王冠軍

（四川華鋒鉆探工程有限責(zé)任公司，四川成都610091）

1 工程概況

在加快推進(jìn)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的大背景下，公司承接了達(dá)州宣漢上峽煤礦資源儲量核實鉆探施工項目。該項目的順利開展，標(biāo)志著華鋒公司拉開了投身成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)的大幕。

該煤礦勘查區(qū)地處達(dá)州宣漢縣，近鄰開縣，與襄渝鐵路、達(dá)萬鐵路、達(dá)陜高速路、達(dá)渝高速路和210國道的交匯處相距不遠(yuǎn)，交通便利。該項目鉆探工程設(shè)計勘查施工鉆孔15個，總施工任務(wù)量10960m，鉆孔設(shè)計深度一般在700~800m之間，最大設(shè)計深度1185m。截止目前，已完成14個鉆孔，累計完成鉆探工作量9984.4m。做好該項目的施工技術(shù)總結(jié)，可以為公司在煤礦地層施工深孔或超深孔提供技術(shù)積累和經(jīng)驗積累。

2 ZK2-2鉆孔施工難點分析

勘查區(qū)一帶的地層由老至新依次為三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)、上統(tǒng)須家河組(T3xj)，侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1zh)、中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)、中統(tǒng)新田溝組(J2x)及下沙溪廟組（J2xs），巖層較完整。煤層段夾雜有水敏性巖層，有一定的施工難度，ZK2-2號鉆孔鉆遇地層有較強(qiáng)代表性。該孔設(shè)計深度1185m，其上覆地層是質(zhì)地松軟的沉積巖和比較完整的灰?guī)r，鉆進(jìn)效率較高；進(jìn)入煤系地層后，由于地層松散破碎，鉆進(jìn)過程中容易出現(xiàn)掉塊，與此同時，煤系地層中還含有泥巖和變質(zhì)巖的夾雜，出現(xiàn)較強(qiáng)的縮徑現(xiàn)象。施工中遇到的困難主要有：

（1）掉塊卡鉆。由于煤系地層松散破碎，鉆進(jìn)過程常出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，如果不注意防范和消除掉塊，后續(xù)鉆進(jìn)過程中，容易造成嚴(yán)重卡鉆現(xiàn)象。

（2）縮徑卡鉆。煤系地層中的泥巖、變質(zhì)巖具有強(qiáng)水敏性，遇水易膨脹，導(dǎo)致鉆孔出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象，對正常施工影響極大。一是提升鉆具后無法直接下放到鉆孔底部，需上下反復(fù)掃孔，重新修整孔壁；二是在鉆進(jìn)中泵壓升高，扭矩增大，造成抱鉆、卡鉆風(fēng)險。掃孔需要消耗大量時間，同時隨著孔壁浸泡在泥漿中的時間延長，水化作用加劇，縮徑抱鉆、卡鉆現(xiàn)象愈加嚴(yán)重。

因此，煤系地層鉆進(jìn)是該鉆孔施工的重點，鉆孔護(hù)壁、事故預(yù)防與處理是施工過程中的難點，提前做好預(yù)防，是保證孔內(nèi)安全的重中之重。

3 ZK2-2鉆孔施工技術(shù)分析

（1）設(shè)備選擇。項目部為ZK2-2鉆孔配備阿特拉斯C6C型全液壓履帶式鉆機(jī)，該型鉆機(jī)主要參數(shù)性能滿足鉆孔設(shè)計需要，且性能穩(wěn)定、易于維修，具體參數(shù)詳見表1。

表1 C6C鉆機(jī)性能表

（2）鉆孔結(jié)構(gòu)。由于鉆孔設(shè)計深度較深，為保障鉆孔成功率，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用了4級口徑。根據(jù)地質(zhì)資料、前期施工經(jīng)驗和鉆機(jī)參數(shù)，第1級采用PW（?140mm）口徑開孔，穿過表面覆蓋層后在6m處座管；第2級采用PQ（?122.6mm）口徑，鉆進(jìn)至120m左右座管；第3級采用HQ（?96mm）口徑，鉆進(jìn)至450m左右座管；第4級采用NQ（?75.7mm）口徑，鉆進(jìn)至終孔。這樣設(shè)計，即兼顧了施工效率又很好地結(jié)合了地層實際情況。

（3）沖洗液配置。沖洗液性能的好壞，直接影響沖洗液攜帶巖屑的能力、流動性和護(hù)壁能力。與此同時，還要充分考慮泥漿材料的成本問題，兼顧經(jīng)濟(jì)與實效。

PW口徑鉆進(jìn)時，由于表面覆蓋層不厚，同時漏失較為嚴(yán)重，采用頂漏鉆進(jìn)的方法，采用清水加少量潤滑劑或少量膨潤土的沖洗液配方。這樣做的目的，一是節(jié)約成本，二是加快前期施工進(jìn)度。

PQ口徑鉆進(jìn)時，地層主要為較完整的灰?guī)r和板巖，穩(wěn)定性較好。實際施工過程中，主要采用2%膨潤土+0.1%纖維素沖洗液配方，即保證了沖洗液的流動性，又有較強(qiáng)攜帶巖屑能力。

HQ口徑鉆進(jìn)時，當(dāng)未進(jìn)入煤系地層時，依然采用2%膨潤土+0.1%纖維素沖洗液配方；在孔深207m左右時，進(jìn)入煤系地層，此時應(yīng)及時將沖洗液更換為低失水、強(qiáng)抑制性的低固相沖洗液，采用的是4%膨潤土基漿+0.1%~0.15%磺化褐煤+0.05%聚丙烯沖洗液配方。此類沖洗液具有低失水、較高粘度的特性，可形成質(zhì)地均勻的泥皮，對煤系地層水敏性泥巖、變質(zhì)巖有很好的抑制作用。在鉆進(jìn)過程中，還應(yīng)時刻關(guān)注沖洗液變化情況，做好沖洗液性能維護(hù)和調(diào)整工作。

NQ口徑鉆進(jìn)時，為保證沖洗液持續(xù)有效抑制作用，依然采用4%膨潤土基漿+0.1%~0.15%磺化褐煤+0.05%聚丙烯沖洗液配方。

（4）事故預(yù)防。復(fù)雜地層的施工，尤其是在掃孔、內(nèi)管打撈和起降鉆具方面必須制定系列事故預(yù)防措施，否則容易造成孔內(nèi)事故。ZK2-2鉆孔在鉆進(jìn)過程中采取了以下措施。

①堅持科學(xué)掃孔。鉆遇泥巖、變質(zhì)巖夾雜的煤系地層中，由于巖層較軟，進(jìn)尺效率提高，操作人員容易忽略必要的掃孔作業(yè)加速冒進(jìn)，等到發(fā)現(xiàn)縮徑等問題時為時已晚。一般情況下，遇見縮徑地層時，要在24h內(nèi)對縮徑部位進(jìn)行一次掃孔，如果縮徑層的長度比較長或者間斷縮徑層跨度很長時，要在12h內(nèi)進(jìn)行一次掃孔。后續(xù)是否要持續(xù)掃孔，應(yīng)當(dāng)根據(jù)初次掃孔的情況判斷，如果該掃孔過程很順利或者憋水情況不嚴(yán)重，可以不用持續(xù)掃孔；如果掃孔時扭矩很高、憋水情況很嚴(yán)重，在初次掃孔完成后，應(yīng)在36h或48h內(nèi)，對縮徑部位進(jìn)行二次掃孔，經(jīng)過多次掃孔去除安全隱患。當(dāng)然，在掃孔過程中，掃孔速度的快慢也要根據(jù)掃孔時鉆桿的扭矩與憋水情況判斷，扭矩變化幅度不大或者憋水不嚴(yán)重時，可以快速掃孔，節(jié)省時間；扭矩變化幅度大或者憋水嚴(yán)重時，應(yīng)當(dāng)緩慢來回掃孔，步步為營，保證孔內(nèi)安全。

②保持鉆柱旋轉(zhuǎn)。在煤系地層中，巖屑生成量較一般地層更大，沖洗液中巖屑比例增加，打撈內(nèi)管時沖洗液循環(huán)停止，巖屑沉淀量加大；當(dāng)鉆孔深度超過700m時，打撈內(nèi)管和投放內(nèi)管等輔助時間可長達(dá)20~30min，期間孔內(nèi)鉆桿和鉆具都處于靜止?fàn)顟B(tài)，如果孔內(nèi)巖屑沉淀或者孔壁剝落都可能導(dǎo)致卡鉆等事故。因此在打撈、投放內(nèi)管過程中要全程保持動力頭不間斷緩慢旋轉(zhuǎn)，減少沉砂卡鉆幾率。

③減少壓力波動。為保證護(hù)壁性能，煤系地層鉆進(jìn)時使用的沖洗液一般粘度較大，打撈內(nèi)管或帶鉆具提升鉆柱時會形成較大抽汲壓力，快速下放、尤其是帶鉆具快速下放鉆具時又會形成較大的激動壓力，對水敏性地層孔壁的穩(wěn)定性造成很大影響。因此打撈內(nèi)管、帶內(nèi)管起鉆柱時的前幾十米要勻速緩慢，下放鉆具時不要帶內(nèi)管，同時還要放慢速度。

④堅持沖洗液回灌。經(jīng)計算，一個口徑為1000m深鉆孔，如果在升起鉆具時不向孔內(nèi)回灌沖洗液，孔內(nèi)將損失240m的液柱壓力，如果孔內(nèi)有漏失，那么丟失的液柱壓力還會更高，將對軟弱孔壁的穩(wěn)定性造成很大影響。因此，在提升鉆具過程中，應(yīng)當(dāng)采取回灌沖洗液的方式保持沖洗液液柱壓力，維持孔壁壓力平衡。

4 ZK2-2鉆孔施工效果

ZK2-2鉆孔經(jīng)過25d的施工，有效進(jìn)尺946.10m，巖芯累計采取長度940m，鉆進(jìn)臺月效率達(dá)1135.32m/月，巖芯采取率99.36%，達(dá)到地質(zhì)要求終孔。由于采取了上述技術(shù)措施，在整個施工過程中沒有發(fā)生一起卡鉆等較大孔內(nèi)事故，很好地節(jié)約了施工成本，提高了施工效率，鉆孔的各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

該項目施工已接近尾聲，雖然每個鉆孔的設(shè)計深度不同，但從每個鉆孔的鉆進(jìn)效率、巖芯采取率等重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)可以看出以下幾點：

（1）施工關(guān)鍵技術(shù)是保證每一個鉆孔順利完成的技術(shù)核心。做好施工前的施工組織設(shè)計，特別是關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計是關(guān)鍵。

（2）孔內(nèi)事故預(yù)防及處理的技術(shù)預(yù)案也是保障成功的重要措施，與鉆探設(shè)備、鉆進(jìn)技術(shù)以及沖洗液調(diào)配同等重要。

上述各項分析僅從技術(shù)角度闡述了如何提高鉆孔的施工效率和確保鉆孔成功，而在每個項目的實際施工過程中，還要充分考慮項目的后勤保障、現(xiàn)場指揮和項目員工等多方面因素，建議每個項目具體施工要緊密結(jié)合現(xiàn)場實際情況，項目管理和技術(shù)措施要同時抓，缺一不可，才能實現(xiàn)高質(zhì)量的鉆探。