專業素養與操作能力。由于巖心鉆探鉆頭種類的不同，主要包括鉆粒鉆探和金剛石鉆探以及硬質合金鉆探等。在實際鉆進過程當中，工作人員通過液壓沖擊器提供的強大沖擊力進行回轉鉆進，硬質合金和金剛石都能承受強大的沖擊力，但在工作實際中必須要合理應用。

現如今伴隨我國資源勘探工作的高效發展，巖心鉆探技術也獲得了極大的提升，應用日漸普遍起來，特別是多功能鉆探技術以及液壓動力鉆探技術和立軸巖心鉆探技術發展迅速。我國在鉆探工程發展過程中，在早些時候引進立軸巖心鉆探技術，但是受技術能力因素影響，該項技術在資源勘探過程當中應用率非常低，為了更好地應對勘探資源難題，在新中國建立后科研人員與蘇聯的巖心鉆探設備下午聯合進行相應的防治工作，經過不斷努力，將TK系列巖心鉆探設備自主研發出來，同時XY、YL和HXY系列巖心鉆探設備等也相繼獲得很好的發展。

但是和一些發達國家相比，在巖心鉆探技術層面，我國的技術還比較落后，巖心鉆探過程當中一些鉆探機械設備的核心部件，都是通過國外引進來實現，導致巖心鉆探機械設備制造成本居高不下。近年來，我國在巖心鉆探方面的研究一直沒有停歇，而且不斷在原有基礎上形成新的突破，自主創新。但在具體工作當中，對于一些國外先進技術，還未引起足夠的重視。雖然相較之前我國的巖心鉆探技術發展水平逐步提升，但是總體發展還比較緩慢。所以在巖心鉆探過程當中，應當對國外先進的鉆探理論與技術進行引進，在借鑒他國經驗的同時不斷創新，才能更好地應對巖心鉆探技術落后現狀。

2.造成鉆孔縮徑的主要地層

水敏性地層以及斷層泥和強風化地層是引發巖心鉆探鉆孔縮減的主要地層類型。

3.鉆孔縮徑事故的前兆

（1）在鉆探過程當中，鉆頭的鉆進與提升，如果遇到縮徑地層，便會對其升降造成升降困難，有時還需要掃孔處理。（2）鉆具進入縮徑地層時，由于和孔壁間隙不斷變小，為進一步增高泵壓，有時會發生憋泵情況。（3）巖粉量突然變多，還增加泥漿含沙量，如果通過繩索進行曲取心鉆進，鉆桿中結垢現象比較突出，內管提放存在較大難度。（4）鉆具進入縮徑地層后，出現回轉困難，阻力變大，影響鉆具正常轉動，發生倒車現象。

4.出現小口徑巖心鉆孔縮徑的主要原因

在小口徑巖心鉆探過程當中，鉆孔縮徑問題非常常見（圖1），如果出現鉆孔縮徑，會對施工進度造成巨大影響，同時加大材料的使用，使得施工成本進一步加大。尤其是一些沉積地層地質構造帶和強風化地層鉆進過程當中，極易出現鉆孔縮徑問題，在這些地層中，由于水因素的影響會發生膨脹，倘若依照傳統方法進行鉆進，孔內事故發生率會很高，影響提鉆和下鉆，導致抱鉆問題發生，處理不科學還極易引發鉆孔報廢。導致小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑問題的主要因素，和穿越不穩定地層有著密切聯系，施工作業過程中沒有充分考慮地層復雜情況，未采取有效措施積極應對，這些不穩定地層由于水的因素影響，導致縮徑問題出現，而且這一問題常常出現在小口徑巖心鉆探工作當中，對巖心鉆探工作效率和質量造成非常大的影響，同時也大大增加了材料的消耗率，成本投入進一步擴大，對工程的整體效應造成不良影響，所以必須要充分重視小口徑巖心鉆探過程中鉆孔縮徑問題的發生，采取有效措施積極預防，科學處理，還應當提前將相應的準備工作充分做好，確保工程順利開展。

5.小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預防措施

5.1熟練掌握小口徑巖心鉆探情況

在具體鉆探施工過程當中，為了控制和減少鉆孔縮徑問題出現，工作人員必須要具備較高的技術素養，同時對鉆孔縮徑地層情況有一個更加全面的了解，針對性的采取有效的措施進行預防。如果鉆探施工過程當中發現鉆孔縮徑先兆時，需要向有關部門及時上報，應加強預防措施，以免導致事故發生，對工作人員的生命安全構成威脅。為了更好地預防鉆孔縮徑問題發生，應當全面了解施工現場的具體情況，展開科學的勘察工作，可以制定完善的預防方案提供參考，降低和控制鉆孔縮徑問題的發生。

5.2依據科學標準進行泥漿配置

鉆探施工過程中有著較高的泥漿配置要求，在配置過程當中，必須要保證其粘度密度以及pH值，都和相關要求相符合。泥漿性能會受到粘土遇水化因素影響，所以，應當通過有效的預防措施科學地進行處理，使泥漿漏斗粘度進一步提升，控制失水量，可以在泥漿中加入增粘降失水劑，控制和減少泥漿失水量，提高其使用性能，保持泥漿濾液粘度，控制濾液滲入深度，控制相應地層中出現水化破壞問題。還可將抑制水化作用沖洗液進行合理應用，增強泥漿自身抑制性能，為了控制地層滲透水化，可以對泥漿礦化度進行有效提升，而且還能保證孔內環空處泥漿保證處于流態，這對保證泥漿質量，達到施工要求，增強施工效率和質量發揮著非常重要的。

5.3其他相關預防措施

在穿越縮徑地層過程中，鉆具的下降與提升，都必須要減緩速度通過，如果鉆進過程當中遇到非常大的阻力，需要及時地進行掃孔處理，保證鉆具可以順利地穿越縮徑地層，如果縮徑情況非常嚴重，此時可以增大鉆具級別，進行擴孔，鉆進1m～2m后，及時的下套管，控制和減少縮徑事故的出現。

6.縮徑地層的治理

6.1鉆孔過程中縮徑的發生

文中將一丘陵地區礦產開采作為此次研究對象，礦區分布區域地勢相對較好，地貌特征主要為黃土性質，礦區所在區域分布褶斷束構造帶，發育很多斷裂構造，在具體施工過程當中面對很多種類的巖石，同時厚度上也存在很大不同，主要表現為巨粒類型，同時，還有一些巖泥混入中粒砂巖中，受強風化因素影響，地層存在非常大的變動性，受水因素的影響極易出現膨脹，尤其是施工過程當中存在大量的粉紅色粘土，鉆探施工時水量損失比較嚴重，這就極大地增加了鉆探施工的安全風險，很容易引發事故。所以具體鉆探時，如果遇到提鉆下鉆困難，鉆孔便會被埋，難以找到鉆孔，更會造成其他鉆孔報廢，對施工進度造成很大影響，還會進一步加重經濟損失。導致故障發生的主要原因和工程施工區域上不存在不穩定的含礫層密切相關，施工時未下套管，施工過程中如果出現地層孔，未采取有效措施進行解決，就無法保證巖漿質量，引發鉆孔縮徑問題出現。

6.2鉆孔縮徑的處理

（1）從鉆孔結構上采取必要的措施。鉆孔結構選擇&110-91-75mm，鉆孔結構以上部位能后應用0mm～50mm，使用相對簡單，而且比較方便，當穿越縮徑地層時，于距離該地層3m～5m位置，通過雙管鉆具開展協同施工，當達到預期位置時停止，這就可以控制縮徑問題出現。

（2）在取粉管上安裝反鉆頭。在取粉管上安裝反鉆頭，通過上部掃描，來對縮徑病害部位進行明確，提高施工質量。

（3）科學對泥漿進行配制。實際鉆探時有著非常高的泥漿配置要求，在配制泥漿時，必須要保證其pH值粘度和密度等都于有關要求相符合，并科學地控制泥漿失水量與含沙量，按照最適宜的比例開展配置工作，更好地提升泥漿配制質量，確保施工正常進行，提高施工質量。

6.3做好縮徑的預防工作

為了降低和控制鉆孔縮徑問題的發，或者再出現鉆孔縮徑問題后，采取有效措施及時應對，必須要是前將相應的預防工作充分做好，針對性的采取有效措施進行預防。首要的問題是科學的對泥漿進行配置，這是減少鉆孔縮徑問題的主要因素，泥漿應當按照4mL/30min對其失水量進行控制，同時面對縮徑地層，應當控制和減慢鉆具速度，在實際轉進過程當中，如果感覺到阻力，及時地進行掃孔。倘若鉆探過程當中，縮徑地層非常的嚴重，可以擴大鉆具級別進行鉆進，擴孔處理，當鉆進兩米之后，將套管下上，控制縮徑問題發生。

7.鉆進縮徑地層應注意的事項

在遇到縮徑地層時工作人員應當與施工實際充分地結合，展開詳細的分析與研究，針對施工現場展開科學的評估，并采取有效的措施及時應對，保證工作效率，還需要注意以下幾點：

（1）科學選擇鉆進鉆壓。在鉆探過程當中需要科學地對鉆壓進行選擇，具體工作實際，鉆壓選擇的是否合理非常重要，特別是面對不穩定地層，巖石巖層非常柔軟，實際鉆探時需要保持輕壓鉆進。穿越縮徑地層時，需要控制在3kN～5kN的鉆壓范圍，如果面對過大的鉆壓，極易導致鉆具堵塞，或者因過快的進尺，巖層位置會有很多巖粉揚起，對施工效率與質量造成很大影響，嚴重的會導致埋鉆事故出現。（2）嚴格控制鉆具轉速。在縮徑地層鉆進過程當中，需要對轉速嚴格控制，緩慢鉆進，慢進尺，鉆進1m～2m時，將鉆具進行上提，反復進行幾次，倘若無縮徑問題存在時，在進行鉆進，避免縮徑地層造成的影響，應用了護壁措施，在快速鉆進時，也會導致施工安全事故的發生，造成較大的經濟損失，一般按照200r/min～300r/min控制鉆速。（3）合理調整泵量。在實施小口徑巖心鉆探過程當中，遇到軟層鉆進過程中，會有大量的巖粉出現，同時伴隨鉆探工作的不斷開展，巖粉量會持續增多，如果泵量較小，那你將大量的巖粉帶出，過多的巖粉存在于孔內，極易造成埋鉆事故。所以具體施工過程當中，必須要和施工實際充分結合，將巖粉有效的清除出去，如果泵量不符合相關要求，巖粉就會持續性的增加，對施工效率和質量造成不良影響，更甚者導致安全事故的發生，所以必須要合理控制。（4）做好沖洗液維護工作。沖洗液維護也是小口徑巖心鉆探過程當中，非常重要的一項工作內容，如果沒有充分做好沖洗液維護工作，不但會加重反復，還會引發嚴重的孔內事故，所以施工過程當中，必須要按照相關操作規程科學地進行操作，及時地進行補充，并做好監測工作，科學的配置泥漿，提高泥漿使用性能，做好詳細的記錄，充分結合科學的調整，使其使用性能得到良好的保持，不能將水和泥漿材料隨意地加入其中。同時，具體施工時還需要對泥漿堆積的巖粉及時的進行清理，使泥漿處于良好的性能狀態，提升維護工作水平，為鉆探工作的高效實施提供保障。

8.結語

在縮徑地層鉆探過程當中，首先必須要對巖層情況有一個更加充分的了解，科學的選擇鉆進措施，并合理的配比泥漿，通過有效的預防措施，控制和減少孔內事故的發生，如果在穿越縮徑地層時，應當合理控制鉆探速度，及時下套管，如果無法穿過時，就會造成鉆孔報廢，造成嚴重的經濟損失，縮徑地層鉆探過程當中有一些先兆，應當認真的觀察，并做好相應的記錄工作，并采取有效的措施及時應對，不可盲目地鉆進，以免發生孔內事故。為了進一步提高小口徑巖心鉆探施工效率與質量，控制和減少孔內事故的發生，今后還應當進一步加強相關研究工作，更好地為國家找礦服務。

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