復(fù)雜地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)

復(fù)雜地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)簡單地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)

簡單地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)

巖心鉆探是在進(jìn)展固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘探時(shí)常常采納的勘探手段之一。在我國，巖心鉆探仍舊是目前和今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)地質(zhì)工在進(jìn)展地質(zhì)工程勘探時(shí)，獵取直觀地質(zhì)資料的最主要方式。本文對(duì)簡單地層特性和巖心鉆探施工方法進(jìn)展表達(dá),并就如何進(jìn)展簡單地層的巖心機(jī)械鉆探施工技術(shù)進(jìn)展討論，進(jìn)而提高鉆探質(zhì)量，降低勘探本錢，以到達(dá)提高找礦效率的目的。一、簡單地層分類

依據(jù)鉆探施工特點(diǎn)及地質(zhì)狀況,把簡單地層分為以下幾類:

(一)松散破裂地層:主要包括松散破裂和硬、脆、碎破裂地層。較為典型的有膠結(jié)性很差的砂石和石灰?guī)r組成的二疊紀(jì)地層,這種地層含有大量的砂巖,局部地區(qū)存在泥巖、砂巖和礫巖以及局部卵石。受鉆具振動(dòng)碰撞和泥漿沖蝕作用,鉆探鉆孔易發(fā)生坍塌、漏失、超徑等事故。

(二)水敏性地層:主要包括水化松散、水化剝落、水化膨脹和水化溶蝕煤系地層。

（三)漏、涌水地層:這類地層鉆探施工護(hù)孔堵漏難度極大,漏失分大、中、小漏;涌水地層一般涌水量為10m3/h～50m3/h。煤系地層硅質(zhì)膠結(jié),灰?guī)r多破裂,且研磨性大,構(gòu)造裂隙較發(fā)育,穩(wěn)定性較差,透水性強(qiáng),地下水豐富,承壓水力大,鉆孔縮徑或涌水時(shí)有發(fā)生。二、鉆探方法和設(shè)備的選擇（一）鉆進(jìn)方法的選擇《巖心鉆探規(guī)程》中按巖石硬度的大小分為四類十二級(jí):軟--可鉆性1～3級(jí)、中硬--可鉆性4～6級(jí)、硬--可鉆性7～9級(jí)、堅(jiān)硬--可鉆性10～12級(jí);按研磨性的強(qiáng)弱分為三類:弱研磨性、中研磨性、強(qiáng)研磨性;按完整程度分為三類:完整、較完整、破裂。在詳細(xì)施工中依據(jù)巖石可鉆性、研磨性、完整程度等選擇磨料和鉆進(jìn)方法。1～6級(jí)和局部7級(jí)巖石可選用硬質(zhì)合金、金剛石、復(fù)合片鉆進(jìn);4～12級(jí)巖石可選用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),7～12級(jí)巖石也可選用鋼粒鉆進(jìn);6～8級(jí)巖石可選用硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn);6～12級(jí)可選用金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。嚴(yán)格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》的規(guī)定是在簡單地層區(qū)提高鉆探質(zhì)量的保證。（二）鉆孔構(gòu)造的選擇

鉆孔構(gòu)造設(shè)計(jì)和選擇直接影響到鉆探效率的提高和施工本錢的降低,尤其是在簡單地層區(qū)的巖心機(jī)械鉆探施工。因此,應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、鉆孔深度、終孔直徑、鉆進(jìn)方法、護(hù)孔措施和設(shè)備狀況,并合理選擇開孔直徑、換徑次數(shù)與深度、套管程序等。依據(jù)閱歷對(duì)簡單地層深孔巖心機(jī)械鉆探施工一般采納Φ130/Φ110/Φ91/Φ75/Φ60多徑成孔,把Φ60mm口徑作為技術(shù)口徑備用,下部Φ75mm口徑采納金剛石繩索取心鉆進(jìn),采納優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔。（三）鉆探設(shè)備的選擇應(yīng)依據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)深度、鉆孔設(shè)計(jì)傾角、巖層條件、鉆進(jìn)方法以及鉆孔設(shè)計(jì)構(gòu)造等,合理地選擇鉆探設(shè)備。應(yīng)盡量選擇電動(dòng)機(jī)動(dòng)力機(jī)。鉆探設(shè)備包括鉆機(jī)型號(hào)、鉆塔類型、聯(lián)動(dòng)型號(hào)、泥漿泵型號(hào)、擰管機(jī)型號(hào)等要配套,嚴(yán)格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》中規(guī)定的鉆探常用設(shè)備配套標(biāo)準(zhǔn)。三、鉆孔彎曲影響因素

鉆孔彎曲(特殊是深鉆)會(huì)造成未能按設(shè)計(jì)穿過礦體或地質(zhì)層位,可能歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或轉(zhuǎn)變勘探密度等,從而影響對(duì)礦體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的推斷和儲(chǔ)量計(jì)算的準(zhǔn)確程度。通常在簡單地層區(qū)巖心機(jī)械鉆探施工中鉆孔彎曲的主要因素是地層因素和鉆探工藝因素。四、鉆探技術(shù)和沖洗液技術(shù)

（一）松散破裂地層:由于在此地層主要采納大徑鉆具鉆進(jìn),增加沖洗液沖孔時(shí)的過流斷面,削減液流阻力以及沖洗液的壓力感動(dòng)而引起孔壁破壞;同時(shí),采納優(yōu)質(zhì)低固相沖洗液愛護(hù)孔壁。在特別孔段下入套管與技術(shù)套管的方法,一般能保證此類地層的穩(wěn)定。沖洗液各項(xiàng)指標(biāo)以掌握在以下范圍為宜:黏度18s～25s,比重1.05～1.15,失水量每30min小于15mL,泥皮厚度小于1mm,含砂量小于4%,pH值8～9。

(二)水敏性地層:此類地層主要是采納鉆進(jìn)沖洗液護(hù)孔,沖洗液的濾液性能和泥皮質(zhì)量(或孔壁網(wǎng)狀膜構(gòu)造強(qiáng)度)是影響孔壁穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。因此,掌握鉆井液失水量,增加泥皮強(qiáng)度或沖洗液在孔壁所形成的高分子網(wǎng)狀構(gòu)造“膠膜”強(qiáng)度,削減沖洗液中自由水的含量,降低濾液對(duì)巖石的滲透水化和提高濾液對(duì)巖石的膠結(jié)力是至關(guān)重要的。沖洗液通常參加PHP,HPAN,CMC等聚合物和KHM與植物膠的低固相沖洗液。沖洗液性能為:失水量小于10mL,泥皮厚小于1mm。（三）漏、涌水地層:這類地層在鉆探施工中難度是最大的。依據(jù)巖石構(gòu)造與長期施工閱歷,這類地層的漏失大多由于裂隙漏失和含水量水層層位漏失與松散破裂孔隙產(chǎn)生的長孔段漏失。目前,就各鉆探施工中堵漏、防涌特點(diǎn)來看,主要有以下幾類方法:膠結(jié)堵塞法:適用于中漏以下和較小的涌水地層。常采納濃泥漿加化學(xué)漿液加惰性材料與交聯(lián)物的堵漏方法,涌水則參加加重劑,進(jìn)展壓漏作業(yè)。主要配方是濃泥漿中參加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10-6的PHP,再參加惰性材料攪拌勻稱,隨著鉆進(jìn)可漸漸堵塞漏失通道。水泥堵漏法:適用于中漏以上的漏失和中等的涌水地層。壓力平衡法:此方法是利用沖洗液的液柱壓力平衡地層壓力,以到達(dá)孔壁穩(wěn)定,保證沖洗液能正常循環(huán)的一種方法。它適用于中漏以下及小量涌水的任何孔隙、裂隙地層,特殊是對(duì)長孔段漏失和斷層裂隙漏失有效。比方在漏失地層使用泡沫泥漿,在涌水地層使用加重泥漿等。頂漏鉆進(jìn)法:這種方法多用于不便堵漏或代價(jià)太大的長孔段漏失地層。采納這種方法的條件是在孔壁失去平衡的狀況下,裸眼穩(wěn)定期須能滿意施工的要求;同時(shí),水源較近,用水比擬便利。套管隔離法:該法是在其他方法難以到達(dá)護(hù)孔和堵漏目的時(shí)(特殊是處理較大涌水)所實(shí)行的最牢靠的方法,對(duì)任何孔深和漏失程度以及涌水都有效,但由于使用管材和需要停鉆進(jìn)展特地作業(yè),故多用于淺孔。較深孔段有時(shí)先采納S91繩鉆鉆進(jìn)至肯定深度,將鉆具留在孔內(nèi)作為套管,再改用S75繩鉆鉆進(jìn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展和新技術(shù)、新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，勘探機(jī)械設(shè)備的種類也更加齊全，構(gòu)造更加簡單，對(duì)工程機(jī)械操作人員的要求也有新的要求。操作人員不僅要懂得工程機(jī)械的構(gòu)造組成、原理、性能、把握操作技巧，而且還要有工程機(jī)械的故障快速診斷和修理力量。因而，完善地質(zhì)鉆探現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具、材料、儀表、儀器和工藝技術(shù)配套工作,加大對(duì)勘探技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，是提高鉆探經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果和技術(shù)水平的重中之重。巖心鉆探工程中的繩索取心工藝

近年來，繩索取心技術(shù)不斷改良，其相對(duì)于常規(guī)鉆進(jìn)工藝的優(yōu)越性愈加凸顯出來，得以在行業(yè)中廣泛應(yīng)用。主要對(duì)鉆探設(shè)備、鉆具選擇及應(yīng)用中發(fā)覺的問題進(jìn)展探討。巖心鉆探的鉆孔由以前的400～600m,到最近幾年的1500～201*m,甚至在將來的施工中還要設(shè)計(jì)更深的鉆孔。1000m左右的孔深,對(duì)于石油、自然氣、地?zé)岬瓤辈楹烷_采算不上是深孔,但是對(duì)于固體勘查的小口4實(shí)際鉆進(jìn)狀況及鉆探規(guī)程參數(shù)把握鉆壓:依據(jù)閱歷公式,P=pA計(jì)算（其中p按金剛石孕鑲鉆頭單位壓力推舉表中,中硬-堅(jiān)硬間選擇:70～100kg/cm2;胎體外徑Φ76.5mm、內(nèi)徑Φ49mm,水口數(shù)量為10的繩索取心鉆頭底面積A大約為20cm2,鉆壓）徑巖心鉆探來說,已經(jīng)算得上是深孔了。深孔的鉆探施工,對(duì)于鉆探設(shè)備、應(yīng)當(dāng)在1400～201*kg。由某礦段上部掩蓋堅(jiān)硬致密的混合巖,個(gè)別段位甚管材、鉆探工藝、沖洗液，鉆探規(guī)程和參數(shù)、人員操作方式等等都有不同至消失鉆頭“打滑”現(xiàn)象,因此,實(shí)際鉆進(jìn)的鉆壓特別高,大約在3000kg左于淺孔施工的要求。右,甚至還要高些,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閱歷推舉值;這里存在著一種沖突,即選擇胎

2鉆探設(shè)備我國正規(guī)的小口徑金剛石巖心鉆探設(shè)備的專業(yè)生產(chǎn)廠家不多,鉆機(jī)僅有張家口探礦機(jī)械廠、石家莊煤礦機(jī)械廠，連云港黃海機(jī)械廠和無錫探礦機(jī)械廠等生產(chǎn);泥漿泵僅有衡陽探礦機(jī)械廠和吉林地質(zhì)勘探公司修造廠等生產(chǎn)。目前,野外鉆探施工應(yīng)用最廣泛的巖心鉆機(jī)是連云港黃海機(jī)械廠生產(chǎn)的XY-4型、其次是張家口探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的XY-5型和XU-1000型。XY-4型鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格參數(shù)所示鉆探力量為:用Φ42mm鉆桿可我隊(duì)以往應(yīng)用的實(shí)際狀況是鉆進(jìn)1000m;用Φ50mm鉆桿可鉆進(jìn)700m。使用Φ50mm鉆桿、實(shí)行一般單管工藝、Φ91mm孔徑,最深鉆進(jìn)孔深為720m。其實(shí),還可以連續(xù)鉆進(jìn),但由于單管工藝提取巖心時(shí)每個(gè)回次都需要升上孔內(nèi)全部鉆具,不使用水剎車系統(tǒng),鉆機(jī)的升降系統(tǒng)消耗磨損嚴(yán)峻,對(duì)鉆機(jī)損壞相當(dāng)大;使用水剎車系統(tǒng),速度特別慢,效率極低,700多m鉆具升降一次需要4、個(gè)h，5純鉆利用率極低。201*年,由于鉆探深孔需要,為了提高鉆機(jī)力量,廠家改良了XY-4型鉆機(jī),將標(biāo)準(zhǔn)配置為30kW電動(dòng)機(jī)改裝為45kW電動(dòng)機(jī)。鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格標(biāo)明該型號(hào)鉆機(jī)可以安裝201*r/min、功率為60馬力的4100型柴油機(jī),60馬力相當(dāng)于44kW,因此,選用45kW的電動(dòng)機(jī)不算超標(biāo)。使用如此改造的鉆機(jī),采納Φ71mm繩索鉆桿、繩索取心工藝、Φ77mm孔徑,最深孔鉆進(jìn)1000m。XY-5型鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格參數(shù)所示鉆探力量為:用Φ50mm鉆桿,孔徑Φ56mm鉆進(jìn)深度為1500m;我隊(duì)201*年首次使用XY-5型鉆機(jī),采納Φ71mm繩索鉆桿、繩索取心工藝、Φ77mm孔徑,最深孔鉆進(jìn)836m,依據(jù)實(shí)際使用狀況采納該設(shè)備和工藝可以鉆進(jìn)1100～1200m的鉆孔。3鉆具級(jí)配選擇前幾年,由于整個(gè)巖心鉆探行業(yè)的工作量偏低,我國生產(chǎn)配套繩索取心工藝鉆探工具及管材的廠家很少,尤其是國家標(biāo)準(zhǔn)化與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌等工作,筆者認(rèn)為還不完善。經(jīng)過到生產(chǎn)廠家的調(diào)研、考察,結(jié)合我單位鉆探工人的工作習(xí)慣,我單位繩索取心工藝采納如下級(jí)配:Φ71mm繩索取心鉆桿（江西新余生產(chǎn),材質(zhì)45MnMoB,符合國家標(biāo)準(zhǔn),按冶金YS75標(biāo)準(zhǔn)加工外螺紋。）Φ74mm重索鉆桿接手（按冶金YS75標(biāo)準(zhǔn)加工接手內(nèi)螺紋,按金剛石有限公司標(biāo)準(zhǔn)加工卡槽,可以使用NY-3型擰管機(jī)和卡槽式提引器。）JS75彈卡總成和JS75打撈器,為新地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):DZ2.1,2.2-87;這里留意的細(xì)節(jié)是冶金標(biāo)準(zhǔn)的接手和新地標(biāo)的彈卡總成上部的短管（彈卡擋頭的）內(nèi)外螺紋連接。JS75彈卡總成由唐山金石超硬材料有限公司生產(chǎn),該總成尤其是上擴(kuò)孔器的設(shè)置,筆者個(gè)人認(rèn)為要比YS系列更趨合理,長度不包括巖心管僅為850mm,使用更加便利;打撈器的長度為1300mm。重索Φ77mm擴(kuò)孔器和重索Φ76.5mm金剛石鉆頭,長度、螺紋和內(nèi)徑均按新地標(biāo)JS標(biāo)準(zhǔn)加工,為適應(yīng)Φ74mm接手,擴(kuò)孔器和鉆頭外徑比標(biāo)準(zhǔn)加厚1.5mm。這樣,組成的鉆具級(jí)配根本是鉆桿和鉆桿接手按冶金YS標(biāo)準(zhǔn)加工螺紋,彈卡擋頭以下按新地標(biāo)JS標(biāo)準(zhǔn)配備彈卡總成、打撈器、內(nèi)外管、卡簧、卡簧座、擴(kuò)孔器和鉆頭等?！按蚧?鉆進(jìn)效率極低,體硬度大的鉆頭,胎體磨損慢,金剛石出露差,甚至選擇胎體軟的鉆頭,效率明顯提高,可鉆頭壽命又大降。較軟的可鉆性在6級(jí)左右的巖層,鉆壓在201*kg以下,進(jìn)尺的速度也很快,時(shí)效可達(dá)3m/h,鉆頭的使用壽命最高可達(dá)150m。轉(zhuǎn)速:依據(jù)金剛石孕鑲鉆頭適用轉(zhuǎn)數(shù)推舉表,可知Φ75mm的孕鑲鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)在400～850r/min之間,配置1470e/min、45kW電動(dòng)機(jī)的XY-4型鉆機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在101～119r/min之間,完全適合此鉆頭鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)數(shù)要求。實(shí)際應(yīng)用狀況是采納慢4檔即388r/min的時(shí)候最多,此時(shí)Φ76.5mm鉆頭外圓的圓周線速度是1.55m/s,也可采納快2檔574r/min,此時(shí)線速度可達(dá)2.30m/s,同時(shí),由于鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙特別小,僅為3mm,鉆桿接手部位的間隙僅為1.5mm,所以必需使用潤滑劑,尤其是孔深超過300m以后,潤滑劑更是重要,如不使用,慢4檔也很難開動(dòng),效率非常低下;另外,過高的轉(zhuǎn)數(shù)在實(shí)際鉆進(jìn)中也不適合,由于巖粉沉淀不徹底,在沖洗液中循環(huán)中被重復(fù)泵入孔內(nèi),流經(jīng)鉆桿時(shí)由于高速回轉(zhuǎn)的離心力和鉆桿壁的高溫致使巖粉結(jié)垢附著在鉆桿內(nèi)壁,形成1～2mm甚至更厚的垢質(zhì),俗稱“掛蠟”,這么厚的垢質(zhì)足以阻礙彈卡總成和打撈矛的順當(dāng)通過,給鉆探施工造成嚴(yán)峻不便。泵量:依據(jù)金剛石鉆進(jìn)常用沖洗液量推舉表,可知Φ75mm左右的孔徑泵量在40～60L/min即可,可見吉林產(chǎn)的BWJ-125型泵就足夠用了,我隊(duì)大多采納衡陽產(chǎn)的BW-250型泵,而且泵量使用偏高，一般在100L/min或120L/min兩個(gè)檔位上,現(xiàn)場(chǎng)施工為了避開燒鉆的保守想法固然是盡量實(shí)行較大的泵量。大泵量對(duì)于孔底實(shí)際鉆壓的把握有較大的影響。5工藝比擬繩索取心工藝與一般單管、單動(dòng)雙管鉆探工藝比擬見表1。表1繩索取心工藝與一般單管、單動(dòng)雙管鉆探工藝比擬比擬工程勞動(dòng)強(qiáng)度純鉆時(shí)間綜合效率純鉆效率一般單管大短一般高單動(dòng)雙管大短一般一般很高,完全達(dá)標(biāo)一般,可以達(dá)標(biāo)一般適應(yīng)適中,比單管略高繩索取心小略長略高（深孔尤其明顯）較低很高,完全達(dá)標(biāo)略好,