巖芯鉆探事故鉆孔同徑偏斜(繞障)鉆進(jìn)技術(shù)

李順強　張　濤

(貴州省地礦局一0二地質(zhì)大隊)

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巖芯鉆探事故鉆孔同徑偏斜(繞障)鉆進(jìn)技術(shù)

李順強張濤

(貴州省地礦局一0二地質(zhì)大隊)

摘要以貴州省遵義市紅花崗區(qū)深溪錳礦ZK4007鉆孔為例，分析了鉆探施工中事故鉆孔偏芯鍥的制作、施工工藝、鉆進(jìn)方法，并對應(yīng)用自制偏芯鍥繞開孔內(nèi)遺留物繼續(xù)鉆進(jìn)的相關(guān)注意事項進(jìn)行了探討。實踐表明，通過偏斜鉆進(jìn)，在保證鉆孔質(zhì)量的同時，達(dá)到了鉆孔的地質(zhì)目的。

關(guān)鍵詞巖芯鉆探事故鉆孔偏芯鍥偏斜鉆進(jìn)

鉆探施工是地質(zhì)工作中必要的驗證工序，在固體礦產(chǎn)深孔巖芯鉆探施工中，由于孔內(nèi)事故和地質(zhì)構(gòu)造條件等諸多因素的存在，導(dǎo)致無法鉆進(jìn)至目的層或打漏、打掉礦層以及礦芯采取率達(dá)不到設(shè)計要求，進(jìn)而致使鉆孔質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范要求，影響了對礦區(qū)資源的準(zhǔn)確評價[1-4]。處理深孔施工事故時費時費力且工序復(fù)雜，稍有疏忽便會導(dǎo)致鉆孔報廢，嚴(yán)重影響了鉆探成果及經(jīng)濟效益。因此，對一些復(fù)雜且難以處理的重大孔內(nèi)事故，選擇合理的處理方案，對未達(dá)地質(zhì)目的孔段采取偏斜(繞障)鉆進(jìn)或巖礦芯有效的彌補措施，可大幅度節(jié)約鉆探事故處理成本。貴州省遵義市紅花崗區(qū)深溪錳礦ZK4007鉆孔設(shè)計孔深1 620.00 m，傾角90°，施工設(shè)備為YDX1800全液壓動力頭鉆機，采用Q系列繩索取芯工藝鉆進(jìn)。當(dāng)鉆進(jìn)至龍?zhí)督M煤系地層下部孔深 1 571.20 m時，鉆具被卡住，無法起拔，在事故處理過程中發(fā)生鉆桿和鉆具連接處脫扣，導(dǎo)致鉆具被孔壁松善層坍塌淹埋，無法處理。鑒于鉆孔事故的復(fù)雜性以及該礦區(qū)龍?zhí)督M煤系有地下涌水現(xiàn)象(120 t/d)，首先采用重晶石以1∶0.3配比壓井、NQ系列鉆具同徑偏斜繞開事故段鉆進(jìn)的處理方案和補救措施，實現(xiàn)終孔孔深為1 613.35 m，偏斜工作量為61.45 m，耗時120 h。

1　偏斜鍥制作

選用一根長4．50 m的NQ繩索取芯鉆桿(要求有一端絲扣完好，便于連接下部穩(wěn)定體，絲扣上部預(yù)留0.30 m)作為母體，劃線后進(jìn)行氧焊切割，經(jīng)熱變形處理后，將焊疤用角磨機打磨平整，便于焊接。將氧焊割下的小部分反面緊貼母體(上部預(yù)留0.10 m,用于下放偏斜鍥)形成斜面并進(jìn)行焊接，在焊接時應(yīng)注意熱變形，且焊疤不宜過大以免下鉆遇阻不到位引發(fā)事故。焊接完畢后用角磨機打磨，若NQ鉆頭試通過順暢即表明偏斜鍥主體已制作成功(圖1)。為增強偏斜鍥的強度和穩(wěn)定性，將偏斜鍥倒置豎立，攪拌水泥砂漿灌滿偏斜鍥的內(nèi)部空間并用振動器振動夯實，待其凝固即可。

圖1　NQ同徑開口式偏斜鍥(單位:mm)

2　孔內(nèi)偏斜位置選擇

2.1偏斜位置確定

偏斜位置主要根據(jù)鉆孔內(nèi)的事故頭位置和巖層情況確定，通常將偏斜鍥安裝于距事故頭孔段稍遠(yuǎn)、孔壁巖性相對較軟的位置，以利于偏斜鉆具順利進(jìn)行初始造孔鉆進(jìn)。由于該孔內(nèi)有遺留物長4.00 m，事故段孔壁坍塌較嚴(yán)重，故該偏斜鍥頂部位置確定為孔深1 550.90 m位置。

2.2事故頭孔段嚴(yán)格處理及偏斜鍥下放與固定

在下放偏斜鍥之前用NQ鉆具首先探孔，將攪拌水泥漿(水灰比0.8∶1，可加鐵粉攪拌)送至事故孔段20.00 m后起鉆。將偏斜鍥下部絲扣清理干凈，選一根與絲扣可連接的廢舊NQ鉆桿將偏斜鍥下部氧焊切割成6等份爪形，并將爪形向外突出(用φ89 mm套管接箍)。對偏斜鍥上部的預(yù)留部分鉆2個直徑8 mm小孔，孔距40 mm，取一根φ50 mm鉆桿(長1.00 m有母扣接頭即可)，卸下尖牙，在鉆桿底部鉆2個直徑8 mm小孔，孔距與偏斜鍥上部一致。用2顆直徑8 mm螺絲將偏斜鍥與φ50 mm鉆桿連接牢固并下放至事先確定的位置(孔深1 550.90 m)。偏斜鍥頂部距孔口 1 551.90 m，下鉆用水泥漿封孔(水、水泥、食鹽、三乙醇胺配比為0.7∶1∶0.02∶0.003)，用計算后的水泥用量封孔至深度1 560.00 m后起鉆待凝固。

3　導(dǎo)斜鉆進(jìn)

3.1導(dǎo)斜鉆頭制作

采用φ73 mm圓鋼加工成30°錐形鉆頭，鉆頭絲扣用φ57 mm鎖接頭母扣與φ42 mm鉆桿(長約2.00 m)連接(圖2)。鉆頭圓錐部分及圓柱部分錯位等距鑲焊硬質(zhì)合金，圓柱部分最大外出刃的直徑不宜大于77.5 mm。導(dǎo)斜鉆頭需有3～4個排水孔，確保導(dǎo)斜鉆進(jìn)時通水順暢。

圖2　錐形導(dǎo)斜鉆頭

3.2導(dǎo)斜鉆進(jìn)注意事項

水泥經(jīng)過72 h已基本凝固，配鉆具下鉆進(jìn)行預(yù)磨先導(dǎo)孔。鉆具結(jié)構(gòu)為導(dǎo)斜鉆頭→φ42 mm鉆桿(長約2.00 m)→變絲接頭→NQ鉆桿→主動鉆桿。預(yù)先導(dǎo)孔時鉆機輕壓慢轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速控制在60～80 r/min)、小壓力、小泵量低泵壓(但泥漿應(yīng)具備足夠的潤滑性能)進(jìn)行。上述過程實際上是修磨孔壁，在此過程中若發(fā)現(xiàn)不進(jìn)尺時，應(yīng)及時上下活動鉆具，有異常時應(yīng)及時起鉆檢查處理。初始偏斜段孔深1 551.90～1 552.20 m時，先導(dǎo)鉆進(jìn)1 h，進(jìn)尺0.30 m，當(dāng)先導(dǎo)鉆進(jìn)不進(jìn)尺且上下活動仍無效時，起鉆檢查鉆頭無異常磨損，并配備NQ鉆具熱壓金剛石舊鉆頭下鉆進(jìn)行初磨，鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)與預(yù)磨控制一致甚至略高。正常磨孔鉆進(jìn)3.00 m時，起內(nèi)管發(fā)現(xiàn)有由片狀至柱狀的完整巖芯，若加桿順利，則說明偏斜成功。

孔內(nèi)取出柱狀巖芯后2回次采用小參數(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)，之后用正常鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中鉆機、泥漿泵與未偏斜前一致，巖石與原孔巖性完全吻合，隨著新孔的不斷加深，應(yīng)調(diào)高鉆壓和轉(zhuǎn)速，直至恢復(fù)正常鉆進(jìn)參數(shù)為止。采用NQ繩索取芯工藝處理超深偏斜鉆孔時，每一回次應(yīng)檢查卡簧的使用情況，以保證巖芯采取率，避免偏斜的孔段有殘留巖芯；下大鉆時應(yīng)保持平穩(wěn)，杜絕發(fā)生跑鉆事故，避免因跑鉆或起下鉆造成偏斜鍥變形損壞乃至鉆孔報廢。

4　應(yīng)用效果

同徑偏斜鍥通過在ZK4007鉆孔的試驗運用，圓滿完成了偏斜鉆探工作量61.45 m，可解決因鉆孔內(nèi)事故和其他原因?qū)е聼o法鉆進(jìn)至目的層或打丟礦層以及礦芯采取率達(dá)不到鉆孔規(guī)范設(shè)計要求的相關(guān)難題，有助于提高鉆孔采芯率、降低鉆探施工成本。偏斜鍥可在施工現(xiàn)場根據(jù)孔內(nèi)事故和鉆孔的實際情況因地制宜進(jìn)行制作加工，結(jié)構(gòu)簡單、加工方便且成本低廉，一次性偏斜成功率高，缺點是無法對偏斜鍥進(jìn)行回收。采用偏斜鍥與NQ鉆桿連接的方式，特別適合于采用繩索取芯鉆進(jìn)工藝施工的礦區(qū)，可利用現(xiàn)有的繩索取芯鉆進(jìn)工藝，偏斜鍥安裝位置應(yīng)準(zhǔn)確、牢固、不轉(zhuǎn)向，施工期間起下鉆具應(yīng)順暢。本研究提出的同徑偏斜(繞障)鉆進(jìn)技術(shù)方案不對事故以上孔段進(jìn)行擴孔、下套管，無需另外選擇小徑鉆具工藝，可有效降低鉆探風(fēng)險和成本，保證巖礦芯樣品符合相關(guān)規(guī)范要求。

5　結(jié)　語

以貴州省遵義市紅花崗區(qū)深溪錳礦ZK4007鉆孔為例，對同徑偏斜(繞障)鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，實踐表明，該鉆孔運用自制偏斜鍥導(dǎo)斜鉆進(jìn)，偏斜工作量61.45 m，終孔孔深1 613.35 m，巖礦芯采取率達(dá)100%，成效顯著，按相關(guān)地質(zhì)技術(shù)規(guī)范可認(rèn)定為優(yōu)質(zhì)鉆孔。在繩索取芯金剛石鉆進(jìn)施工的中深孔和深孔中，采用NQ同徑開口式偏斜鍥(繞障)施工技術(shù)，可繞過孔內(nèi)無法處理的事故鉆具，直接鉆進(jìn)和補采巖礦芯，免去拔套管、擴孔、再下套管等工序，可減少報廢工作量、節(jié)約施工成本和縮短施工工期，鉆探生產(chǎn)實踐驗證了該技術(shù)的可行性和有效性。

參考文獻(xiàn)

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

[4]屠厚澤.鉆探工程學(xué)[M].武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988.

(收稿日期2015-12-28)

李順強(1967—)，男，工程師，563000 貴州省遵義市匯川區(qū)。