周衛(wèi)國，李康東

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

江西省鉛山縣某礦區(qū)從2009年至2019年已經(jīng)累計(jì)施工巖心鉆探20000余米，鉆孔深度400～1200米不等。礦區(qū)地層破碎帶位于300～500米之間，沖洗液漏失，較多鉆孔在此層位出現(xiàn)掉塊、卡鉆，甚至埋鉆等事故，事故處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還是有鉆孔報(bào)廢。在這段破碎帶層普通繩索取心進(jìn)尺緩慢，內(nèi)管起下頻繁，鉆進(jìn)時(shí)效低，鉆頭容易磨損。經(jīng)后期使用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)，回次進(jìn)尺效果明顯，鉆進(jìn)時(shí)效大幅提高[1]。

1 礦區(qū)概況及地層

1.1 礦區(qū)概況

該礦區(qū)位于鉛山縣城南東138°，方位直距33km處，行政區(qū)劃歸屬鉛山縣英將鄉(xiāng)管轄，交通便利。礦區(qū)地表水、地下水豐富，能夠滿足礦區(qū)施工及生活用水需求。

1.2 礦區(qū)地層

區(qū)內(nèi)出露地層主要為青白口系周潭巖組，次為第四系聯(lián)墟組。

（1）第四系聯(lián)墟組主要分布在礦區(qū)東部、中部等山間盆地及溝谷地帶，巖性為亞砂土、亞粘土及砂礫石層，厚度為20～50米。

（2）青白口系周潭巖組總體呈近東西向展布，區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系較為密切的主要為透輝石巖，陽起透輝石巖。花斑巖脈侵入周潭巖組，巖脈與圍巖呈侵入或斷層接觸。呈隱伏狀主要分布于100線、107線鉆孔中，少數(shù)具綠泥石巖，蝕變后為灰綠色或淺綠色，平均厚度為50～80m。

2 鉆探施工

2.1 鉆探設(shè)備

鉆探設(shè)備采用XY-4、XY-44立軸式鉆機(jī)，根據(jù)鉆孔不同孔深合理調(diào)配鉆機(jī)；2臺(tái)BW-250型泥漿泵，泵壓為8MP、泵量為250L/min；鉆塔為12m、18m四角形管子塔。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)礦區(qū)前期施工情況，在7線、100線、107線的鉆孔中輝綠玢巖脈非常破碎，巖心堵內(nèi)管，進(jìn)尺緩慢、回次進(jìn)尺少，起鉆頻繁，孔壁不穩(wěn)定。ZK705在576米處先卡鉆，后埋鉆，事故沒有處理好，鉆孔報(bào)廢。為解決上述問題，后期鉆探施工的鉆孔結(jié)構(gòu)就更合理。

一開（開孔口徑）：以?150mm硬質(zhì)合金鉆頭和金剛石鉆頭穿過第四系覆蓋層進(jìn)入基巖5～10m，下入比實(shí)際孔深長0.2m的?146套管護(hù)壁；

二開（過渡口徑）：以PQ?122mm繩索取心鉆具鉆至孔深100～130m，下入比實(shí)際孔深長0.4m的PQ鉆桿作為護(hù)壁套管；

三開（備用口徑）：以HQ?95mm繩索取心液動(dòng)錘鉆至300～500m深，以穿過輝綠玢巖20m為準(zhǔn)，下入比實(shí)際孔深長0.6m的HQ鉆桿為護(hù)壁套管；

四開（終孔口徑）：以NQ?76mm的繩索取心液動(dòng)錘鉆至終孔。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.3 鉆探工藝

SYZX系列繩索取心液動(dòng)錘主要是利用泥漿泵輸出的沖洗液驅(qū)動(dòng)位于孔內(nèi)的液動(dòng)錘，液動(dòng)錘內(nèi)的沖擊錘在慣性和液流的共同作用下，通過沖擊錘軸將沖擊功傳到鉆頭，對(duì)鉆頭施加一定頻率和能量的沖擊。鉆頭在鉆壓、扭矩以及沖擊功的聯(lián)合作用下切削巖石，從而可以加速破碎巖石，減少巖心堵塞內(nèi)管，也能提高巖心采取率。

表1 SYZX系列繩索取心液動(dòng)錘鉆具型號(hào)及技術(shù)參數(shù)

2.4 鉆進(jìn)參數(shù)

（1）轉(zhuǎn)速：繩索取心液動(dòng)錘的鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速與普通繩索取心鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速基本相同。在青白口系透輝石巖鉆進(jìn)采用6檔轉(zhuǎn)速（約為660r/min）。在孔深不斷增加的情況下，根據(jù)地層及進(jìn)尺情況，轉(zhuǎn)速作適當(dāng)調(diào)整。通常情況下，孔深0～500m，轉(zhuǎn)速為600r/min左右；孔深500～1000m，轉(zhuǎn)速為500r/min。

（2）鉆壓：由于繩索取心鉆具裝有液動(dòng)錘，鉆進(jìn)給壓和普通繩索取心略有不同。尤其是在鉆進(jìn)輝綠玢巖時(shí)，鉆壓過大，進(jìn)尺過快，容易造成鉆頭水口堵塞，鉆頭容易微燒，加速了金剛石鉆頭的磨損，而且也容易使巖心管堵塞。雖然有液動(dòng)錘，每回次進(jìn)尺0.8～1.0m，在ZK1083孔，鉆頭更換頻繁，鉆壓沒有及時(shí)調(diào)整，每回次進(jìn)尺不理想。該礦區(qū)鉆壓控制在15～20KN范圍之內(nèi)比較合適[2]。

（3）泥漿泵的選擇：泥漿泵的主要作用是將沖洗液進(jìn)行循環(huán)。由于沖洗液要冷卻鉆頭、攜帶巖粉、潤滑鉆具等會(huì)直接損耗一部分泥漿泵的輸出功率和能量，剩下的能量被液動(dòng)錘損耗。要使液動(dòng)錘能夠正常工作，泥漿泵輸出的沖洗液必須要有足夠的流量、流速和壓力。如果鉆桿連接處有漏水現(xiàn)象，沖洗液形成假循環(huán)，就會(huì)損失更多的能量，液動(dòng)錘就不能工作。ZK1073孔在500處使SYZX75液動(dòng)錘，泥漿泵為BW-150型，液動(dòng)錘出現(xiàn)間歇式工作，沒有達(dá)到應(yīng)有的效果。理論上BW-150型泥漿泵泵量為150L/min，能夠滿足SYZX75液動(dòng)錘正常工作的泵量60～90L/min，但在實(shí)際鉆進(jìn)過程中會(huì)出現(xiàn)較多不確定因素，導(dǎo)致泥漿泵泵量出現(xiàn)損耗，從而使液動(dòng)錘沖擊無力，時(shí)沖時(shí)不沖。后改成泵量為250L/min的BW-250型泥漿泵，液動(dòng)錘工作正常。通常情況下，泵量越大，液動(dòng)錘的沖擊頻率和沖擊功就越高，鉆進(jìn)效率也越高。因此，在使用液動(dòng)錘時(shí)，要選擇泵量大一級(jí)的泥漿泵。

（4）沖洗液：繩索取心液動(dòng)錘推薦使用低固相、粘度低的沖洗液。該礦區(qū)主要使用聚丙烯酰胺和癸酯酸鈉直接加清水?dāng)嚢?，或在?nèi)管投放前，把一小包聚丙烯酰胺倒入鉆桿內(nèi)，然后投放內(nèi)管，開通水泵進(jìn)行循環(huán)。這樣有利于孔內(nèi)殘留巖粉被剛投放的聚丙烯酰胺更多地帶出孔內(nèi)。當(dāng)然，剛開始聚丙烯酰胺沒有完全溶解，泵壓會(huì)升高，待充分溶解后，泵壓回落，液動(dòng)錘正常工作就可以正常鉆進(jìn)[3]。

圖2 部分巖心圖片

3 繩索取心液動(dòng)錘的優(yōu)、缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）能夠準(zhǔn)確地判斷內(nèi)管是否投放到位，避免出現(xiàn)“打空管”現(xiàn)象。普通繩索取心投放內(nèi)管只能靠聽內(nèi)管撞擊座環(huán)、扶正環(huán)的聲音來判斷。如果鉆桿接箍有毛刺或者稍微扁平時(shí)，內(nèi)管有時(shí)難于判斷是否到位，再鉆進(jìn)時(shí)就會(huì)“打空管”。當(dāng)液動(dòng)錘投放到位時(shí)，液動(dòng)錘正常工作，高壓管產(chǎn)生高頻振動(dòng)，靜止?fàn)顟B(tài)下觸摸鉆桿有明顯的震動(dòng)感，泥漿泵泵壓也會(huì)升高0.8MPa以上，從而能準(zhǔn)確判斷內(nèi)管是否投放到位。

（2）在破碎地層，能夠提高鉆進(jìn)速度，巖心采取率明顯提高。在輝綠玢巖比普通繩索取心鉆具每回次進(jìn)尺（0.1～0.2m）提高4～5倍。減少了輔助時(shí)間，提高了鉆進(jìn)效率。

（3）降低了材料消耗，提高了鉆頭壽命。減少了起下鉆的次數(shù)及起下鉆對(duì)孔壁的擾動(dòng)。

（4）有文獻(xiàn)資料顯示，液動(dòng)錘能有效對(duì)孔斜的控制。在該礦區(qū)中，由于地層不容易造斜，鉆孔彎曲度控制沒有可比性。

3.2 缺點(diǎn)

（1）繩索取心液動(dòng)錘鉆具比普通繩索取心鉆具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆具外管明顯加長，鉆具強(qiáng)度有所降低。液動(dòng)錘要與普通繩索取心鉆具連接要重新加工短接。

（2）液動(dòng)錘零部件較多，在高頻振動(dòng)下，易損件要經(jīng)常更換。由于國內(nèi)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，易損件不通用。

（3）對(duì)沖洗液要求比較嚴(yán)格，沖洗液以低固相或無固相為佳。

4 結(jié)語

繩索取心潛孔液動(dòng)錘鉆探技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)，能提高堅(jiān)硬、破碎地層的回次進(jìn)尺，可控制在造斜地層中鉆孔彎曲度，提高鉆孔質(zhì)量。在巖心鉆探中應(yīng)積極推廣該技術(shù)，提高鉆進(jìn)效率。