郭保鐸，張 波，張 濤

(西安地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，陜西西安710100)

預(yù)查區(qū)位于秦嶺山脈南部中段，行政區(qū)劃屬于陜西省商洛市鎮(zhèn)安縣東川鎮(zhèn)及安康市寧陜縣金川鎮(zhèn)管轄。地處秦嶺南麓，臨近分水嶺地段，區(qū)內(nèi)溝溪發(fā)育，切割較深，地形陡直且高差大。石灰?guī)r地貌區(qū)在山坡及山頂基巖裸露程度良好，基巖上形成厚5～25cm的地表腐殖質(zhì)層；而在溝谷兩側(cè)至山腳基巖裸露程度較差，腐殖層厚10～30cm?；◢弾r地貌區(qū)整體基巖裸露程度較差，巖石露頭僅在山坡、山頂和局部沖溝可見，殘坡積層厚10～50cm。巖石風(fēng)化以化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化為主，物理風(fēng)化較弱。主要山脊為八盤山，近北東—南西展布，形成北高難低的駝背狀斜坡地形。區(qū)內(nèi)海拔高程一般在800～1900m，最高處九龍頂，海拔標(biāo)高1994.4m，最低處東川處東川河，海拔標(biāo)高775m，比高400～500m。

礦區(qū)地層復(fù)雜，地層破碎、裂隙或溶洞發(fā)育、漏失嚴重，鉆孔坍塌時有發(fā)生，長期以來一直存在效率低、鉆探施工困難、事故率高的困擾。

1 本礦區(qū)鉆探常見問題

本礦區(qū)鉆探施工主要采取金剛石繩索取芯鉆進，以清水或聚合物泥漿護壁，堵漏通常采用灌鋸末壓漿堵漏，但由于地層裂隙發(fā)育，巖石破碎，導(dǎo)致鉆孔漏失非常嚴重，粘土消耗量非常大，純鉆時間少、效率低；施工中鉆孔經(jīng)常發(fā)生坍塌、掉塊，孔壁很不穩(wěn)定，既影響施工進度，又使鉆探成本增加。地層石英脈常見，常出現(xiàn)鉆頭難以很好出刃，鉆頭打滑嚴重，進尺緩慢。

2 本區(qū)設(shè)備選型

本礦區(qū)的孔深一般700m以淺，故選用XY-44型巖芯鉆機，泥漿泵選用BW 250型泥漿泵，鉆塔選用13.5m四角鉆塔，JS-1000繩索取芯絞車，測斜儀器選用XP-2A。

3 鉆探工藝

本礦區(qū)采取回轉(zhuǎn)鉆進，單管取芯與金剛石繩索取芯相結(jié)合的工藝。

3.1 鉆具選擇及組合

3.1.1 單管取芯鉆具

開孔：?130mm口徑：主動鉆桿+轉(zhuǎn)換接頭+?60mm鉆桿+單管鉆具+?130mm孕鑲金剛石鉆頭；

?110mm口徑：主動鉆桿+轉(zhuǎn)換接頭+?60mm鉆桿+單管鉆具+?110mm孕鑲金剛石鉆頭。

3.1.2 繩索取芯鉆具

備用口徑選擇S95繩索鉆具組合：主動鉆桿+變徑接頭+?89mm繩索取芯鉆桿+?89mm繩索取芯鉆具+?95mm孕鑲金剛石鉆頭；

巖礦層取芯用S75繩索鉆具組合：主動鉆桿+變徑接頭+?73mm繩索取芯鉆桿+?73mm繩索取芯鉆具+?75mm孕鑲金剛石鉆頭。

3.2 孔身及套管結(jié)構(gòu)

根據(jù)該區(qū)地質(zhì)設(shè)計要求，對于設(shè)計深度較淺的鉆孔，采用?110mm口徑開孔并下好?108mm套管，用?75mm口徑鉆進至終孔。

深孔或地層復(fù)雜時，應(yīng)該考慮加大一級開孔直徑，采用?130mm口徑開孔并下好?127mm的孔口管。后采用?110m口徑鉆進至完整地層并下?108mm套管。預(yù)留?95mm口徑，用?75mm口徑鉆進至終孔。

3.3 金剛石鉆頭

繩索取芯金剛石鉆頭外徑選擇范圍為：75～77mm，唇面為階梯或平面型，胎體硬度范圍HRC5～42，粒度范圍：46～60目，濃度 100%，胎體高度9～11mm，金剛石擴孔器的直徑比鉆頭直徑大0.5mm，僅使用下擴孔器，起擴孔、修孔作用。

根據(jù)鉆孔所遇地層巖石的可鉆性、研磨性和破碎程度等情況，參照有關(guān)規(guī)程推薦的金剛石鉆頭選用標(biāo)準(zhǔn)，確定使用孕鑲金剛石鉆頭，其主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合如下要求：

（1）粒度。孕鑲鉆頭使用人造金剛石粒度取決于所鉆巖性。由于鉆孔普遍為中硬地層，可鉆性在7～9級左右，粒度選取在50目左右。

（2）金剛石的濃度。選擇金剛石的濃度要依據(jù)所鉆巖性、金剛石的品級和粒度。即巖石越堅硬，巖石質(zhì)量越好，金剛石粒度越細，濃度宜低，對于該段地層金剛石合適濃度選取為100%，即金剛石體積占胎體工作層體積的1/4。

（3）鉆頭的唇面形狀。孕鑲金剛石鉆頭的唇面形狀比較簡單，多選擇為平底形。但在鉆進特殊地層時要選擇有針對性的唇面形式。

（4）鉆頭的水口與水路。對孕鑲金剛石鉆頭而言，因為它的金剛石出刃非常小，故它的主水路不是鉆頭唇面與孔低間隙，而是水口。用于冷卻與排粉的水流主要通過水口與水槽。因此，孕鑲鉆頭往往選擇成多水口、小水口，這樣對于防止燒鉆有利。

3.4 各地層的鉆進參數(shù)

開孔采用?110mm或?130mm金剛石單管鉆進，鉆遇較為完整巖石，實際鉆進參數(shù)基本按設(shè)計中的進行。詳見表1。

表1 鉆進參數(shù)表

鉆進堅硬、強研磨性地層，裂隙破碎地層及軟硬差別大互層地層，產(chǎn)狀陡易孔斜地層時，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，以減少鉆具振動，延長鉆頭壽命，提高巖礦芯的采取率，防止孔斜。

4 沖洗液設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將第四紀地層上部與基巖地層區(qū)別對待，沖洗液技術(shù)如下：

（1）第四紀地層，部分鉆孔覆蓋層為大塊坡積物，施工該類地層時，成孔是關(guān)鍵，可用水泥凝結(jié)的方法將坡積物固結(jié)起來然后再鉆進。對于既漏又塌的地層，可用水泥加速凝劑搓球，搗實后再注漿固結(jié)，然再透孔成孔。

配方：水+膨潤土3%～5%+0.2%純堿+CMC0.2%～0.5%；

性能指標(biāo)：漏斗粘度28s，比重1.1g/cm3，pH值9～11。

（2）基巖地層，在孔壁穩(wěn)定無坍塌、掉塊的情況下，盡量采用無固相沖洗液鉆進；當(dāng)孔壁坍塌、掉塊時，采用PAM低固相泥漿鉆進；加長泥漿循環(huán)系統(tǒng)長度和沉淀池數(shù)量，經(jīng)常清除巖粉；控制泥漿中粘度粉加量，盡量使用化學(xué)處理劑。

無固相沖洗液配方：清水+0.2%CMC+50～150ppm聚丙烯酰胺+潤滑劑。其性能指標(biāo)為：粘度24s，比重1.05g/cm3，pH值9～11。

5 堵漏

5.1 泥漿護壁堵漏

對于輕微滲漏地層，我們選用聚合物泥漿護壁堵漏；大裂隙漏失地層加入大顆粒堵漏劑+惰性材料，從孔口倒入孔底，再使用泥漿泵壓入漏失地層；孔內(nèi)無水位可用黃泥球或水泥球投入孔內(nèi)、搗實，然后鉆開的方式堵漏。

5.2 水泥封堵

對于孔深較為嚴重漏失地層。我們采用水泥封堵，水灰比0.5，通過現(xiàn)場試驗，添加了1.5%～2%速凝劑，將候凝時間控制在8～10h，泥漿泵泵入，通過治理，孔內(nèi)掉塊、漏水得到徹底根治。

6 弱研磨性地層鉆進

弱研磨性地層即膠結(jié)物與巖石顆粒的硬度差小，多為石英脈、硅質(zhì)巖一類，這類巖石的特點是石英和長石的含量較高，顆粒小且均勻度好，硅質(zhì)膠結(jié)。

6.1 弱研磨性地層鉆進的表現(xiàn)及原因

在此類地層鉆進時，常表現(xiàn)為鉆進速度急速下降，甚至完全不進尺，這時鉆頭底唇出刃的金剛石被磨鈍，其與巖石表面接觸部位形成了光滑的平面，此時胎體中的金剛石無法自銳導(dǎo)致不能及時出刃，使金剛石產(chǎn)生崩刃、脫落和拋光。這是常規(guī)鉆頭在打滑地層中造成打滑的原因。

6.2 解決措施

（1）合理的選擇金剛石鉆頭及鉆進工藝參數(shù)；對于硬巖打滑地層，我們盡量選擇金剛石胎體硬度合適的鉆頭。

（2）使用濃鹽酸對金剛石鉆頭的胎體進行浸泡軟化。

（3）增大金剛石鉆進壓力和轉(zhuǎn)速。

（4）孔底投砂使鉆頭出刃。

（5）上述措施對部分硬巖有效，但效果不明顯，并且鉆頭消耗很大，成本較高，小時效率只能提高0.2～0.3m/h。

（6）使用特殊形狀胎面的金剛石鉆頭，如同心環(huán)鉆頭、齒輪鉆頭等。

7 環(huán)保措施

7.1 固體廢棄物污染

施工現(xiàn)場的設(shè)備設(shè)施及物資材料必須規(guī)范存放管理。場地設(shè)置垃圾池（垃圾桶）及廢料堆放區(qū)，嚴禁亂丟亂放垃圾和廢物廢料。施工廢料、生活垃圾等固體廢物必須分類管理，回收利用，及時清理，并按相關(guān)規(guī)定現(xiàn)場處置或外運處理，保持現(xiàn)場干凈整潔。

7.2 液體污染控制

施工操作場地、材料物資堆放地等處地面鋪設(shè)防滲土工布隔離。油料存放地、循環(huán)溝、漿液池、垃圾池及廁所坑、槽等易發(fā)生滲漏污染的表面必須采用防滲土工布鋪墊或采用水泥砂漿進行防滲處理，預(yù)防滲漏污染。

鉆探施工中出現(xiàn)孔內(nèi)漿液較嚴重漏失或涌水現(xiàn)象，必須及時采用環(huán)保堵漏材料或下入套管等方法進行封堵，防止鉆井液對地下水環(huán)境造成污染破壞。鉆孔終孔后按照地質(zhì)設(shè)計做好封孔工作，確保封孔質(zhì)量，以恢復(fù)地下水環(huán)境或減輕鉆孔施工對地下水環(huán)境造成的擾動影響。

7.3 氣體污染控制

使用符合國家環(huán)保要求的汽油、柴油；以汽、柴油為燃料的動力設(shè)備必須安裝凈化裝置，尾氣達到環(huán)保要求方可排放。施工現(xiàn)場嚴禁燃燒秸稈、衣物等產(chǎn)生煙塵、廢氣污染的農(nóng)作物及其他物品。施工現(xiàn)場生活用燃煤必須采用低含硫的優(yōu)質(zhì)無煙煤，使用的爐具必須安放排煙管。

8 結(jié)論

本區(qū)域內(nèi)的施工除開孔段用單管取芯之外，其他孔段均使用繩索取芯工藝，因此要嚴格鉆具級配，配好鉆具間隙，同時要注重沖洗液的現(xiàn)場維護，保證沖洗液的優(yōu)良性能，采用合理的鉆進參數(shù)；同時由于本區(qū)域位置的獨特性，在施工過程中一定要注重環(huán)境保護，貫徹既要綠水青山又要金山銀山的綠色發(fā)展目標(biāo)。