陳風云，王 虎，谷天本

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南鄭州 450053;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)探礦隊，河南洛陽 471023)

小秦嶺地區(qū)深部鉆探鉆孔結構設計

陳風云1，王 虎2，谷天本2

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南鄭州 450053;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)探礦隊，河南洛陽 471023)

介紹了鉆孔結構設計的依據(jù)和原則，目前國內(nèi)最深的巖心鉆探鉆孔結構和基于新的巖心鉆探規(guī)程下專家建議的深孔鉆孔結構。據(jù)此提出了小秦嶺地區(qū)深部鉆探鉆孔結構的設計，建議深孔鉆探必須加大開孔口徑，留足用套管隔離深部復雜地層的空間。

深部鉆探;鉆孔結構;小秦嶺地區(qū)

0 引言

鉆孔結構設計是鉆探施工設計中的關鍵環(huán)節(jié)，深部鉆探鉆孔結構設計更為重要，合理的鉆孔結構可為處理深部復雜地層留下更換小一級鉆具的空間，減少偏斜或報廢鉆探進尺。隨著攻深找盲地質(zhì)工作的開展，孔深＞1000 m的鉆孔越來越多，施工中由于鉆孔結構設計不合理，造成的鉆探進尺報廢也越來越多，需要鉆探技術人員總結經(jīng)驗，設計合理的鉆孔結構，以提高鉆探效率。

小秦嶺地區(qū)是我國的重要成礦帶，筆者單位多年來一直在小秦嶺地區(qū)從事巖心鉆探施工，對小秦嶺地區(qū)地層復雜程度比較了解，因此，筆者總結在該地區(qū)鉆孔結構設計的經(jīng)驗，以指導在該地區(qū)的鉆探施工。

1 鉆孔結構設計

鉆孔結構是指鉆孔由開孔至終孔，孔深剖面中各孔段的深度和口徑變化情況。一般來說，地層越復雜，孔越深，鉆孔換徑次數(shù)越多，鉆孔結構越復雜。

1.1 鉆孔結構設計依據(jù)［1］

(1)所鉆巖石的物理、力學性質(zhì)，特別是巖石的硬度、穩(wěn)定性和水敏性;

(2)鉆孔設計深度和傾角;

(3)鉆進方法，鉆探設備的技術參數(shù)和入孔測量儀器的外徑;

(4)與鉆孔目的有關的終孔直徑。

1.2 鉆孔結構設計原則

鉆孔結構設計通常備用一級口徑(特別是在新礦區(qū)對地層情況不甚了解的情況下)，出現(xiàn)孔內(nèi)復雜情況時可以補下一層套管，以保證終孔直徑滿足設計要求。為了降低生產(chǎn)成本，應盡量簡化鉆孔結構，少下或不下套管。但是下列情況必須下套管:

(1)泥漿護壁仍不穩(wěn)定的地層;

(2)隔離涌水層和漏水層;

(3)處理孔內(nèi)事故，上部地層坍塌掉塊、縮徑等情況。

深孔鉆孔結構設計必須考慮增大鉆桿環(huán)狀間隙以降低泵壓，增大泥漿粘度護壁等問題。

2 國內(nèi)深孔(2000 m左右)鉆孔結構

2.1 典型深孔鉆孔結構

由于受到地質(zhì)管材規(guī)格限制，國內(nèi)目前大多數(shù)深孔鉆孔結構如表1所示。

表1 目前國內(nèi)典型的深孔鉆孔結構 /mm

這種鉆孔結構的缺點是鉆桿環(huán)狀間隙小，深孔鉆進時泵壓高，不利于深孔復雜地層(泥漿粘度大)鉆進。

2.2 目前國內(nèi)最深的巖心鉆探鉆孔結構

目前國內(nèi)最深的巖心鉆探孔為安徽313地質(zhì)隊施工的ZK1725孔，孔深為2706.68 m，該鉆孔所遇巖層段巖石膠結性差，非常破碎，鉆孔坍塌、漏水、涌水極為嚴重，入孔4級套管，其鉆孔結構如圖1所示。

圖1 安徽313地質(zhì)隊ZK1725鉆孔結構圖［2］

2.3 根據(jù)巖心鉆探新規(guī)程建議的深孔鉆孔結構

新頒布的《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》(DD2010－01)與國際通用標準接軌，口徑級差合理。新規(guī)程主要起草人王達教授在建議的鉆孔口徑基礎上，考慮到環(huán)狀間隙大、利于深孔鉆進的因素，提出了建議的鉆孔結構如表 2［3］。

表2 基于新規(guī)程建議的鉆孔結構 /mm

3 小秦嶺地區(qū)深部鉆探鉆孔結構設計

小秦嶺地區(qū)地層結構復雜，屬于火山巖地層，鉆進中坍塌、掉塊、漏失、縮徑等巖心鉆探技術難題經(jīng)常遇到，必須合理設計鉆孔結構，留足套管隔離復雜地層的口徑。

3.1 多年來小秦嶺地區(qū)所采用的鉆孔結構

2005年以前，小秦嶺地區(qū)勘探孔深在500 m左右(終孔直徑＞75 mm)，現(xiàn)在，隨著攻深找盲的開展，鉆探孔深已達1000 m左右，然而，許多機臺仍然沿用淺孔鉆探的鉆孔結構(如圖2)。

圖2 小秦嶺地區(qū)淺孔鉆孔結構

小秦嶺地區(qū)淺孔鉆探一般以φ110 mm開孔，鉆穿覆蓋層后直接換φ77 mm鉆進，當遇到復雜地層需下套管隔離時，擴孔至φ95 mm，下入φ89 mm套管，然后換回φ77 mm口徑鉆至終孔。這種鉆孔結構對于淺孔比較合理，也屬于超前裸眼鉆進方案［4］，比較容易鉆至設計孔深。對于深孔(1000 m左右)，這種鉆孔結構存在很大弊端。深部地層復雜程度由于不可預見，深部遇到復雜地層需要下套管隔離時，終孔口徑將不能滿足最小鉆孔直徑要求(φ75 mm)。因此，設計孔深結構時必須留足套管隔離空間。

3.2 小秦嶺地區(qū)深孔鉆孔結構設計

該地區(qū)鉆孔終孔口徑一般大于75 mm，建議采用超前裸眼技術方案，留一級備用口徑，以φ150 mm口徑開孔，鉆穿覆蓋層后下入φ139.7 mm套管，然后以φ122 mm口徑鉆至600～800 m，下入φ114 mm套管，再以φ77 mm口徑進行繩索取心鉆進，當遇到深部復雜地層泥漿無法控制時，可以擴孔下入φ89 mm套管(技術套管)隔離復雜地層，然后換回φ77 mm口徑繼續(xù)鉆進。建議該地區(qū)深孔鉆孔結構如圖3所示。

4 應用效果

2009年我們在小秦嶺地區(qū)施工孔深＞1000 m的鉆孔4個，因為地層復雜，全部采用增大開孔直徑、超前裸眼鉆進的方法，均順利利用套管隔離了復雜地層，保證了鉆探順利實施。

圖3 小秦嶺地區(qū)深孔鉆孔結構

靈寶市大湖礦區(qū)ZK402孔，設計孔深1200 m，采用 φ150 mm開孔，鉆穿覆蓋層(80 m)下入φ139.7 mm套管，然后以φ122 mm普通雙管鉆至595 m穿過上部破碎地層，下入φ114 mm套管595 m隔離上部破碎地層，再以φ77 mm繩索取心鉆具鉆進，在768～771.5 m遇到縮徑坍塌地層，以φ95 mm鉆具擴孔鉆進至771.5 m，下入φ89 mm套管(技術套管)6 m隔離縮徑坍塌地層，然后換回φ77 mm繩索取心鉆進直至終孔。

5 結論

(1)深孔鉆孔結構設計關系到鉆探的成敗，新的礦區(qū)應深入了解地層構造，合理設計鉆孔結構，才能保證鉆遇復雜地層時適時下入套管隔離復雜地層，保證鉆探順利進行。

(2)深孔鉆探開孔孔徑應加大，開孔孔徑加大會降低上部鉆探效率，但是，孔徑加大為深部鉆探處理復雜地層留下了擴孔下套管的空間，能保證深部鉆探順利進行。

［1］鄢泰寧.巖土鉆掘工程學［M］.湖北武漢:中國地質(zhì)大學出版社，2001.

［2］朱恒銀.2706 m試驗孔施工關鍵裝備與技術［A］.特深孔設備配套與施工技術研討會及第二屆全國地質(zhì)勘探技術研討會［C］.安徽六安:2010.

［3］王達.深孔巖心鉆探的技術關鍵［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(S1).

［4］王達，張偉，張曉西，等.中國大陸科學鉆探工程科鉆一井鉆探工程技術［M］.北京:科學出版社，2007.

［5］陳風云，谷天本.西平鐵礦深孔繩索取心鉆探技術應用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6).

［6］孫德學，陳偉，張元清，等.沉積巖松軟地層深孔繩索取心鉆探技術實踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(1).

Design of Borehole Structure of Deep Drilling in Xiaoqinling Region

CHEN Feng-yun，WANG Hu，GU Tian-ben(1.No.2 Hydrogeology and Engineering Geology Team，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Zhengzhou Henan，China;2.No.3 Geological Prospecting Team，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Luoyang Henan，China)

The paper introduced the basis and the principle of borehole structure design，the deepest borehole structure of core drilling in China and the deep borehole structure suggested by the experts according to the new core drilling rules.Hereby，the design of borehole structure for deep drilling in Xiaoqinling region was put forward;the initial diameter should be enlarged to provide enough space for casing to isolate deep complex formations.

deep drilling;borehole structure;Xiaoqinling region

P634.5

A

1672－7428(2011)07－0044－03122

2011－01－05

陳風云(1962－)，女(漢族)，河南洛陽人，河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊工程師，探礦工程專業(yè)，從事地質(zhì)巖心鉆探、工勘施工技術工作，河南省鄭州市南陽路56號地礦大廈411室，dzdcfy@163.com。