摘 要：對于1000～3000m深的小口徑巖芯鉆探稱之為超深孔巖芯鉆探，采取繩索取芯鉆井工藝，鉆遇坍塌、縮徑、漏失地層是深孔鉆進的技術難題，根據(jù)多年的技術實踐，提供應對策略。

關鍵詞：深孔；縮徑坍塌地層；繩索取芯；技術措施；泥漿使用

中圖分類號：P634 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）27-0222-02

1 深孔繩索取芯鉆井的特點

深孔取心具有以下特點：①孔壁與鉆桿之間環(huán)狀間隙小，清洗液背面阻力大，泵壓高。②深井地層壓力平衡問題。③鉆桿柱在孔中受力復雜。

2 坍塌縮徑的形成原因

分析原因：①地質因素。地層自重應力和疊加應力、構造應力釋放、孔隙毛細管壓力或承壓水壓力、巖層層理或片理構造、巖石松散破碎過程中未見膠結或少量膠結，或部分水蝕、水化、水溶液粘度高。②工程因素。具有鉆井吸力、鉆井液動壓、鉆井泵壓力、井壁沖洗液側壓力平衡、沖洗液沖洗作用、鉆桿碰撞等作用。③物理和化學因素。巖石層中濕陷性黃土和粘土（蒙脫石、伊利石、高嶺石）含量較重，在有水存在的情況下膨脹和收縮。水敏感性（如輝長巖的一部分），水溶性（如碳質板巖破裂帶，蝕變區(qū)，石膏），水化（如凝灰?guī)r、白云巖），水的侵蝕，如煤層地層水減少，或者因為水浸泡后，強度降低的擾動引起的崩潰，崩潰后鉆孔、干擾和旋轉表面粘貼，泥漿和泥漿的形狀，粘度增加，降低吸水膨脹；沖刷液和一些礦物鹽在巖石層上的化學作用增加了巖石的脆性，降低了巖石的強度?；虿糠炙g，水化后，水粘度高。

3 鉆進坍塌縮徑地層應對措施

針對深孔取心降穴地層的特點，通過多年不同礦區(qū)的施工實踐，總結出以下對策：

（1）對于上部復雜性、無煤層的洞或有石灰?guī)r洞穴的礦區(qū)，一般選用4-5級鉆孔結構，通過技術套管隔離上部復雜地層后，采用S75鉆具完成含煤地層的施工。開放？準130或更多，兩個？準110年，三個開放？準95四開？準77洞，鉆常用結構。

（2）在礦區(qū)的建設，首先，必須探索礦區(qū)的地層特點，直徑和孔的部分倒塌，減少巖層應該及時發(fā)現(xiàn)，和復雜的巖石地層的鉆井特點應該在同一時間。

（3）孔體結構預留的技術儲備口徑，尤其是HQ口徑，應盡量與中深埋井徑分離，為深部鉆進遇到深埋井徑形成創(chuàng)造有利條件。隨著鉆頭鉆井擴大，減少形成的環(huán)狀間隙孔壁坍塌，減少泵的壓力，降低轉向阻力降低。

（4）選擇Q系列繩索鉆桿和鉆桿對深孔鉆桿系列進行優(yōu)化。材料的強度和剛度滿足深孔鉆孔的需要。對于1500m以上的深孔，必須使用BW250、BW320及更大的泵，使泥漿泵的流量調節(jié)范圍寬，耐壓性高，避免在塌方地層鉆孔時受到機械允許范圍的影響。

（5）深孔鉆進防止孔內事故的技術措施

①深孔鉆桿能承受較高的扭矩和拉力。嚴禁將鋼絲線放入磨損嚴重、彎曲、開裂的孔內，以防止鉆頭跳閘、運轉、斷裂。深孔鉆桿接頭較多，螺紋油應加在螺紋上，以防止鉆桿螺紋螺絲處的沖洗液泄漏，致使鉆頭本體不能有效冷卻，導致鉆桿燃燒。同時，可以減少螺紋磨損。

②當鉆桿上下運動時應嚴格防止鉆桿運行，深孔上下重物重，鉆桿運行后沖擊力較大，會造成鉆桿墩鼓、鉆頭墩裂?？刂坪侠淼钠鹣裸@速度，操作升降機要平穩(wěn)，避免和減少令人興奮的壓力和吸入，以防止崩潰。

③在鉆孔時要注意回水、泵壓、電流變化和異常聲音，防止鉆孔和燃燒。

④遇到主要故障時，應及時更換新鉆桿，并在鉆桿上部選擇幾根新鉆桿，防止疲勞斷裂，預防復雜事故的發(fā)生。如果孔中有泄漏，且沒有返水，則應在鉆桿上涂上潤滑脂，降低回轉阻力。

⑤在復雜地層鉆井時，如果由于機械原因或其他停車時間的原因，應將孔內的鉆具抬起或從復雜井段取出。

（6）深孔提升鉆孔，堅持充電；注意檢查鉆桿接頭，及時更換鉆桿。

（7）在地層發(fā)生崩塌的情況下，綜合采取擴徑、調整泥漿等措施，采取多掃少打，倒桿時預留活動余地，盡量不停車。在此過程中，盡量避免卡住，操作時不要過沖，多前后移動，多清掃，操作中嚴防打反車造成鉆桿脫扣使事故復雜化。遇憋泵憋車，取下泵的壓力釋放，不要停止前后掃孔、重新開泵的方法。

（8）對于下陷縮徑特別嚴重的地層，經過泥漿處理等措施后，鋼絲繩鉆孔仍無法將孔掃到底部。利用自產的鋼絲繩鉆桿、合金鉆頭和非泵連接頭，在孔段前后掃掠，擴大鉆桿與孔壁的環(huán)形間隙，減少因孔塌而產生的粗顆粒碎片。

4 復雜地層深孔鉆井泥漿墻保護策略

復雜地層一般表現(xiàn)為崩塌、直徑減小、地層壓力不平衡三個方面，地層壓力不平衡會引起崩塌、涌水、涌砂、直徑減小。在鉆井過程中，根據(jù)巖心和井眼條件，需要及時確定這三種條件下裂隙孔內巖層的走向，然后調整泥漿性質。對于塌陷中太重的地層，地層主要破碎，水蝕強度低，甚至顆粒狀完全破碎，膠結成分很少或沒有。這類地層的粘度可適當高，可高達25～30度，因此泥漿應加大粘土量10～15%，必要時加入少量重晶石粉。減少偏重的形成和特征巖石地層泥質含量過重，或水侵蝕后體積增加，水泡或破碎的巖石漿形式，粘貼，粘度是嚴重的，對于這種地層，增加的鉆柱和孔壁環(huán)狀間隙的同時，泥漿以減少水損失，縮小直徑為主，在泥粘土用量，平衡地層壓力的增加，應該同時增加如磺化瀝青和防塌保護劑、低熒光用量，必要時調節(jié)腐殖酸鉀或其他類型水處理劑的減損量，17～23s泥漿粘度，比重1.051.15；在地層壓力不穩(wěn)定的情況下，不嚴重的表現(xiàn)為鉆孔下降或輕微塌陷或鉆孔漏水、巖心涌水或輕微收縮直徑。有時候，它們中的一些是組合在一起的。對于這種地層，盡量使用低固相泥漿，使泥漿粘度在20～25s之間，1.05～1.07之間成比例。嚴重的地層壓力不穩(wěn)定，粘土用量應適當增加重晶石粉量，尤其是砂地層，以及鉆柱和孔壁之間的環(huán)形間隙應該增加，泥漿比重為1.1～1.17和25～28s的粘度。判斷井中復雜的地層是非常重要的。泥漿應對策略的主要方向是平衡壓力不穩(wěn)定地層中的地層壓力、松散塌陷地層中的低固相泥漿和收縮地層中的抑制（粘度和失水）泥漿。泥漿配方為：澎潤土40%+0.5%純堿+磺化瀝青5%+1～2%重晶石粉+1～1.5%高粘NaCMC溶液+2%腐植酸鉀+1%高效潤滑劑+成膜劑1%，比重1.12，粘度28S。

在處理地層漏失或沖洗液損失時，最常用的方法是使用水泥漿堵漏。然而，當水泥漿一般被泵送時，水泥漿的水灰比由于孔中的沖洗液不可避免地稀釋而增加。凝結時間延長，堵塞效果受到嚴重影響，甚至導致堵管失效。為了克服上述缺點，國外多年來使用的快速凝固干粉水泥已被用于封堵。使用時，用工具將干水泥送入孔的失段，泵送水，泵出水泥，現(xiàn)場使用相應的工具進行加工。

5 提高難取芯地層采取率的措施

為了圓滿解決困難巖心地層的采用率問題，有必要對巖心取芯鉆具的結構進行改進，選擇適合于復雜地層的金剛石鉆頭，并采用優(yōu)質的沖洗液進行考慮。從完善鉆具結構的角度出發(fā)，首先要防止巖心巖心堵塞內管或卡環(huán)，其次要改善巖心內芯的貯存條件。根據(jù)國內外經驗，在這方面可采取以下措施。

（1）選擇鍍鉻內管，減少芯接觸表面的摩擦力。

（2）使用半導管、三層管和內管，進入巖心取芯鉆具，獲得與地層結構基本相同的巖芯。在松散、松散的地層中鉆進，采用雙錐臺階或多臺階金剛石鉆頭，效果最好。鉆頭具有小的末端半徑和短的內徑部分。采用側水眼鉆頭減少沖斜液對原礦芯的沖刷，提高了巖芯的采取。

6 結束語

綜上所述，在深孔繩索取心鉆孔中遇到卡鉗地層的塌陷時，應采用鉆孔體結構，保留預留直徑，擴大鉆柱的環(huán)形間隙，及時、準確地判斷巖層特征，配制和地層相匹配的泥漿，精心操作，順利完成鉆探任務。

參考文獻

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[2]李世忠.鉆探工藝學[M].地質出版社，2016.

[3]《煤炭地質勘查鉆孔質量》（MT/T1042-2017）[S].

收稿日期：2018-8-2

作者簡介：張吉祥（1967-），男，漢族，云南曲靖人，鉆探工程師，中專，主要從事煤田鉆探工作。