劉塘坊充填站充填鉆孔施工技術(shù)與體會(huì)

張文生，朱恒銀

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽　六安　237010)

劉塘坊充填站充填鉆孔施工技術(shù)與體會(huì)

張文生，朱恒銀

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽六安237010)

摘要：劉塘坊充填孔孔深、鉆孔垂直度要求高，地層易偏斜，充填管剛性、下放難度大。施工中采用鉆鋌帶扶正器加壓鉆進(jìn)，反復(fù)測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)鉆孔超差及時(shí)糾斜，保證了鉆孔垂直度。本文重點(diǎn)介紹了劉塘坊充填孔施工時(shí)設(shè)備與鉆具的選擇、施工工藝以及幾點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞:充填孔；鉆孔；垂直度；糾斜；修孔

1概述

受中鋼集團(tuán)安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司委托，安徽省地礦局313地質(zhì)隊(duì)施工了位于安徽省霍邱縣周集的中鋼集團(tuán)劉塘坊礦業(yè)充填站4個(gè)充填鉆孔。

1.1工程技術(shù)要求

(1)孔深424m，終孔孔徑220mm。

(2)鉆孔垂直度要求：鉆孔偏斜率不超過0.5%。

(3)?273mm×6mm無縫鋼管及?168mm×24mm雙金屬耐磨管安裝到位，連接牢固，固井。

(4)鉆孔成井結(jié)構(gòu)要求：0～基巖下10m，孔徑350mm，下入?273mm×6mm鋼管，外圍用水泥固井；基巖下10～424m：孔徑220mm，下入?168mm×24mm鋼管，外圍用水泥固井。

1.2施工慨況

該區(qū)充填鉆孔主要地層為：250m以淺為第四系，250m以深為基巖(片麻巖和混合巖為主)。充填孔上部0～265m孔徑為350mm,下入?273mm×6mm套管至265m，管外水泥固井；下部基巖孔徑為220mm，孔深425m，下入?168mm×24mm充填管至孔底，管外用42.5等級(jí)水泥固井，鉆探總工作量1699.76m。

2施工設(shè)備及器具的選擇

本工程根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件與建設(shè)方工期要求，配備了2臺(tái)套設(shè)備，主要施工設(shè)備如下：

2.1主要施工設(shè)備

(1)鉆機(jī)：HXY-6、TSJ-2000鉆機(jī)各1臺(tái)套。

(2)泥漿泵：BW-850、TBW-850泥漿泵各1臺(tái)。

(3)泥漿攪拌機(jī)：0.5m31臺(tái)套。

(4)鉆塔：SG-24四腳管子塔2部。

(5)泥漿除砂設(shè)備：旋流除砂器及振動(dòng)篩各1套。

2.2主要機(jī)具

(1)鉆桿：?50mm外螺紋鉆桿450m；?73mmAPI鉆桿900m；?89mmAPI鉆桿45m。

(2)鉆鋌：?105mm鉆鋌2根，?121mm鉆鋌4根和?159mm鉆鋌10根。

(3)取心工具：①合金單管?110/?130mm取心鉆具(用于第四系松散層鉆進(jìn))，②金剛石單管?110mm取心鉆具(用于基巖鉆進(jìn))。

(4)擴(kuò)孔鉆具：?350mm合金擴(kuò)孔鉆具和?220mm導(dǎo)向牙輪擴(kuò)孔鉆具，?345mm、?216mm、?200mm三牙輪鉆頭及復(fù)合片鉆頭。

(5)主要儀器：KXP-2D測(cè)斜儀1套，泥漿性能測(cè)試儀1套。

3施工工藝

3.1鉆進(jìn)方法

一開：Z1、Z2、Z3、Z4四充填孔開孔均采用?200mm三牙輪鉆頭加?159mm鉆鋌(每根鉆鋌帶?200mm扶正器)全面鉆進(jìn)穿過第四系地層，進(jìn)入基巖層15m至孔深265m，換用?350mm帶導(dǎo)向牙輪鉆頭加?159mm鉆鋌鉆具擴(kuò)孔至265m，下入?273mm×6mm護(hù)孔套管至265m，42.5水泥固井，候凝48h后掃除套管內(nèi)水泥塞，大泵量沖孔、清孔。

二開：Z1、Z2、Z4采用?220mm三牙輪鉆頭加?159mm鉆鋌(每根鉆鋌帶?200mm扶正器)全面鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高下1.0m左右，修孔，因充填管接箍外徑達(dá)194mm，為保證施工順利進(jìn)行，試下?168mm×24mm充填管48m，試下順利再一次性下入全部?168mm×24mm充填管，然后用42.5標(biāo)號(hào)水泥固井；候凝48h后，用?50mm鉆桿加?105mm鉆具掃孔、清孔到底，清除充填管內(nèi)沉碴。Z3孔二開開始鉆進(jìn)方法與上相同，鉆進(jìn)至332m，測(cè)斜發(fā)現(xiàn)孔斜超差，隨即糾斜作業(yè)，采用多種方法無效，后用超長(zhǎng)?110mm扶正鉆具取心鉆進(jìn)，達(dá)到了糾斜、穩(wěn)斜效果，用此方法鉆進(jìn)至425m，再用?110mm/?220mm導(dǎo)向牙輪鉆頭擴(kuò)孔到底，修孔，試下?168mm充填管到底；下入?168mm充填管，42.5標(biāo)號(hào)水泥固井。

3.2鉆具組合

(1)第四系鉆進(jìn)鉆具：?200mm牙輪鉆頭→?159mm鉆鋌(4～6根，每根帶?200mm扶正器)→?73mm鉆桿→主桿。

(2)基巖鉆進(jìn)鉆具：?220mm牙輪鉆頭→?159mm鉆鋌(4～6根，每根帶?200mm扶正器)→?121mm鉆鋌→?73mm鉆桿→主桿。

(3)第四系擴(kuò)孔鉆具：?350mm牙輪擴(kuò)孔鉆頭→?159mm鉆鋌→?89mm鉆桿→?73mm鉆桿。

(4)保直取心鉆具：?110mm金剛石鉆頭→?108mm長(zhǎng)巖心管(中間帶?110mm擴(kuò)孔器)→?105mm鉆鋌(中間加?110mm扶正器)2根→?73mm鉆桿。

3.3鉆進(jìn)用沖洗液

根據(jù)該區(qū)域地層情況，上部第四系及風(fēng)化基巖采用KHm低固相泥漿。其泥漿性能為：密度1.05～1.10g/cm3，黏度30～40s,pH值9～10，失水量10～15mL/30min，泥皮厚0.5～1mm?；鶐r層采用無固相泥漿，其泥漿性能為：密度1.03 g/cm3左右，黏度18～22s,pH值9～10，含砂量小于1%。配方：黏土粉(泥漿體積)3%～5%，處理劑加量是黏土∶Na2CO3∶KHm=100∶3～5∶0.2。配制使用程序：黏土加水?dāng)嚢琛覰a2CO3→浸泡24h→加KHm→攪拌→測(cè)性能調(diào)整→鉆進(jìn)使用旋流除砂→性能調(diào)整維護(hù)。

3.4測(cè)斜、防斜與糾斜

保證充填孔的垂直度和提供鉆孔準(zhǔn)確的孔斜數(shù)據(jù)是充填孔質(zhì)量的關(guān)鍵，因此必須做好測(cè)斜、防斜與糾斜工作以保證充填孔順利施工。

3.4.1測(cè)斜

(1)采用高精度KXP-2D測(cè)斜儀測(cè)量孔斜，測(cè)斜儀下孔前在校驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行校正。

(2)測(cè)量間距除10～25m測(cè)一次外，特殊地層和換徑時(shí)加密測(cè)點(diǎn)。

(3)每鉆一級(jí)口徑均進(jìn)行孔斜檢測(cè)，每次測(cè)試要求對(duì)上次2～3點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)對(duì)比。

(4)鉆孔每點(diǎn)孔斜測(cè)量不少于3次，如發(fā)現(xiàn)同點(diǎn)測(cè)量重復(fù)性差，要找出原因，進(jìn)行誤差消除，以提供準(zhǔn)確的測(cè)斜數(shù)據(jù)，指導(dǎo)施工。

(5)鉆孔終孔后、下管前、下管后，均進(jìn)行全孔測(cè)斜。

3.4.2防斜

(1)把好設(shè)備安裝關(guān)，鉆機(jī)安裝水平，天車、立軸和孔口三點(diǎn)一線。

(2)開孔用的粗徑鉆具要?jiǎng)偂⒅?，其長(zhǎng)度隨鉆孔加深而加長(zhǎng)。

(3)開孔及第四系與基巖分層過渡處輕壓慢轉(zhuǎn)，采用小規(guī)程鉆進(jìn)參數(shù)。

(4)擴(kuò)孔鉆具帶下導(dǎo)向,換徑時(shí)鉆具帶上扶正，以防擴(kuò)偏或偏斜。

(5)采用鉆鋌孔底加壓鉆進(jìn)。

3.4.3糾斜

Z3孔二開鉆進(jìn)至332m，發(fā)現(xiàn)孔斜超差，因地層巖石硬，增斜幅度較小(狗腿度1.0～1.5°/30m)，上部孔徑大，采用螺桿鉆糾斜工作量大，且充填管剛性大，人工糾斜后易出現(xiàn)“拐點(diǎn)”，增加充填管下放難度。故現(xiàn)場(chǎng)研究決定采取高標(biāo)號(hào)水泥封孔至260m后，先用?245mm扶正管加?110mm單管鉆具鉆導(dǎo)正孔，然后用?105mm鉆鋌+?110mm扶正器+長(zhǎng)10m?108mm巖心管(中間帶?110mm擴(kuò)孔器)+?110mm金剛石鉆頭鉆具組合取心鉆進(jìn)，分別在340m、360m、380m、400m測(cè)斜，糾斜、穩(wěn)斜效果明顯，鉆孔頂角穩(wěn)定、方位變化小，滿足要求。

4施工效果

4.1充填孔垂直度

Z1、Z2、Z3、Z4四孔均采用鉆鋌加壓鉆進(jìn)，鉆鋌采用同徑扶正器，保證鉆孔垂直度，同時(shí)及時(shí)測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)超差及時(shí)糾斜，所施工4孔孔斜、孔口及孔底坐標(biāo)資料見表1。

表1　劉塘坊充填孔軌跡計(jì)算結(jié)果(均角全距法)

說明：Z坐標(biāo)指施工地面下垂深，地面為0，向下為負(fù)。我方提供的孔底坐標(biāo)與甲方開挖后所測(cè)充填管底坐標(biāo)誤差均小于1m。

4.2下管及固井

劉塘坊充填孔Z1、Z2、Z3、Z4四孔在上部第四系及風(fēng)化基巖成孔后，及時(shí)修孔下入?273mm套管。?273mm×6mm套管采用加長(zhǎng)外接箍(箍長(zhǎng)600mm，箍外徑292mm、內(nèi)徑276mm)對(duì)口焊接，下管孔口平臺(tái)保持水平，焊接前吊直后方可焊接；焊接用兩臺(tái)焊機(jī)對(duì)角同時(shí)作業(yè)，焊好后上提套管查看上下兩根套管垂直度，不合格須割除重焊。下放到位后循環(huán)沖孔，同時(shí)在池中攪好水泥漿(水灰比0.5～0.55)，采取泵送從管中注入全部水泥漿(理論環(huán)空體積乘以充盈系數(shù)1.05)，注入定量替漿水，關(guān)閉水泥頭，待水泥凝固。48h后用?250mm鉆頭透孔。

Z1、Z2、Z3、Z4四孔在265～424m基巖地層中采用?220mm鉆頭鉆進(jìn)成孔。因充填管接箍外徑達(dá)194mm，須先掃孔、修孔，試下?168mm充填管(長(zhǎng)48m)，試下不到位，須重新掃孔、修孔，直至充填管下放到位。充填管注水泥漿固井方法同上。

5幾點(diǎn)體會(huì)

(1)上部第四系及風(fēng)化基巖采用鉆鋌加扶正器(與鉆頭同徑)鉆導(dǎo)正孔，鉆進(jìn)中及時(shí)測(cè)斜，每個(gè)測(cè)斜點(diǎn)須多次復(fù)測(cè)求得真實(shí)孔斜數(shù)據(jù)，保證上部300m鉆孔頂角≤0.5°，這是保證充填孔偏斜率不超標(biāo)的關(guān)鍵。

(2)?273mm×6mm套管下放直、正是保證后續(xù)施工與充填管順利下放的關(guān)鍵。

(3)須嚴(yán)格控制鉆壓在鉆鋌自重80%以內(nèi)，Z3鉆孔在二開鉆進(jìn)中因鉆壓過大(超鉆鋌自重)，追求鉆進(jìn)時(shí)效，導(dǎo)致孔斜超差，造成糾斜返工、工期延長(zhǎng)、施工成本增加。

(4)下部基巖地層為片麻巖和花崗巖為主的混合巖，鉆進(jìn)中易偏斜，施工中須控制鉆進(jìn)參數(shù)，控制頂角增幅在0.5°/30m以內(nèi)，以便充填管順利下入。

(5)充填孔鉆進(jìn)到底后，須用四翼或六翼鉆頭+帶扶正器的鉆鋌+鉆桿鉆具組合修孔，使鉆孔圓正。下管時(shí)不論是試下，還是正式下管，必須上緊充填管螺紋，下管要平穩(wěn)，不可強(qiáng)竄。

(6)基巖地層充填孔宜先用加長(zhǎng)滿眼鉆具鉆導(dǎo)正孔，再擴(kuò)孔鉆進(jìn)，這樣保持鉆孔垂直度效果更好。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱恒銀,龐計(jì)來,漆學(xué)忠.礦山充填孔及尾砂充填回采技術(shù)的應(yīng)用于探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009增刊:354-359.

[2]黃才啟.充填鉆孔的關(guān)鍵要素與施工技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008(10):66-69.

[3]朱恒銀,王強(qiáng),楊凱華,等.深部巖心鉆探技術(shù)與管理[M].北京:地質(zhì)出版社,2014.

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：張文生(1966-)，男，安徽懷寧人，1989年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院探礦工程專業(yè)，高級(jí)工程師，從事鉆探技術(shù)施工與管理。安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局313地質(zhì)隊(duì)，安徽省六安市東七里站，Tel：13605642091，E-mail:1795412365@qq.com。

中圖分類號(hào):P634.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-282X(2016)03-0030-04