張東方

(福建省第四地質(zhì)大隊，福建 寧德 352100)

1 工程概況

1.1 工程位置

本工程在福建省泉州市北郊,距黃塘鎮(zhèn)6 km，距惠安動車站1 km，交通非常便利。

1.2 地質(zhì)簡況

區(qū)域內(nèi)地質(zhì)地層簡單。上覆地層主要為第四系(Q4)雜填土、漂石和塊石；基巖主要為鉀長花崗巖和閃長巖，局部見輝綠巖巖脈穿插。

1.3 配備機具

XY-6N型立軸鉆機1臺(2000 m)，SG-18.5型四角鋼管直塔1副，BW-250型泥漿泵1臺，絞車1臺、發(fā)電機組1臺、?330、220 mm單管鉆具各2套；?150、110、89 mm等單管鉆具各4套；?73 mm普通繩索取心鉆具4套、?73 mm液動潛孔錘鉆具2套；?127 mm技術(shù)套管200 m、?89 mm技術(shù)套管350 m；?50 mm鉆桿約400 m、?73 mm鉆桿約1500 m。

1.4 鉆遇地層

0.00～9.40 m，以雜填土、粉質(zhì)粘土為主，含有大量漂石、塊石。

9.40～11.20 m，為強風化花崗巖，巖體破碎，碎塊結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育。

11.20～1150.00 m，為花崗巖，呈灰白色，花崗結(jié)構(gòu)、巖心呈柱狀—長柱狀，局部有輝綠巖巖脈穿插。

1.5 地下水類型

地下水主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。本井使用水泥漿固井隔離第四系孔隙水，只開采使用基巖裂隙水；基巖內(nèi)存在承壓水。

2 勘查目的

本次地質(zhì)鉆探施工的目的是為探明測區(qū)地熱異常，進一步確定地熱中心區(qū)，加強對測區(qū)地熱地質(zhì)背景的研究，并確定與地熱有關(guān)的構(gòu)造在深部的展布情況，同時也做為地熱井抽水使用。

3 鉆探施工技術(shù)簡況

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

合理的鉆孔結(jié)構(gòu)對深孔施工至關(guān)重要，也是滿足探采結(jié)合井要求、順利終孔的法寶。鉆孔的結(jié)構(gòu)主要考慮設(shè)計目的和設(shè)計要求，此井為探采結(jié)合井，要求采用普通深井泵抽水，水泵下放深度在150 m以深,泵的外徑≮120 mm。因此DZK1孔選用了以下鉆孔結(jié)構(gòu)(見表1)，共5級孔徑,3層技術(shù)套管。

表1 DZK1孔鉆孔結(jié)構(gòu)

3.2 鉆進工藝

(1)0.00～12.60 m，普通單管施工，采用固相泥漿(優(yōu)質(zhì)泥漿)；

(2)12.60～200.00 m，普通單管施工，采用低固相泥漿(水基泥漿)；

(3)200.00～421.00 m，繩索取心液動潛孔錘，采用低固相泥漿(水基泥漿)；

(4)421.00～866.00 m，普通繩索取心，采用低固相泥漿(水基泥漿)；

(5)866.00～1150.00 m，繩索取心液動潛孔錘，采用低固相泥漿(水基泥漿)。

3.3 鉆進參數(shù)的選擇

立軸轉(zhuǎn)速：12.60～840.00 m，轉(zhuǎn)速490 r/min；840～1150.06 m，轉(zhuǎn)速390 r/min。

鉆壓：全孔鉆壓基本上控制在22 kN,個別涌水孔段、破碎孔段和輝綠巖孔段鉆壓都控制在6 kN。

泵量：0.00～540.00 m，選擇48 L/min泵量,也就是泥漿泵1擋；540.00～1052.00 m，選擇90 L/min泵量,也就是泥漿泵2擋；1052.00～1150.00 m，選擇96 L/min泵量，也就是泥漿泵3擋。

內(nèi)管投放速度：普通繩索內(nèi)管在低固相沖洗液中的投放速度約0.90 m/s；液動錘內(nèi)管在低固相沖洗液中的投放速度約1.10 m/s。

3.4 全孔的實效

該孔2017年5月19日-2017年8月29日共用112 d,鉆進了1052.06 m。其中固井、等待材料、檢修設(shè)備、臺風天氣、抽水試驗、測溫等占用18 d，有效鉆進94 d，天效率為11.20 m；月效率為335.70 m。

9月21日業(yè)主要求加深100 m，從9月25日-10月11日施工到預定孔深1150.00 m。由于后期施工泥漿泵泵壓、泵量不足、鉆頭匹配不良(磨鉆頭效果不好)、增大了輔助時間，導致有效天的鉆進效率為5.90 m/d。

3.5 主要施工工序及質(zhì)量控制

3.5.1 ?330 mm成孔、?220 mm成井施工

?330 mm施工0.00～9.40 m；由于4.00～9.00 m孔段地層有大量的拋石雜填，我們選擇了人工挖孔施工工藝。下入?330 mm套管護壁。施工流程：人工挖口成井→測量深度→注入水泥漿→三點一線確定中心孔位→下入?330 mm護壁鋼管→水泥漿固定。

0.00～12.60 m，該孔段工藝流程為：?220 mm鉆進成孔→測井→替漿→下?219 mm井管→水泥漿固井。嚴格按照本井設(shè)計要求：井管進入完整基巖≮2 m，滿足?219 mm無縫鋼管下入的垂直度，下管前采用鋼卷尺校正孔深，兩井管之間用電焊焊接牢固，將?219 mm井管的長度和編號記錄備案，并按順序下入，確保井管緊密嵌入新鮮基巖面上。

3.5.2 終孔后洗井

洗井前首先起拔孔內(nèi)2層技術(shù)套管，由內(nèi)到外，全部拔出；其次利用清水選擇大泵量沖孔，約沖洗3 h，然后將一定濃度的焦磷酸鈉溶劑攪拌均勻后注入孔內(nèi)，15 h后開始利用空壓機在200～0 m反復洗井(圖1)，清洗至返水無泥皮或清澈為止；并對200 m以淺破碎巖層進行活塞洗井，確保抽拉洗井器(圖2)快速有效，同一位置的抽拉洗井次數(shù)不少于10次。

圖1 空壓機洗井

圖2 活塞洗井器

3.5.3 鉆孔彎曲度及孔深誤差質(zhì)量控制

(1)鉆塔基礎(chǔ)必須在實地上，不得有填方，并且鉆塔的4個踏腳處基礎(chǔ)分別鋪置不少于2.0 m2混泥土水平面，深度≮0.5 m。

(2)設(shè)備安裝時保證鉆塔天車、鉆機立軸及鉆孔中心處于同一鉛垂線上。

(3)下?330 mm護壁管和?219 mm井管時對井(套)管中心進行復核，使其與鉆井中心偏差≯0.01 m。

(4)鉆具組合：鉆頭+導正器+鉆具+導正器+鉆桿+主動鉆桿。導正器長度>0.4 m，同時變徑施工時采用上一口徑扶正器。

(5)全孔的孔深誤差測量：誤差率<1‰；鉆孔彎曲測量：每百米傾角偏差≤0.5°。孔深誤差測量數(shù)據(jù)匯總見表2。

3.5.4 預防孔內(nèi)事故的措施

(1)事故以“預防為主”，發(fā)現(xiàn)問題應及時處理，不應心存僥幸，事故一旦生成，補救將會得不償失。

(2)設(shè)備定期定時保養(yǎng)、管材及時檢查、鋼絲繩繩卡和關(guān)鍵部位螺帽及時加固等，將問題消除，為順利完工奠定堅實基礎(chǔ)。

(3)實行鉆桿鉆具檢查制度，不合格的鉆桿鉆具嚴禁下入孔內(nèi)。

(4)嚴禁快速提鉆，鉆桿鉆具提升過快會對孔壁形成抽吸，造成不穩(wěn)定地層孔壁的坍塌、掉塊、漏失等。

(5)提鉆過程中，務(wù)必向孔內(nèi)回灌沖洗液，以保持沖洗液對孔壁的側(cè)壓力。

(6)進尺快的地層，適當減輕鉆進壓力，以防鉆孔彎曲度過大，增大泵量、增長沖孔時間，以防孔內(nèi)鉆渣過多，帶來不良的后果。

表2 孔深誤差測量數(shù)據(jù)匯總

4 鉆遇過程中的主要技術(shù)難題及采取的措施

(1)?220 mm孔徑施工。

4.00～9.00 m孔段遇到大粒徑填方塊石、漂石(見圖3)，導致泥漿全部漏失；采用一系列堵漏方法，并利用了現(xiàn)有手機攝像功能，用繩子將手機勻速放入孔內(nèi)，把孔壁錄制下來，直觀地了解到孔內(nèi)漏失位置狀況。由于堵漏難度較大，工期緊迫，選擇了人工挖孔施工(見圖4)；?330 mm護壁技術(shù)套管孔位的確定(見圖5)。

(2)13.00～150.00 m為?150 mm孔徑；150～200 m為?110 mm孔徑。

施工中遇到2個主要問題。①鉆桿不匹配：使用?50 mm鉆桿，自70多米開始，每個班斷鉆桿(平均一天3根)，經(jīng)常發(fā)生巖心未被采斷，鉆桿折斷，鉆效低。原因可想而知：扭矩大，孔壁間隙大。處理方法：將?50 mm鉆桿調(diào)成?73 mm雙插口厚壁鉆桿，減少了鉆桿折斷頻率，提高了鉆效。②卡料選擇問題：選擇8號鐵絲做卡料。五金店和市場上鐵絲種類繁多，粗細軟硬選擇不當，都會給施工帶來麻煩；曾經(jīng)選擇一種較硬的鐵絲做卡料，導致個別回次卡料殘留孔內(nèi)，并造成卡鉆現(xiàn)象，每隔幾個回次，只能用磁鐵打撈孔內(nèi)殘留卡料，增加了不必要的勞動強度。

圖3 大粒徑填方地層

圖4 人工挖孔施工

圖5 ?330 mm套管孔位的確定

(3)技術(shù)套管規(guī)格選擇。

?150 mm孔徑選擇了?146 mm外箍，內(nèi)下?127 mm技術(shù)套管(見圖6)；?110 mm孔徑選擇?108 mm外箍，內(nèi)下?89 mm技術(shù)套管(見圖7)。此規(guī)格套管優(yōu)點：節(jié)約材料成本；缺點：若處理不當，起拔套管難度較大。處理方法：用電鉆在套管最底部打若干小孔(見圖8)；目的：使套管內(nèi)外想相，避免巖粉或巖屑殘留。使用此套管的前提條件：只適用于基巖內(nèi)部，不適用于第四系覆蓋層以及縮徑、坍塌、破碎等復雜地層。

圖6 ?127 mm套管/?146 mm外箍

圖7 ?89 mm套管/?108 mm外箍

(4)由于生產(chǎn)資金不足，導致無法按計劃購買生產(chǎn)所需鉆探材料，變徑后擴孔器(?77.5 mm)數(shù)量不足，舊的擴孔器起不到保徑作用，導致后期下鉆需掃孔；另一個是沒有適合的擴孔器，導致擴孔器使用壽命較短。增大了勞動強度，降低了鉆效。

(5)當鉆遇涌水地層時，承壓水從孔壁間隙涌出地面，泥漿漏失嚴重，孔底鉆渣和巖粉隨著孔深的增加越積越多，造成鉆頭和擴孔器的消耗倍增，壽命大大降低，生產(chǎn)成本加大。

圖8 套管底部通水槽/打孔

(6)鉆進參數(shù)記錄的重要性。

在施工過程中，要求必須記錄好當班的立軸轉(zhuǎn)速、泵壓、鉆壓、反油壓、稱重、內(nèi)管到底時間等重要鉆進參數(shù)，每2 h記錄一次。

(7)孔深800 m之后，要求每鉆進50 m都要進行鉆桿的密閉性檢測；檢測方法，通過封堵普通繩索取心內(nèi)管總承的報警裝置(見圖9)來檢測。提大鉆前，將封堵報警裝置的內(nèi)管總承下入孔內(nèi)，在鉆具內(nèi)部注滿沖洗液，提鉆過程中，觀測各個鉆桿連接位置是否存在刺漏、絲扣松動或斷裂現(xiàn)象，通過定時密閉性檢測，找出不合格鉆桿8根，確保在鉆進過程中沖洗液順利送入孔底，有效地避免了在鉆進過程中鉆頭微燒或燒鉆事故的發(fā)生。

圖9 封堵報警裝置

(8)在鉆孔1050 m后，增大泥漿泵的缸徑，提高擋位，來嘗試提高泵量、泵壓；改進后泵量提高不大，效果不理想，孔底仍存在少量巖粉，同時泥漿泵的負荷增加。

(9)液動潛孔錘使用效果。優(yōu)點是：巖心不易堵，下內(nèi)管順暢，時效提高10%。缺點是：磨鉆頭效果理想，鉆頭壽命短，易損件比較貴，泥漿泵泵壓高，皮碗損壞快，深孔施工對泥漿泵泵量、泵壓要求比較高。

(10)深孔磨鉆頭方面。深孔施工工作，應充分考慮鉆桿伸縮率及鉆桿提升慣性，這就決定了鉆進倒缸、開始鉆進及提下鉆等有更多的地方與中淺孔不同。該孔基巖研磨性較大，我們先后去3個廠家配合理孕鑲金剛石繩索取心鉆頭，但使用效果都不理想。全孔金剛石鉆頭平均壽命為26 m/個；該孔從施工到終孔始終需要用小石子來磨鉆頭。在800 m后，磨鉆頭很難把控，鉆效較低。深孔磨鉆頭操作方法需要在今后施工中進一步研究學習。

5 結(jié)語

由于該探采結(jié)合孔比傳統(tǒng)礦山鉆探孔口徑大很多，鉆探設(shè)備需要匹配較足，上部鉆孔結(jié)構(gòu)的施工工藝由原來的繩索取心改成了單管取心，泵量也增大了很多，對鉆進參數(shù)的記錄頻率特殊要求，800 m以后對鉆具的密閉性要求較高。但對于800 m以深孔底磨鉆頭的技術(shù)方法還需進一步探索研究。