田 飛 / 云南南方地勘工程總公司

小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防與處理

田 飛 / 云南南方地勘工程總公司

鉆孔縮徑是小口徑巖心鉆探中常見的一大主要問題，其不僅會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成嚴(yán)重影響，還會(huì)浪費(fèi)施工材料，提高成本，甚至還會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)發(fā)生事故，報(bào)廢鉆孔。據(jù)此，本文主要對(duì)小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防與處理措施進(jìn)行了詳細(xì)分析。

小口徑；巖心鉆探；鉆孔縮徑；預(yù)防；處理

一、鉆孔縮徑

（一）造成鉆孔縮徑的主要地層

1.沉積地層中的粘土巖地層——水敏性地層。

2.地質(zhì)構(gòu)造帶——斷層泥。

3.強(qiáng)風(fēng)化地層——遇水膨脹，風(fēng)化后砂狀破碎。

（二）鉆孔縮徑事故發(fā)生的征兆

1.下降或提升鉆具時(shí)，在縮徑地層感到鉆具升降困難，嚴(yán)重時(shí)需要掃孔穿過。

2.在穿過縮徑地層時(shí)，由于鉆具與孔壁之間間隙變小，泵壓會(huì)增加，甚至出現(xiàn)憋泵現(xiàn)象。

3.巖粉明顯增多，泥漿中含砂量明顯增加，如果用繩索取心鉆進(jìn)，會(huì)發(fā)生鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢現(xiàn)象，提、放內(nèi)管困難，甚至提拉不動(dòng)內(nèi)管或內(nèi)管投不進(jìn)去。

4.在縮徑地層中鉆進(jìn)，鉆具回轉(zhuǎn)逐漸困難，阻力增大，甚至鉆具完全無法轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)倒車現(xiàn)象。

二、小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防措施

（一）進(jìn)一步明確鉆孔縮徑具體位置

在鉆孔縮徑的預(yù)防工作中，必須首先明確其發(fā)生的準(zhǔn)確位置。一般情況下，水敏性地層、強(qiáng)風(fēng)化地層和斷層泥是鉆孔縮徑發(fā)生的主要位置。其中，水敏性地層位于沉積層中的粘土沿地層。強(qiáng)化風(fēng)地層一遇到水就會(huì)極速膨脹，地層經(jīng)過風(fēng)化之后，會(huì)成砂狀破碎。而斷層泥是在地址構(gòu)造層。

（二）熟練掌握小口徑巖心鉆探情況

為了減量降低鉆孔縮徑的發(fā)生幾率，施工人員應(yīng)熟練掌握既有鉆孔縮徑巖層的具體情況，并據(jù)此制定有效的預(yù)防方案，只有這樣，才能夠從根本上解決實(shí)際問題。施工人員還必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并采取合理應(yīng)對(duì)措施，避免發(fā)生安全事故，從而威脅施工人員和鉆探人員的人身安全。鉆探人員必須掌握泥漿配比方法，并科學(xué)合理選擇，其中失水量控制在4ml/30min以內(nèi)的泥漿是最佳選擇。

（三）其他有效預(yù)防措施

在縮徑地層中，施工人員在升降鉆具時(shí)，都必須減速通過。如果鉆具在鉆進(jìn)時(shí)，遇到阻力，可以采取提前掃孔的方式方法，保證鉆具可以順利通過。如果在施工過程中，遇到縮徑問題比較嚴(yán)重的底層，施工人員需要進(jìn)行掃孔處理，擴(kuò)孔最好使用相對(duì)于正常大一級(jí)的鉆具，從而有效防止發(fā)生縮徑事故。在鉆進(jìn)到1-2m距離之后，施工人員必須及時(shí)做套管處理，最大程度上避免發(fā)生縮徑事故。

三、小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的處理措施

（一）選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)

合理的鉆進(jìn)參數(shù)主要來自于鉆壓工作的合理性，因此，必須提前做好鉆壓工作。在鉆孔縮徑地層的巖層位置，因?yàn)榇瞬课坏膸r石非常柔軟，所在鉆探時(shí)，都是輕壓鉆進(jìn)。如果鉆進(jìn)壓力太大，此巖層的巖粉就會(huì)揚(yáng)起，一旦如此，勢(shì)必會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的埋鉆事故，且頻繁發(fā)生。

（二）嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)速

地層縮徑施工還必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)速，一般選擇慢轉(zhuǎn)速和慢進(jìn)方式是最合理的。特別是在穿越縮徑地層時(shí)，施工人員不僅要保持仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鳂I(yè)態(tài)度，還要采取合適的護(hù)壁方式，全面保護(hù)好縮徑地層表面。另外，為了有效避免發(fā)生抱鉆現(xiàn)象，保證施工安全，轉(zhuǎn)速必須嚴(yán)格控制在200r～300r/s之間。

（三）合理控制泵量

其中，在鉆孔縮徑巖層的軟層位置，是最容易發(fā)生巖粉的，并且?guī)r粉的粉量會(huì)逐漸隨著鉆探施工，逐漸增多。因此，想要清理干凈粉末，必須嚴(yán)格控制泵量。而如果泵量過小，粉末很難全部被清理，孔內(nèi)就會(huì)長(zhǎng)期積累大量的巖粉，這將會(huì)嚴(yán)重威脅施工的質(zhì)量與安全。所以，在施工過程中，必須嚴(yán)格控制泵量，控制在60L～80L/s之間最佳。

（四）科學(xué)維護(hù)沖洗液

在施工過程中，維護(hù)好沖洗液雖然很簡(jiǎn)單，但是其在關(guān)鍵環(huán)節(jié)發(fā)揮著非常重要的作用。如果沖洗液的維護(hù)不及時(shí)、不完善，就很容易發(fā)生孔內(nèi)事故。因此，在施工時(shí)，必須及時(shí)清理干凈堆積的泥漿，并提高施工泥漿的使用率。其中最重要的是，確保沖洗工作的順利開展，及時(shí)詳細(xì)記錄維護(hù)信息，以此為后續(xù)施工的有序開展提供便捷，同時(shí)還能夠在一定程度上提高施工效率。

四、實(shí)例分析

（一）工程概況

在某土礦地區(qū)，主要是一些丘陵區(qū)，地勢(shì)比較良好，呈北東原南西向展布，總體地勢(shì)西北高，東南低。海拔高度160～320m，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，具黃土地貌特征。區(qū)內(nèi)屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。礦區(qū)位于山褶斷束構(gòu)造區(qū)，礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育。

（二）具體施工情況

確定施工時(shí)，已經(jīng)完成6個(gè)鉆孔，在施工現(xiàn)場(chǎng)主要有巖石類型多樣，而且厚度也大不相同。在千峰之間，這些巖石的厚度呈現(xiàn)巨粒類型，而且在中粒砂巖中，還加入一些巖泥，在強(qiáng)化風(fēng)影響下，地層開始發(fā)生變動(dòng)，遇到水分時(shí)會(huì)膨脹，且膨脹度非常大，這時(shí)鉆進(jìn)，很容易發(fā)生安全事故。因?yàn)?，在此過程中，卡鉆、抱鉆、提起鉆具難以找不到孔的具體位置，以此三個(gè)孔就會(huì)被埋，其他孔卻被報(bào)廢，造成不必要的工程損失，其可以導(dǎo)致施工進(jìn)度減緩，還會(huì)在一定程度上提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，工程存在明顯問題。在上部，含礫層開始變得不穩(wěn)定，且整個(gè)施工過程并沒有下套管，這樣一來，一旦出現(xiàn)地層孔沒有采用有效方式應(yīng)對(duì)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)程緩慢，巖漿質(zhì)量得不到有效保障，從現(xiàn)場(chǎng)地層使用可以看出，施工現(xiàn)場(chǎng)的粉紅色粘土含量較高，且當(dāng)充滿水分時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大量水量損失。

（三）應(yīng)對(duì)措施

尋找問題根源后，選擇有效措施加以應(yīng)對(duì)。其一，鉆孔結(jié)構(gòu)。鉆孔結(jié)構(gòu)適用于&110-91～75mm，上部位置可以使用30～50mm，此方式簡(jiǎn)單好用。在進(jìn)入縮進(jìn)地層時(shí)，可以在距離3～5m的位置上，選擇雙管鉆具協(xié)助施工，直到到達(dá)位置，才能停止施工。其二，需要在取粉管上安裝合適的反鉆頭，如果施工時(shí)出現(xiàn)縮徑問題，會(huì)在上部掃描，最終確定病害位置，這是施工中最常使用的方法之一，能夠準(zhǔn)確定位病害位置，從而有效提升施工質(zhì)量。另外，還要做好泥漿調(diào)制工作，泥漿調(diào)制工作必須落到實(shí)處，才能夠發(fā)揮實(shí)際作用，以此才能提升施工進(jìn)度，確保施工質(zhì)量。從既有施工經(jīng)驗(yàn)得知，配置泥漿時(shí)，必須做好配比工作。膨潤(rùn)土數(shù)量要求在20kg之內(nèi)，CMC為1kg，另外，還要配置3～5KG的KHm。此為最佳配置比例，根據(jù)此比例配置，泥漿質(zhì)量會(huì)得到有效提升，滿足施工需求。而防塌潤(rùn)滑劑配置量控制在15～20kg之間，此數(shù)值要求比較精準(zhǔn)，一般施工時(shí)，需要嚴(yán)格按照此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，才會(huì)取得較好的效果。PHP控制在0.2～0.4kg之間，泥漿性能對(duì)密度、粘度、PH值要求都很高，密度最好控制在1.05～1.06之間，粘度控制在23～28s之間，PH值最好為9，這時(shí)材料含量也會(huì)得以改變，含砂量＜1%，失水量在5～8mL/30min之間，整個(gè)泥層厚度＜0.5mm。

（四）預(yù)防措施

如果提前預(yù)防，縮徑事故會(huì)明顯減少，甚至可以及時(shí)排除縮徑。首先，在縮徑地層鉆進(jìn)時(shí)，調(diào)制好泥漿，最好使用失水量＜4mL/30min的泥漿。其次，在一般縮徑地層，升降鉆具，都必須減速通過，一旦遇到阻力，需要提前掃孔通過。再次，在上部遇到縮徑嚴(yán)重地層，需要做擴(kuò)孔處理，使用比正常鉆進(jìn)大一級(jí)的鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔，穿過1～2m后，及時(shí)下套管，避免發(fā)生縮徑事故。

五、結(jié)語

綜上所述，小口徑巖心鉆探主要是為了獲得巖心層的相關(guān)參數(shù)，在鉆探時(shí)，鉆孔縮徑是十分常見的技術(shù)性難題。鉆孔縮徑的發(fā)生不僅會(huì)直接影響小口徑巖心鉆探的順利開展，還會(huì)直接影響工程整體質(zhì)量，威脅鉆探人員的人身安全。這就需要相關(guān)部門及施工人員必須加強(qiáng)對(duì)鉆孔縮徑的高度重視，并根據(jù)實(shí)際情況，采取科學(xué)合理、行之有效的措施，加以預(yù)防和處理，全面保證小口徑巖心鉆探工作的有序進(jìn)行。

[1]夏清陽.論小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防與處理[J].工程技術(shù):引文版,2017(2).

[2]時(shí)志興,翟東旭,張東興.小口徑巖心鉆探鉆孔縮徑的預(yù)防與處理[J].探礦工程,2012,39(6):46-49.