任曉順，太 武，劉建福，王建興，高婷婷，李培林，劉莎莎，孫秀梅

(河北省地礦局探礦技術研究院，河北三河065201)

1 施工目的及要求

該孔為河北省樂亭縣境內魯家坨礦區(qū)ZK23－3鉆孔，目的是查明地表礦(化)體的產狀、形態(tài)、厚度及品位等地質特征向深部變化情況，進一步了解探礦地質條件及成礦遠景，并為含量計算提供依據。施工鉆孔位于灤河改道前老河床上，施工場地地形條件較好，易于搬遷，但是覆蓋層較深，平均900 m左右，穩(wěn)定性差，施工難度較大。

1．1 地層概況

該礦區(qū)原是灤河改道前的古河床，覆蓋層較深，700 m以淺為第四系地層，700～900 m為第三系地層，900 m以深為基巖層。地下水豐富，地層易坍塌、掉塊，不穩(wěn)定。具體地層情況見表1。

表1 地層巖性分層情況

1．2 施工質量要求

圖1 泥包卵地層

圖2 鉆出卵礫石地層大漂石巖心

圖3 第三系紫砂巖

圖4 基巖破碎帶巖心

(1)設計孔深1300 m，直孔，終孔直徑≮75 mm;

(2)鉆孔彎曲度每百米≯2°;

(3)初步要求全孔取心，取心率覆蓋層≥60%，基巖≥75%，礦層≥85%。

2 設備與工藝方法的選擇

2．1 設備

根據鉆孔設計要求及地層情況，選用了黃海機械廠生產的HXY－6B型鉆機，配23 m四角鉆塔，BW－320型泥漿泵?？紤]到砂、卵石地層容易影響泥漿質量，為保證泥漿質量，降低含砂量，配備了振動篩凈化泥漿。

2．2 工藝方法

為滿足甲方要求(全孔取心)，針對覆蓋層既厚又松散易坍塌和基巖地層既易縮徑又破碎且漏涌結合等難題，本施工鉆孔采取全孔正循環(huán)回轉鉆進方法，覆蓋層選用可靠的普通單管鉆具及新型土層專用取心鉆具配合常規(guī)鉆頭及特殊金剛石鉆頭進行單管鉆進，避免雙管鉆進易糊鉆和堵塞問題;基巖鉆進采用加大孔徑至77.8 mm、優(yōu)質化學漿液護壁及護孔堵漏相結合等措施進行金剛石繩索取心鉆進，同時全孔強化泥漿性能調節(jié)和維護，根據所采巖心分析地層巖性，隨時調配好相適應的泥漿，控制好泥漿質量，確保鉆孔孔壁完整，并加強鉆壓、轉速、大泵量的調節(jié)控制等管理措施，提高操作水平，保證巖心采取率和預防事故發(fā)生。

3 孔身結構

根據地層特點及以往鉆探工作經驗，經研究決定覆蓋層采用四級口徑施工，下入三級套管護壁，即150 mm口徑開孔，跟管鉆進至一定深度后，分別采用114、94 mm鉆頭鉆進，分別下入108、89 mm兩級套管護住上部覆蓋層，進入基巖后，改用77 mm繩索取心鉆進方法進行施工至終孔，實際終孔直徑77.8 mm。ZK23－3鉆孔孔身結構見圖5。

4 施工工藝

全孔采用泥漿護壁，根據地層變化情況，隨時調整泥漿性能。

4．1 一開施工

圖5 ZK23－3鉆孔孔身結構

4．2 二開施工

圖6 防糊梯齒金剛石鉆頭

4．3 三開施工

4．4 終孔孔徑繩索取心鉆進施工

繩索取心鉆進第三系玄武巖段時，有微掉塊及漏水現(xiàn)象，擴孔時重新調整泥漿粘度，增加固相含量，下89 mm套管時，為便于終孔后起拔，最底層套管外部150 m涂抹上了黃油，孔口處密封好，防止巖粉進入套管間隙，抱死套管。89 mm套管下入后，調整沖洗液，進行75 mm繩索取心鉆進。

5 鉆進過程中沖洗液的配制與應用

針對本鉆孔超厚覆蓋層及大部分基巖縮徑、破碎、漏涌結合的不穩(wěn)定性，配制了幾種不同性能的沖洗液，并在施工過程中，嚴格控制泥漿的失水量、粘度、密度、含砂量等，每班都有專人負責監(jiān)測，達不到要求，立即調整;同時使用振動篩除砂，并增加循環(huán)槽長度和沉淀坑數量，保證沖洗液具備低的含砂量。

5．1 覆蓋層鉆進沖洗液基本配方

沖洗液配制比例:8% ～10%白納土+1‰～2‰磺化瀝青+2‰～3‰高粘CMC+0.5% ～1%腐植酸鉀。泥漿性能參數:失水量≯10 mL/30 min;粘度，砂層30～50 s，卵礫石層50～70 s，第三系泥巖地層25～30 s;pH值9～12;含砂量＜1%。

5．2 繩索取心鉆進用沖洗液材料及配方

配方:0.5‰～1‰磺化瀝青+0.5‰～1‰腐植酸鉀+0.5‰～1‰護壁劑+0.5‰～2‰聚丙烯酸銨(2300萬分子量)。粘度25～30 s。

基巖鉆進時部分孔段出現(xiàn)漏水、涌水、掉塊、井溫過高，注水泥難度大等情況時，調整泥漿粘度，調整至25～35 s。

6 鉆進參數的選擇

為滿足鉆孔施工需求，保證鉆孔垂直度，第四系地層采用輕壓慢轉，在保證正常進尺的情況下，孔底鉆壓≯1.5 kN，轉速為102 r/min;鉆進第三系地層時，孔底壓力控制在1.5 kN左右，轉速提高至177 r/min;基巖鉆進時，為充分發(fā)揮繩索取心鉆進優(yōu)越性，在確保安全的情況下，將轉速提高到492 r/min，鉆壓控制在1.5～3.0 kN。

7 施工難點問題及解決辦法

7．1 覆蓋層厚度大且地層膠結性差，易坍塌卡鉆

覆蓋層厚度大，砂層、砂礫石、卵礫石等地層膠結性較差，易坍塌，鉆進時加桿困難

針對此類地層，在控制好泥漿性能的前提下，對砂、卵礫石等不穩(wěn)定地層采取小一級口徑鉆進取心，大一級口徑跟管鉆進方法進行施工。即在將150 mm跟管鉆具放入孔內鉆進前，先用114 mm鉆具進行取心鉆進，鉆探超出150 mm鉆具底部2 m左右，這樣進行跟管鉆進，一是減少跟管鉆進阻力，二是保證巖心采取率。如此反復交替進行，直到跟管完畢。

7．2 提鉆擰卸鉆桿時易掉巖心，同時發(fā)生噴漿等現(xiàn)象，工作環(huán)境污染大，工人勞動強度高

圖7 新型土層鉆進取心專用鉆具工作原理

7．3 泥包卵石地層糊鉆，有輕微縮徑

通過改變鉆頭形狀，加大鉆頭外徑來加以解決。施工前即考慮到會有縮徑地層，即將鉆頭外徑110 mm加工成114 mm，91 mm加工成94 mm，保證在鉆孔縮徑情況下也不影響正常起下鉆和下套管。此外嚴格控制泥漿失水量，使之保證在10 mL/30 min以內，以有效防止孔壁巖層過度膨脹引起坍塌。

7．4 第三系地層漏水、掉塊

繩索鉆進取心完成后，調整泥漿，破碎孔段提高粘度，并加入部分惰性材料。

7．5 基巖破碎，縮徑、涌漏水嚴重

基巖鉆進時，也出現(xiàn)了縮徑、破碎、漏水，對鉆探施工造成了影響，由于孔底溫度高達40℃，注水泥有危險。

(1)840～960 m孔段，有較大裂隙，破碎，鉆進時漏水嚴重。采用鋸末+砂子+CMC直接注入，堵漏效果明顯。停鉆時漏水改為涌水，涌水高度自孔口可高達7 m左右，針對此現(xiàn)狀，鉆進時適當加大沖洗液粘度，停鉆后提下大鉆時，攪拌大密度泥漿注入孔內，注滿全孔，泥漿密度調到1.14～1.16 g/cm3，抑制涌水，重新鉆進時，調整沖洗液首先進行沖孔。

(2)980 m左右孔段，夾雜有高嶺土化泥巖，遇水膨脹，將基巖用沖洗液配方材料調至配方的最大值，控制失水量，加大鉆頭外徑(75 mm鉆頭增至77 mm)。

8 鉆進技術效果

施工過程中，通過上述技術手段和方法，超額完成了鉆探施工任務(原設計孔深1300 m，實際終孔深度1408 m)，鉆孔彎曲度2.9°，全孔巖心采取率覆蓋層平均高達80%，巖層100%，礦層100%，圓滿完成了設計任務書要求，被評為優(yōu)質孔。由于技術工藝恰當，本鉆孔綜合鉆探效率較高，取得了較顯著的效果。從開孔至封孔共用75天，而同礦區(qū)相鄰鉆孔鉆進較順利的105～120天不等，施工工藝處理不當的甚至一年都未完工。

9 結語

(1)深覆蓋層進行巖心鉆探施工，泥漿是關鍵，通過強化泥漿性能調節(jié)和維護、根據所采巖心分析地層巖性，隨時調配好相適應的泥漿，控制好泥漿質量，以確保鉆孔孔壁完整，通過護孔堵漏相結合等措施來解決較大裂隙破碎、鉆進時漏水問題有較好效果;通過適當增加固相含量，加大沖洗液粘度和密度可有效抑制涌水。

(2)針對覆蓋層厚度大，砂層、砂礫石、卵礫石等膠結性較差、易坍塌地層，在控制好泥漿性能的前提下，可采取小一級口徑鉆進取心，大一級口徑跟管鉆進方法進行施工。

(3)為保證覆蓋層鉆孔垂直度，在保證正常進尺的情況下，宜采用輕壓慢轉，第四系地層鉆進孔底鉆壓≯1.5kN，轉速102 r/min左右;第三系地層孔底壓力1.5 kN左右，轉速可提高至177 r/min左右。

(4)使用了我院研制的“松軟土層鉆進、取心專用鉆具”進行施工，在第三系地層巖心采取率達到70%～80%，第四系地層巖心采取率達到90%以上，基本杜絕了噴漿現(xiàn)象。

(5)施工前即考慮到會有縮徑地層，即將鉆頭外徑110 mm加工成114 mm，91 mm加工成94 mm，保證在鉆孔縮徑情況下也不影響正常起下鉆和下套管。此外嚴格控制泥漿失水量，使之保證在10 mL/30 min以內，以有效防止孔壁巖層過度膨脹引起坍塌。

(6)施工前對施工條件進行深入細致的研究，制定出比較符合實際的鉆進工藝方法，嚴格遵守鉆探多項操作規(guī)程及加強機、班長責任心，勤于發(fā)現(xiàn)問題是鉆探施工成功的關鍵。

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