復(fù)雜地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)

復(fù)雜地層巖心鉆探施工技術(shù)總結(jié)

巖心鉆探是在進(jìn)行固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘探時(shí)經(jīng)常采用的勘探手段之一。在我國(guó)，巖心鉆探仍然是目前和今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)地質(zhì)工作者在進(jìn)行地質(zhì)工程勘探時(shí)，獲取直觀地質(zhì)資料的最主要方式。本文對(duì)復(fù)雜地層特性和巖心鉆探施工方法進(jìn)行敘述,并就如何進(jìn)行復(fù)雜地層的巖心機(jī)械鉆探施工技術(shù)進(jìn)行研究，進(jìn)而提高鉆探質(zhì)量，降低勘探成本，以達(dá)到提高找礦效率的目的。一、復(fù)雜地層分類

根據(jù)鉆探施工特點(diǎn)及地質(zhì)情況,把復(fù)雜地層分為以下幾類:

(一)松散破碎地層:主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地層。較為典型的有膠結(jié)性很差的砂石和石灰?guī)r組成的二疊紀(jì)地層,這種地層含有大量的砂巖,部分地區(qū)存在泥巖、砂巖和礫巖以及部分卵石。受鉆具振動(dòng)碰撞和泥漿沖蝕作用,鉆探鉆孔易發(fā)生坍塌、漏失、超徑等事故。

(二)水敏性地層:主要包括水化松散、水化剝落、水化膨脹和水化溶蝕煤系地層。

（三)漏、涌水地層:這類地層鉆探施工護(hù)孔堵漏難度極大,漏失分大、中、小漏;涌水地層一般涌水量為10m3/h～50m3/h。煤系地層硅質(zhì)膠結(jié),灰?guī)r多破碎,且研磨性大,構(gòu)造裂隙較發(fā)育,穩(wěn)定性較差,透水性強(qiáng),地下水豐富,承壓水力大,鉆孔縮徑或涌水時(shí)有發(fā)生。二、鉆探方法和設(shè)備的選擇（一）鉆進(jìn)方法的選擇《巖心鉆探規(guī)程》中按巖石硬度的大小分為四類十二級(jí):軟--可鉆性1～3級(jí)、中硬--可鉆性4～6級(jí)、硬--可鉆性7～9級(jí)、堅(jiān)硬--可鉆性10～12級(jí);按研磨性的強(qiáng)弱分為三類:弱研磨性、中研磨性、強(qiáng)研磨性;按完整程度分為三類:完整、較完整、破碎。在具體施工中根據(jù)巖石可鉆性、研磨性、完整程度等選擇磨料和鉆進(jìn)方法。1～6級(jí)和部分7級(jí)巖石可選用硬質(zhì)合金、金剛石、復(fù)合片鉆進(jìn);4～12級(jí)巖石可選用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),7～12級(jí)巖石也可選用鋼粒鉆進(jìn);6～8級(jí)巖石可選用硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn);6～12級(jí)可選用金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。嚴(yán)格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》的規(guī)定是在復(fù)雜地層區(qū)提高鉆探質(zhì)量的保證。（二）鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇

鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇直接影響到鉆探效率的提高和施工成本的降低,尤其是在復(fù)雜地層區(qū)的巖心機(jī)械鉆探施工。因此,應(yīng)充分考慮地質(zhì)條件、鉆孔深度、終孔直徑、鉆進(jìn)方法、護(hù)孔措施和設(shè)備情況,并合理選擇開(kāi)孔直徑、換徑次數(shù)與深度、套管程序等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)復(fù)雜地層深孔巖心機(jī)械鉆探施工一般采用Φ130/Φ110/Φ91/Φ75/Φ60多徑成孔,把Φ60mm口徑作為技術(shù)口徑備用,下部Φ75mm口徑采用金剛石繩索取心鉆進(jìn),采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔。（三）鉆探設(shè)備的選擇應(yīng)根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)深度、鉆孔設(shè)計(jì)傾角、巖層條件、鉆進(jìn)方法以及鉆孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等,合理地選擇鉆探設(shè)備。應(yīng)盡量選擇電動(dòng)機(jī)動(dòng)力機(jī)。鉆探設(shè)備包括鉆機(jī)型號(hào)、鉆塔類型、聯(lián)動(dòng)型號(hào)、泥漿泵型號(hào)、擰管機(jī)型號(hào)等要配套,嚴(yán)格執(zhí)行《巖心鉆探規(guī)程》中規(guī)定的鉆探常用設(shè)備配套標(biāo)準(zhǔn)。三、鉆孔彎曲影響因素

鉆孔彎曲(特別是深鉆)會(huì)造成未能按設(shè)計(jì)穿過(guò)礦體或地質(zhì)層位,可能歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探密度等,從而影響對(duì)礦體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的判斷和儲(chǔ)量計(jì)算的精確程度。通常在復(fù)雜地層區(qū)巖心機(jī)械鉆探施工中鉆孔彎曲的主要因素是地層因素和鉆探工藝因素。四、鉆探技術(shù)和沖洗液技術(shù)

（一）松散破碎地層:由于在此地層主要采用大徑鉆具鉆進(jìn),增加沖洗液沖孔時(shí)的過(guò)流斷面,減少液流阻力以及沖洗液的壓力激動(dòng)而引起孔壁破壞;同時(shí),采用優(yōu)質(zhì)低固相沖洗液保護(hù)孔壁。在特殊孔段下入套管與技術(shù)套管的方法,一般能保證此類地層的穩(wěn)定。沖洗液各項(xiàng)指標(biāo)以控制在下列范圍為宜:黏度18s～25s,比重1.05～1.15,失水量每30min小于15mL,泥皮厚度小于1mm,含砂量小于4%,pH值8～9。

(二)水敏性地層:此類地層主要是采用鉆進(jìn)沖洗液護(hù)孔,沖洗液的濾液性能和泥皮質(zhì)量(或孔壁網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度)是影響孔壁穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。因此,控制鉆井液失水量,增強(qiáng)泥皮強(qiáng)度或沖洗液在孔壁所形成的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)“膠膜”強(qiáng)度,減少?zèng)_洗液中自由水的含量,降低濾液對(duì)巖石的滲透水化和提高濾液對(duì)巖石的膠結(jié)力是至關(guān)重要的。沖洗液通常加入PHP,HPAN,CMC等聚合物和KHM與植物膠的低固相沖洗液。沖洗液性能為:失水量小于10mL,泥皮厚小于1mm。（三）漏、涌水地層:這類地層在鉆探施工中難度是最大的。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)期施工經(jīng)驗(yàn),這類地層的漏失大多由于裂隙漏失和含水量水層層位漏失與松散破碎孔隙產(chǎn)生的長(zhǎng)孔段漏失。目前,就各鉆探施工中堵漏、防涌特點(diǎn)來(lái)看,主要有以下幾類方法:膠結(jié)堵塞法:適用于中漏以下和較小的涌水地層。常采用濃泥漿加化學(xué)漿液加惰性材料與交聯(lián)物的堵漏方法,涌水則加入加重劑,進(jìn)行壓漏作業(yè)。主要配方是濃泥漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10-6的PHP,再加入惰性材料攪拌均勻,隨著鉆進(jìn)可逐漸堵塞漏失通道。水泥堵漏法:適用于中漏以上的漏失和中等的涌水地層。壓力平衡法:此方法是利用沖洗液的液柱壓力平衡地層壓力,以達(dá)到孔壁穩(wěn)定,保證沖洗液能正常循環(huán)的一種方法。它適用于中漏以下及小量涌水的任何孔隙、裂隙地層,特別是對(duì)長(zhǎng)孔段漏失和斷層裂隙漏失有效。比如在漏失地層使用泡沫泥漿,在涌水地層使用加重泥漿等。頂漏鉆進(jìn)法:這種方法多用于不便堵漏或代價(jià)太大的長(zhǎng)孔段漏失地層。采用這種方法的條件是在孔壁失去平衡的情況下,裸眼穩(wěn)定期須能滿足施工的要求;同時(shí),水源較近,用水比較方便。套管隔離法:該法是在其他辦法難以達(dá)到護(hù)孔和堵漏目的時(shí)(特別是處理較大涌水)所采取的最可靠的辦法,對(duì)任何孔深和漏失程度以及涌水都有效,但由于使用管材和需要停鉆進(jìn)行專門(mén)作業(yè),故多用于淺孔。較深孔段有時(shí)先采用S91繩鉆鉆進(jìn)至一定深度,將鉆具留在孔內(nèi)作為套管,再改用S75繩鉆鉆進(jìn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和新技術(shù)、新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，勘探機(jī)械設(shè)備的種類也更加齊全，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)工程機(jī)械操作人員的要求也有新的要求。操作人員不僅要懂得工程機(jī)械的結(jié)構(gòu)組成、原理、性能、掌握操作技巧，而且還要有工程機(jī)械的故障快速診斷和維修能力。因而，完善地質(zhì)鉆探現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具、材料、儀表、儀器和工藝技術(shù)配套工作,加大對(duì)勘探技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，是提高鉆探經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果和技術(shù)水平的重中之重。巖心鉆探工程中的繩索取心工藝

近年來(lái)，繩索取心技術(shù)不斷改進(jìn)，其相對(duì)于常規(guī)鉆進(jìn)工藝的優(yōu)越性愈加凸顯出來(lái)，得以在行業(yè)中廣泛應(yīng)用。主要對(duì)鉆探設(shè)備、鉆具選擇及應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討。巖心鉆探的鉆孔由以前的400～600m,到最近幾年的1500～201*m,甚至在未來(lái)的施工中還要設(shè)計(jì)更深的鉆孔。1000m左右的孔深,對(duì)于石油、天然氣、地?zé)岬瓤辈楹烷_(kāi)采算不上是深孔,但是對(duì)于固體勘查的小口4實(shí)際鉆進(jìn)情況及鉆探規(guī)程參數(shù)掌握鉆壓:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,P=pA計(jì)算（其中p按金剛石孕鑲鉆頭單位壓力推薦表中,中硬-堅(jiān)硬間選擇:70～100kg/cm2;胎體外徑Φ76.5mm、內(nèi)徑Φ49mm,水口數(shù)量為10的繩索取心鉆頭底面積A大約為20cm2,鉆壓）徑巖心鉆探來(lái)說(shuō),已經(jīng)算得上是深孔了。深孔的鉆探施工,對(duì)于鉆探設(shè)備、應(yīng)該在1400～201*kg。由某礦段上部覆蓋堅(jiān)硬致密的混合巖,個(gè)別段位甚管材、鉆探工藝、沖洗液，鉆探規(guī)程和參數(shù)、人員操作方式等等都有不同至出現(xiàn)鉆頭“打滑”現(xiàn)象,因此,實(shí)際鉆進(jìn)的鉆壓非常高,大約在3000kg左于淺孔施工的要求。右,甚至還要高些,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)推薦值;這里存在著一種矛盾,即選擇胎

2鉆探設(shè)備我國(guó)正規(guī)的小口徑金剛石巖心鉆探設(shè)備的專業(yè)生產(chǎn)廠家不多,鉆機(jī)僅有張家口探礦機(jī)械廠、石家莊煤礦機(jī)械廠，連云港黃海機(jī)械廠和無(wú)錫探礦機(jī)械廠等生產(chǎn);泥漿泵僅有衡陽(yáng)探礦機(jī)械廠和吉林地質(zhì)勘探公司修造廠等生產(chǎn)。目前,野外鉆探施工應(yīng)用最廣泛的巖心鉆機(jī)是連云港黃海機(jī)械廠生產(chǎn)的XY-4型、其次是張家口探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的XY-5型和XU-1000型。XY-4型鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格參數(shù)所示鉆探能力為:用Φ42mm鉆桿可我隊(duì)以往應(yīng)用的實(shí)際情況是鉆進(jìn)1000m;用Φ50mm鉆桿可鉆進(jìn)700m。使用Φ50mm鉆桿、采取普通單管工藝、Φ91mm孔徑,最深鉆進(jìn)孔深為720m。其實(shí),還可以繼續(xù)鉆進(jìn),但由于單管工藝提取巖心時(shí)每個(gè)回次都需要升上孔內(nèi)全部鉆具,不使用水剎車系統(tǒng),鉆機(jī)的升降系統(tǒng)消耗磨損嚴(yán)重,對(duì)鉆機(jī)損壞相當(dāng)大;使用水剎車系統(tǒng),速度非常慢,效率極低,700多m鉆具升降一次需要4、個(gè)h，5純鉆利用率極低。201*年,由于鉆探深孔需要,為了提高鉆機(jī)能力,廠家改進(jìn)了XY-4型鉆機(jī),將標(biāo)準(zhǔn)配置為30kW電動(dòng)機(jī)改裝為45kW電動(dòng)機(jī)。鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格標(biāo)明該型號(hào)鉆機(jī)可以安裝201*r/min、功率為60馬力的4100型柴油機(jī),60馬力相當(dāng)于44kW,因此,選用45kW的電動(dòng)機(jī)不算超標(biāo)。使用如此改造的鉆機(jī),采用Φ71mm繩索鉆桿、繩索取心工藝、Φ77mm孔徑,最深孔鉆進(jìn)1000m。XY-5型鉆機(jī)的技術(shù)規(guī)格參數(shù)所示鉆探能力為:用Φ50mm鉆桿,孔徑Φ56mm鉆進(jìn)深度為1500m;我隊(duì)201*年首次使用XY-5型鉆機(jī),采用Φ71mm繩索鉆桿、繩索取心工藝、Φ77mm孔徑,最深孔鉆進(jìn)836m,根據(jù)實(shí)際使用情況采用該設(shè)備和工藝可以鉆進(jìn)1100～1200m的鉆孔。3鉆具級(jí)配選擇前幾年,由于整個(gè)巖心鉆探行業(yè)的工作量偏低,我國(guó)生產(chǎn)配套繩索取心工藝鉆探工具及管材的廠家很少,尤其是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的接軌等工作,筆者認(rèn)為還不完善。經(jīng)過(guò)到生產(chǎn)廠家的調(diào)研、考察,結(jié)合我單位鉆探工人的工作習(xí)慣,我單位繩索取心工藝采用如下級(jí)配:Φ71mm繩索取心鉆桿（江西新余生產(chǎn),材質(zhì)45MnMoB,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),按冶金YS75標(biāo)準(zhǔn)加工外螺紋。）Φ74mm重索鉆桿接手（按冶金YS75標(biāo)準(zhǔn)加工接手內(nèi)螺紋,按金剛石有限公司標(biāo)準(zhǔn)加工卡槽,可以使用NY-3型擰管機(jī)和卡槽式提引器。）JS75彈卡總成和JS75打撈器,為新地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):DZ2.1,2.2-87;這里注意的細(xì)節(jié)是冶金標(biāo)準(zhǔn)的接手和新地標(biāo)的彈卡總成上部的短管（彈卡擋頭的）內(nèi)外螺紋連接。JS75彈卡總成由唐山金石超硬材料有限公司生產(chǎn),該總成尤其是上擴(kuò)孔器的設(shè)置,筆者個(gè)人認(rèn)為要比YS系列更趨合理,長(zhǎng)度不包括巖心管僅為850mm,使用更加方便;打撈器的長(zhǎng)度為1300mm。重索Φ77mm擴(kuò)孔器和重索Φ76.5mm金剛石鉆頭,長(zhǎng)度、螺紋和內(nèi)徑均按新地標(biāo)JS標(biāo)準(zhǔn)加工,為適應(yīng)Φ74mm接手,擴(kuò)孔器和鉆頭外徑比標(biāo)準(zhǔn)加厚1.5mm。這樣,組成的鉆具級(jí)配基本是鉆桿和鉆桿接手按冶金YS標(biāo)準(zhǔn)加工螺紋,彈卡擋頭以下按新地標(biāo)JS標(biāo)準(zhǔn)配備彈卡總成、打撈器、內(nèi)外管、卡簧、卡簧座、擴(kuò)孔器和鉆頭等�！按蚧�”,鉆進(jìn)效率極低,體硬度大的鉆頭,胎體磨損慢,金剛石出露差,甚至選擇胎體軟的鉆頭,效率明顯提高,可鉆頭壽命又大降。較軟的可鉆性在6級(jí)左右的巖層,鉆壓在201*kg以下,進(jìn)尺的速度也很快,時(shí)效可達(dá)3m/h,鉆頭的使用壽命最高可達(dá)150m。轉(zhuǎn)速:根據(jù)金剛石孕鑲鉆頭適用轉(zhuǎn)數(shù)推薦表,可知Φ75mm的孕鑲鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)在400～850r/min之間,配置1470e/min、45kW電動(dòng)機(jī)的XY-4型鉆機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在101～119r/min之間,完全適合此鉆頭鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)數(shù)要求。實(shí)際應(yīng)用情況是采用慢4檔即388r/min的時(shí)候最多,此時(shí)Φ76.5mm鉆頭外圓的圓周線速度是1.55m/s,也可采用快2檔574r/min,此時(shí)線速度可達(dá)2.30m/s,同時(shí),由于鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙非常小,僅為3mm,鉆桿接手部位的間隙僅為1.5mm,所以必須使用潤(rùn)滑劑,尤其是孔深超過(guò)300m以后,潤(rùn)滑劑更是重要,如不使用,慢4檔也很難開(kāi)動(dòng),效率十分低下;另外,過(guò)高的轉(zhuǎn)數(shù)在實(shí)際鉆進(jìn)中也不適合,由于巖粉沉淀不徹底,在沖洗液中循環(huán)中被重復(fù)泵入孔內(nèi),流經(jīng)鉆桿時(shí)由于高速回轉(zhuǎn)的離心力和鉆桿壁的高溫致使巖粉結(jié)垢附著在鉆桿內(nèi)壁,形成1～2mm甚至更厚的垢質(zhì),俗稱“掛蠟”,這么厚的垢質(zhì)足以妨礙彈卡總成和打撈矛的順利通過(guò),給鉆探施工造成嚴(yán)重不便。泵量:根據(jù)金剛石鉆進(jìn)常用沖洗液量推薦表,可知Φ75mm左右的孔徑泵量在40～60L/min即可,可見(jiàn)吉林產(chǎn)的BWJ-125型泵就足夠用了,我隊(duì)大多采用衡陽(yáng)產(chǎn)的BW-250型泵,而且泵量使用偏高，一般在100L/min或120L/min兩個(gè)檔位上,現(xiàn)場(chǎng)施工為了避免燒鉆的保守想法當(dāng)然是盡量采取較大的泵量。大泵量對(duì)于孔底實(shí)際鉆壓的掌握有較大的影響。5工藝比較繩索取心工藝與普通單管、單動(dòng)雙管鉆探工藝比較見(jiàn)表1。表1繩索取心工藝與普通單管、單動(dòng)雙管鉆探工藝比較比較項(xiàng)目勞動(dòng)強(qiáng)度純鉆時(shí)間綜合效率純鉆效率普通單管大短一般高單動(dòng)雙管大短一般一般很高,完全達(dá)標(biāo)一般,可以達(dá)標(biāo)一般適應(yīng)適中,比單管略高繩索取心小略長(zhǎng)略高（深孔尤其明顯）較低很高,完全達(dá)標(biāo)略好,可以達(dá)標(biāo)略好于雙管很高,一般是單管的4倍,甚至更高完整層巖心采取率高,可以達(dá)標(biāo)破碎層巖心采取率低,很難達(dá)標(biāo)對(duì)于復(fù)雜地層適應(yīng)不太適應(yīng)相同巖層鉆頭壽命6結(jié)論及應(yīng)用中存在的問(wèn)題6.1使用加裝45kW的XY-型鉆機(jī)、Φ71mm繩索鉆桿,采取繩索取心工藝、Φ77mm孔徑可以鉆進(jìn)900m孔深的鉆孔，并滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。6.2繩索取心工藝的發(fā)展仍需繼續(xù)研究和解決兩對(duì)基本矛盾。即比較薄的鉆桿壁和足夠強(qiáng)度之間的矛盾:由于要保證裝有（下轉(zhuǎn)122頁(yè)）MYKJ11民營(yíng)科技201*年第7期實(shí)踐思考淺談復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)條件下厚煤層開(kāi)采方法易方勝（萍鄉(xiāng)市躍進(jìn)煤礦，江西萍鄉(xiāng)337035）摘要：根據(jù)多年從事采煤工作得到的經(jīng)驗(yàn)，提出了復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)條件下厚煤層開(kāi)采方法。關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)：厚煤；滑動(dòng)構(gòu)造；開(kāi)采方法引言近年來(lái),我國(guó)厚煤層采煤方法的改革取得了十分可喜的成績(jī)；可是礦井地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜的礦井或某些礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的采區(qū)和工作面,采煤方法的改革相對(duì)落后；甚至有相當(dāng)一部分地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜、裝備較差的地方煤礦的厚煤層仍采用“高落式”采煤方法,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此,很有必要探討復(fù)雜地質(zhì)條件下厚煤層的采煤方法,促進(jìn)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)厚煤層采煤方法的改革。江西省某井田層滑動(dòng)構(gòu)造比較發(fā)育,規(guī)模有大有小,多發(fā)育在煤層與頂、底板之間,煤層內(nèi)部及其它軟硬巖層的界面上,其特征如下。1滑動(dòng)構(gòu)造特征1斷層滑動(dòng)面產(chǎn)狀變化較大。其變化最明顯的是北部邊界斷層F26,）淺部?jī)A角在70～80°;中部為25～35°;個(gè)別地段和煤(巖層傾角近于一）致;深部為10～25°,甚至近于水平，在剖面上呈凹面向上的鏟狀或梨狀。它使煤系大量缺失,使可采煤層與奧灰之間的距離由190m減小到30m。斷導(dǎo)傾角變化大的部位正好是煤層所在位置,深部與煤系基底相吻合。F26斷層上盤(pán)伴生的低級(jí)序斷層,與主斷層傾向相同的斷層傾角大,相反的斷層傾角小。2斷層帶寬度大小不一。）小的僅數(shù)厘米,大的有幾米到十多米,滑面附近發(fā)育碎裂巖(煤、）碎粒巖(煤、）鱗片煤、斷層泥。滑動(dòng)鏡面、擦痕、階步發(fā)育。煤層中或其附近巖層中發(fā)育的一些小的滑動(dòng)構(gòu)造,沿滑動(dòng)面發(fā)育）一層土狀軟巖(煤分層。3滑動(dòng)面上、）上盤(pán)構(gòu)造不協(xié)調(diào)現(xiàn)象較明顯。上盤(pán)構(gòu)造較復(fù)雜,常見(jiàn)有揉皺、破碎等現(xiàn)象;而下盤(pán)相對(duì)簡(jiǎn)單,一般僅發(fā)生壓碎等現(xiàn)象。4滑動(dòng)構(gòu)造在形成過(guò)程中,由于巖層結(jié)構(gòu)、）強(qiáng)度不同,可導(dǎo)致構(gòu)造組合的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。一般地煤層、粘土巖、砂頁(yè)巖等軟弱巖表現(xiàn)為塑性變形,而砂巖、頁(yè)巖等則呈脆性變形。5滑動(dòng)構(gòu)造經(jīng)常引起煤層頂板錯(cuò)亂現(xiàn)象,使頂板巖石插入煤層中）或頂板巖塊落入煤層中,并繼續(xù)被改成長(zhǎng)條狀或透鏡狀。6層滑構(gòu)造在滑動(dòng)過(guò)程中,由于強(qiáng)大的動(dòng)力作用,引起煤層塑性流）變,使煤層發(fā)生動(dòng)力變質(zhì)作用及結(jié)構(gòu)破壞等物理、化學(xué)變化,從而出現(xiàn)自燃傾向的差異。測(cè)試結(jié)果表明,粒度小的煤在120～500℃之間氧化放熱有增加的趨勢(shì),有利于煤炭自燃的發(fā)展,流變層構(gòu)造煤粒度小于正常煤的粒度,自燃傾向大于正常煤。7滑動(dòng)構(gòu)造往往改造早期形成的構(gòu)造,使煤厚發(fā)生變化。）2復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)區(qū)的采煤方法研究1輕型綜采放頂煤）輕型綜采放頂煤與綜采放頂煤的實(shí)質(zhì)性差別在于支架的不同。目前應(yīng)用于綜放工作面的液壓支架單架重量較重,而輕型綜采放頂煤液壓支架單架重量較輕,并要求其具備綜放支架的推移溜、移架、臨時(shí)支護(hù)、防倒、防漏、導(dǎo)向、放頂煤等功能。經(jīng)過(guò)近幾年綜放工作面的礦壓觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)放頂煤工作面周期來(lái)壓顯現(xiàn)較弱,綜采支架的實(shí)測(cè)初撐力和工作阻力與額定值相差較大,有較大的余量；并由于簡(jiǎn)易支架放頂煤實(shí)踐的成功,更說(shuō)明輕型綜采放頂煤在非堅(jiān)硬頂板條件下的厚煤層中應(yīng)用完全可行；而且具有投資少、運(yùn)輸安裝方便、對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)性好于綜采放頂煤。在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)厚煤層及中型礦井厚煤層中應(yīng)積極推廣使用該工藝。2簡(jiǎn)易支架放頂煤）我國(guó)研制出滑移頂梁及懸移頂梁支架,用于放頂煤工作面,在國(guó)有地方煤礦得到了較為廣泛的應(yīng)用,對(duì)我國(guó)地方煤礦厚煤層采煤方法改革起到了推動(dòng)作用。由于這類支架便于拆裝,有利于在復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用；該礦于年初開(kāi)始使用滑移頂梁支架放頂煤,到年底,先后在多個(gè)工作面使用,并對(duì)這些工作面進(jìn)行了礦壓觀測(cè)。3分層開(kāi)采與放頂煤開(kāi)采）分層開(kāi)采是厚煤層傳統(tǒng)的采煤方法之一,具有回收率高、煤質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn),也存在著送巷多、成本高、工效低等缺點(diǎn),特別是分層工作面中最上層與底分層工作面對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)性差。放頂煤采煤具有送巷少、效率高、經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)點(diǎn),對(duì)不穩(wěn)定厚煤層及構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的厚煤層煤層硬度及有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然,放頂煤開(kāi)采工藝也要受到煤層厚度、層理裂隙發(fā)育程度、煤層夾研厚度、頂板堅(jiān)硬程度等因素的制約,影響著厚煤層是否可以合理地進(jìn)行放頂煤開(kāi)采。工作面使用相似設(shè)備條件下,放頂煤采煤比分層開(kāi)采對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)性強(qiáng)�？傊�，選擇厚煤層特別是構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)的厚煤層的采煤方法要綜合考慮煤層厚度，構(gòu)造復(fù)雜程度，煤層硬度及層理裂隙發(fā)育程度，頂?shù)装鍫顩r，礦井生產(chǎn)能力及技術(shù)裝備水平等因素；從而確定技術(shù)上可行,并能保證資源回收,經(jīng)濟(jì)上合理,安全上可靠的采煤方法。對(duì)于頂煤可放性差的厚煤層,只能采用分層開(kāi)采。對(duì)于頂煤具有可放性及其它條件適宜的厚煤層,應(yīng)優(yōu)先選擇放頂煤開(kāi)采。對(duì)于技術(shù)及裝備水平較好的大中型礦井,應(yīng)該發(fā)展綜采和輕型綜采放頂煤,充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于大中型礦井中地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的小塊段及邊角煤,應(yīng)該考慮采用適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性好的簡(jiǎn)易支架放頂煤和單體支柱長(zhǎng)鋼梁放頂煤工藝。3結(jié)束語(yǔ)我們對(duì)該煤礦進(jìn)行了探測(cè)，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，不同放頂煤工藝及其對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的適應(yīng)性不同，因此需要根據(jù)不同的情況采取相應(yīng)的措施。只有這樣才能更好的開(kāi)采復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)條件下的厚煤層。（上接11頁(yè)）巖心的內(nèi)管順利通過(guò)、同時(shí),金剛石鉆頭胎體唇面不能卸鉆桿時(shí),因?yàn)榭變?nèi)鉆桿柱自重很大,致使墊叉開(kāi)口磨損嚴(yán)重,擰卸時(shí)墊叉要在擰管機(jī)的井口圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)1/4圈左右,然后卡住擰管,突然卡住時(shí),應(yīng)該平行接觸的鉆桿接手卡槽和墊叉切口此時(shí)有小的夾角,即墊叉沖擊鉆桿接手,時(shí)間長(zhǎng)、次數(shù)多、致使接手內(nèi)壁向里凹陷內(nèi)徑變小,情況嚴(yán)重的內(nèi)管和打撈矛難以通過(guò)。6.5鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢技術(shù)難點(diǎn)突出：無(wú)法滿足金剛石鉆進(jìn)高轉(zhuǎn)速的要求，鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重影響打撈總成的上下作業(yè)，主要與地質(zhì)情況和沖洗液中的固相含量有關(guān)。如何結(jié)合鉆場(chǎng)實(shí)際情況選擇沖洗液的類型是關(guān)鍵技術(shù)所在。太厚而降低純鉆效率,要求鉆桿的壁厚不能太厚,較薄的壁厚還要保證足抗彎、抗壓及抗疲勞破壞強(qiáng)度,因此需要在鉆桿材質(zhì)上繼續(xù)研夠的抗扭、究;比較厚的鉆頭和較高純鉆效率要求的矛盾:由于雙層巖心管的存在,勢(shì)必造成金剛石鉆頭胎體唇面比較厚的實(shí)際情況,厚的唇面需要較大的鉆壓,同時(shí)純鉆效率偏低,因此需要在金剛石鉆頭胎體唇面的形狀和形式上繼續(xù)投入研究。6.36.4深孔鉆進(jìn)機(jī)械設(shè)備、鉆桿及鉆桿接手螺紋連接等多方面的強(qiáng)度校實(shí)際施工中,鉆桿接手使用壽命偏低,主要原因在于使用擰管機(jī)擰核,不僅是經(jīng)驗(yàn)方面的定性結(jié)論,還需要材料力學(xué)上定量的數(shù)值計(jì)算。

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淺談巖心鉆探在復(fù)雜地層中應(yīng)用

肖偉偉

巖心鉆探仍然是目前和今后國(guó)內(nèi)外地質(zhì)工作者獲取直觀地質(zhì)資料的主要手段之一。提高巖心鉆探取心質(zhì)量是鉆探工作者的主要職責(zé)和奮斗目標(biāo)。

取心質(zhì)量從最早的概念和要求來(lái)說(shuō)，就是巖心采取率，只要取出的巖心數(shù)量多就可以了�，F(xiàn)代隨著工程勘察的發(fā)展和質(zhì)量要求的提高，還要求取出代表巖層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分、顆粒級(jí)配的原結(jié)構(gòu)狀巖心樣。即使礦床勘探，取得原結(jié)構(gòu)狀巖心也是必要的，可以防止分選和人為貧化；對(duì)于任何脈狀礦體，都可以防止打丟，并保證含礦層的真實(shí)厚度和品位。因此現(xiàn)在的取心質(zhì)量應(yīng)該包括巖心采取率和巖心的原狀結(jié)構(gòu)程度兩個(gè)指標(biāo)。

植物膠類鉆井液的應(yīng)用，金剛石單動(dòng)雙管鉆具的改進(jìn)和操作工藝技術(shù)的完善，為取原結(jié)構(gòu)狀巖心樣創(chuàng)造了條件，它已成為一套完整的工藝技術(shù)。

但是就全國(guó)地質(zhì)勘探及工程勘察行業(yè)來(lái)說(shuō)，還有許多單位不了解上述材料和工藝技術(shù)的優(yōu)越性，或者沒(méi)有真正掌握它的要領(lǐng)。誠(chéng)然，任何一項(xiàng)新的技術(shù)，新的工藝都不可能是萬(wàn)能的，都會(huì)有它的適應(yīng)性和局限性。因此目前還有許多勘探工程取心質(zhì)量上不夠理想或者存在難題。

本文企圖將自己多年在深厚砂卵石覆蓋層和基巖復(fù)雜地層巖心鉆探提高取心質(zhì)量的研究、體會(huì)和實(shí)踐整理出來(lái)，與同行共同探討，能看到同仁們?cè)诟�多的勘探工程解決取心質(zhì)量的難題。借此機(jī)會(huì)，感謝前書(shū)記王江俠的、路橋公司的經(jīng)理多方支持。

在這里，我們的員工沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，老員工也為數(shù)不多，而且已經(jīng)不能不從事該行業(yè)了，可以說(shuō)是我們的隊(duì)伍已經(jīng)很難取得好的成績(jī)。下面就影響的幾大因素介紹給大家，以供參考。

1.影響因素：影響取心質(zhì)量的因素可歸納為三個(gè)方面，即地質(zhì)因素、技術(shù)因素和人為因素。掌握影響的因素就可探索提高取心質(zhì)量的有利因素，消除不利因素。

2.1地質(zhì)因素

地質(zhì)因素是地質(zhì)條件決定的取心難易程度，不論是覆蓋層或者是基巖，大致可以分為三大類巖層：

第一類，是比較容易取心的地層，如比較完整或不很嚴(yán)重破碎的基巖以及泥巖等，用常規(guī)的鉆探方法就可以滿足取心的質(zhì)量要求。

第二類，取心比較困難，或者相當(dāng)困難的復(fù)雜地層，如砂卵石覆蓋層、基巖的斷層帶、軟弱夾層、嚴(yán)重破碎的擠壓破碎帶、軟酥脆巖層以及自然狀態(tài)下完整，但一經(jīng)鉆進(jìn)就成為粗砂顆粒的巖層（如白云巖、硅質(zhì)巖等），這類地層必須經(jīng)過(guò)人們采用特殊的工藝技術(shù)措施和特殊的工具才能滿足取心的質(zhì)量要求。

第三類，取心非常困難，目前只能通過(guò)一定特殊工具采取部分代表性樣品的地層，既不能保證巖心采取率要求，更不能保證巖樣結(jié)構(gòu)的地層，如基巖中已擠壓破碎成均勻粗顆粒，又無(wú)粉狀物充填的硬碎地層；砂卵石地層中的架空層，近代沉積的淺表層、人工堆積層、無(wú)細(xì)顆粒充填的均勻礫石層，石英砂巖卵石層，以及抽水井、降水井周圍卵石層等等。后者砂卵石層通過(guò)一定的措施在一定的范圍內(nèi)，可以提高巖心采取率，但不能取得原結(jié)構(gòu)巖心樣。

下面重點(diǎn)研究解決的是第二類復(fù)雜地層鉆進(jìn)和取心問(wèn)題。2.2技術(shù)因素

技術(shù)因素是指人們采用的取心工具、材料和工藝技術(shù)措施對(duì)取心質(zhì)量的影響。2.2.1沖洗液的影響

從傳統(tǒng)的要求來(lái)說(shuō)，鉆探?jīng)_洗液的作用只是冷卻鉆頭，排除巖粉，保護(hù)孔壁（部分沖洗液）和潤(rùn)滑鉆具（潤(rùn)滑沖洗液）四大功能。

傳統(tǒng)的沖洗液如清水、加潤(rùn)滑劑的水溶液、泡沫液、泥漿及聚丙烯類無(wú)固相沖洗液，都對(duì)巖心有沖刷、浸潤(rùn)和液化作用，巖心中的松軟破碎的細(xì)顆粒成分都會(huì)潰散而被沖掉，因此

很難取得高質(zhì)量的巖心。

對(duì)于前者來(lái)書(shū)，地質(zhì)隊(duì)的工勘所，嚴(yán)格的講是用清水打鉆，最多可以幾十米。對(duì)于該段復(fù)雜的底層，可以說(shuō)是不可能的。

現(xiàn)代植物膠類粘彈性鉆井液的研究和應(yīng)用，除了上述功能以外，還具有保護(hù)巖心（護(hù)膠作用），粘彈性減振作用和降摩阻效應(yīng)三大特殊功能，這三大特殊功能為上述第二類復(fù)雜地層提高取心質(zhì)量創(chuàng)造了必須的先決條件。S系列植物膠鉆井液是目前使用最簡(jiǎn)單，效果最好的粘彈性鉆井液。

2.2.2取心鉆具的影響

取心鉆具的影響包括鉆具的種類、結(jié)構(gòu)和加工質(zhì)量。單管鉆具只在完整巖層和取心質(zhì)量無(wú)嚴(yán)格要求的地層中使用，孔底反循環(huán)鉆具因?yàn)閹r心嚴(yán)重分選和混亂，現(xiàn)在也很少應(yīng)用。

金剛石單動(dòng)雙管鉆具（繩索取心鉆具也屬于單動(dòng)雙管鉆具）是當(dāng)代國(guó)內(nèi)外普遍使用的取心鉆具。它的基本原理都是一樣，但各自的結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能和加工質(zhì)量都不一樣，在其他條件相同的情況下，取心質(zhì)量有很大區(qū)別。

鉆具的單動(dòng)性能是鉆具影響取心質(zhì)量的主要因素，它是鉆具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量的綜合效果，只要其中有一個(gè)零部件加工和配合有問(wèn)題，都將會(huì)影響取心效果。繩索取心鉆具，由于加工精度要求較高，普遍單動(dòng)性能較好，但由于各個(gè)廠家水平不一樣，因而還是各有差別。SDB系列鉆具由于它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理，只要保證它的加工質(zhì)量要求，目前仍然是國(guó)內(nèi)外單動(dòng)性能比較好的單動(dòng)雙管鉆具。但在深孔鉆探中，存在有起下鉆的麻煩。

技術(shù)性能是指所用鉆頭的種類、技術(shù)參數(shù)和加工鉆具的材料質(zhì)量及磨損程度。單動(dòng)雙管鉆具所用鉆頭可以是熱壓孕鑲金剛石鉆頭、電鍍金剛石鉆頭、硬質(zhì)合金鉆頭和復(fù)合片鉆頭，根據(jù)巖石選擇相適應(yīng)的鉆頭的種類和設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，才能獲得最好的取心效果。其基本要求是鉆進(jìn)速度快，不易堵巖心，不磨損巖心，不因切削具的振動(dòng)而破碎巖心。不難理解：選擇的鉆頭進(jìn)尺快，巖心在鉆頭處停留的時(shí)間短，被沖洗液沖刷的時(shí)間短；鉆頭設(shè)計(jì)的保徑效果好，內(nèi)徑磨損小，不呈喇叭口，則不易堵巖心，避免巖心自磨；硬質(zhì)合金雙管鉆頭和復(fù)合片鉆頭不設(shè)計(jì)內(nèi)出刃，在軟巖中鉆進(jìn)不會(huì)因?yàn)殂@具的晃動(dòng)使巖心直徑變��；在某些硬度不高的脆性巖層中鉆進(jìn)如果選用硬質(zhì)合金鉆頭和復(fù)合片鉆頭，會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)較大，巖心破碎呈小顆粒狀和砂礫狀而無(wú)法卡取（如白云巖、大理巖、硅質(zhì)巖等），實(shí)踐證明上述這些因素都對(duì)取心質(zhì)量有重大影響。

生產(chǎn)鉆具的材料質(zhì)量（主要是鋼材質(zhì)量）及其熱處理效果，直接影響鉆具零部件壽命和變形程度。零部件很快磨損和變形到一定程度，就不能保證鉆具的單動(dòng)性能，都會(huì)嚴(yán)重影響到取心質(zhì)量。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，我們只能選取熱壓孕鑲金剛石鉆頭。2.2.3操作技術(shù)的影響

操作技術(shù)包括鉆進(jìn)參數(shù)和施工工藝。

就巖心鉆探來(lái)說(shuō)，鉆進(jìn)參數(shù)是指鉆進(jìn)時(shí)的壓力、轉(zhuǎn)速和泵量。泵量是影響取心質(zhì)量最關(guān)鍵的鉆進(jìn)參數(shù)。不論哪一種沖洗液，泵量越大，沖刷巖心越嚴(yán)重，對(duì)軟弱、破碎的巖心十分不利，因此應(yīng)根據(jù)巖石的性質(zhì)選擇沖洗液的種類，保證冷卻鉆頭和排除巖粉的條件下，應(yīng)盡量采用最小的泵量。

在金剛石鉆探中，為了保證巖心質(zhì)量，泵量越小越好。

泵壓在正常條件下不作為鉆進(jìn)參數(shù)的要求，但是泵壓在不正常時(shí)，會(huì)影響取心質(zhì)量，應(yīng)引起操注意，查明原因，采取措施排除。如泵壓迅速增高或蹩泵，其原因如果是孔壁縮徑坍塌或者粘性巖層糊鉆及鉆頭磨損后水口太淺，鉆具內(nèi)泵壓增高，沖洗液在高壓下會(huì)破壞軟弱、破碎和松散的巖心，因而會(huì)降低取心質(zhì)量。如果是鉆具或鉆桿內(nèi)堵塞，則可能產(chǎn)生燒鉆或金剛石微燒。

施工工藝包括施工設(shè)計(jì)方案和具體操作細(xì)則，內(nèi)容較多，在以后各章節(jié)中陸續(xù)敘述。2.3人為因素

人為因素對(duì)取心質(zhì)量的影響是人們對(duì)取心質(zhì)量的要求和付出的努力的程度。由于工程勘探的目的不同，對(duì)取心質(zhì)量的要求不一樣，對(duì)于取心質(zhì)量要求不高的鉆孔，自然毋須花大的代價(jià)去追求高的取心質(zhì)量。但對(duì)于取心質(zhì)量要求高的工程和鉆孔，特別是取心難度大的鉆孔，不花代價(jià)是較難達(dá)到目的的。

這個(gè)代價(jià)包括單位領(lǐng)導(dǎo)直到機(jī)組人員的重視程度、組織措施和經(jīng)費(fèi)的付出。質(zhì)量管理亦如逆水行舟，不進(jìn)則退，不可能一勞永逸，竅門(mén)就是一個(gè)字--"抓"。

S系列植物膠鉆井液最早創(chuàng)于1984年，當(dāng)時(shí)只有唯一的一個(gè)產(chǎn)品，商品名稱叫SM植物膠鉆井液，系發(fā)明專利。在國(guó)內(nèi)地質(zhì)勘探中暢銷二十余年，由于原料資源減少，故已逐漸淘汰。201*年以來(lái)新研制開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有SH和ST兩種類型的植物膠，與SM膠一起統(tǒng)稱為S系列植物膠。

SH和ST與SM膠一樣，它們配制的鉆井液，都是粘彈性鉆井液，不僅具有其他鉆探?jīng)_洗液的基本性能，而且具有與其他沖洗液不同的特殊功能；它們不僅可以配制無(wú)固相鉆井液，而且是多功能的泥漿處理劑。

SH和ST植物膠配制的鉆井液，與SM膠一樣，由于膠體的吸附成膜作用，失水量較低，一般在10毫升/30分鐘左右，在鉆孔中，尤其是軟、酥、脆地層和砂卵石地層護(hù)壁效果較好；使用中因?yàn)榕渲频谋碛^粘度比較高，即使采用較小的泵量，排粉的能力也很強(qiáng)，可以排除3毫米以上的砂礫；它本身具有一定的潤(rùn)滑性，可降低水的潤(rùn)滑系數(shù)，起到潤(rùn)滑鉆具的作用。在采用必須的泵量保證冷卻鉆頭的條件下，它們能夠充分地起到普通鉆探?jīng)_洗液四大功能的作用。

值得深入探索和充分利用的是S系列植物膠（也包括其他較好的植物膠）配制的鉆井液的特殊功能，這些特殊功能起到了普通鉆探?jīng)_洗液不能起到的作用，因而解決了巖心鉆探中一些較難解決的難題。

S系列植物膠配制的粘彈性鉆井液表現(xiàn)出突出的特殊功能有三項(xiàng)：1、護(hù)膠作用（也叫護(hù)心作用）；2、粘彈性減振作用；3、減摩阻效應(yīng)。

3.1護(hù)膠作用

S系列植物膠是天然多糖類支鏈型高分子材料，用水溶脹后形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在巖心表面吸附形成膠膜，防止水份滲入和穿透，避免液化和崩塌，因此也避免巖心被沖刷，起到隔水的作用。濃度越高，網(wǎng)狀膠膜越厚而密實(shí)，因而護(hù)心、護(hù)壁的效果好。同時(shí)這種粘彈性膠體在砂樣和軟弱巖心表面及一定深度的表層具有膠結(jié)作用和粘彈性強(qiáng)度，抵抗鉆具的振動(dòng)破壞和地表其他外力的破壞，保持原狀結(jié)構(gòu)，而泥漿產(chǎn)生的泥皮是粘塑性體，膠體很少，大多是固體顆粒，護(hù)壁原理不一樣，效果也就不一樣，因而不能護(hù)心。

3.2粘彈性減振作用

粘彈性是指流體既有粘性又有彈性，是高分子類流體的一種特性。它的性能有一個(gè)很重要的特點(diǎn)是時(shí)間效應(yīng)，外力作用于該流體的時(shí)間越短，該流體的彈性模量越高，流體的變形和位移也就越小。鉆桿在粘彈性沖洗液的鉆孔中高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，橫向振動(dòng)力越大，但鉆桿某一點(diǎn)橫向作用于沖洗液某一點(diǎn)的時(shí)間就越短，沖洗液對(duì)鉆桿的徑向反作用力就越大，這個(gè)力阻止鉆桿彎曲變形就象鉆桿在同口徑的直孔中旋轉(zhuǎn)一樣，這樣就增大了鉆桿彎曲的半波長(zhǎng)度，減小了振動(dòng)，也減輕了鉆桿對(duì)孔壁的敲擊作用，這就是粘彈性鉆井液能減振的原因�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，S系列植物膠鉆井液粘度越高，鉆桿轉(zhuǎn)速越高，減振的效果越明顯，振動(dòng)越小，越平穩(wěn)。在同等條件下，它比其他沖洗液鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)速可高開(kāi)1－2檔。在數(shù)十米砂卵石層鉆孔中，Φ94口徑可開(kāi)800－1000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速。

金剛石鉆進(jìn)需要高轉(zhuǎn)速，才可能高效率，進(jìn)尺快，減少巖心在鉆頭處被沖刷的時(shí)間，有

利于提高取心質(zhì)量。實(shí)踐證明，松軟地層和軟弱巖層鉆進(jìn)進(jìn)尺很慢時(shí)，取心效果就不好。

同時(shí)，鉆具旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小，也減少了鉆具對(duì)巖心的機(jī)械破壞作用。有利于提高取心質(zhì)量，也減小了動(dòng)力消耗。

3.3減摩阻效應(yīng)

潤(rùn)滑沖洗液是為了降低鉆井液的摩擦系數(shù)，減少在循環(huán)通道中的摩擦阻力，而達(dá)到降低泵壓，減小鉆具振動(dòng)的目的，在鉆井液中加入潤(rùn)滑劑。S系列植物膠鉆井液具有較好的減摩阻效應(yīng)，不是因?yàn)楸旧砟Σ料禂?shù)大小的原因，而是一種層間滑動(dòng)，它的摩擦系數(shù)為0.26，水中加入皂化油的摩擦系數(shù)是0.12，但是S系列植物膠鉆井液比皂化液、清水、低固相泥漿（含PHP）的降摩阻效果都好。幾十米的砂卵石鉆孔，泵壓不超過(guò)0.5MPa，而且粘度達(dá)10分鐘以上，泵壓也不增加，且不影響泵汲，而清水，低固相泥漿泵壓則在1MPa以上，低固相泥漿能泵汲的最高粘度只有60S左右。

泵壓低，不僅減少動(dòng)力消耗，減少機(jī)械故障，并為配制高粘度的粘彈性鉆井液提供了可能性。在鉆具內(nèi)沖洗液的壓力小，減小對(duì)巖心的沖刷力和浸潤(rùn)破壞程度，因而可提高取心質(zhì)量。實(shí)踐證明，鉆進(jìn)時(shí)泵壓不正常升高或蹩泵，則巖心取不好。

以上S系列植物膠粘彈性鉆井液在很大程度上解決了復(fù)雜地層取心質(zhì)量，金剛石鉆進(jìn)開(kāi)高轉(zhuǎn)速和降泵壓的難題。

SDB系列金剛石鉆具（實(shí)用新型專利）是在SD系列金剛石鉆具（發(fā)明專利）的基礎(chǔ)上改進(jìn)的換代產(chǎn)品。SDB系列金剛石鉆具是雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙層巖心管鉆具。它適用于砂卵石覆蓋層和中深孔以內(nèi)基巖復(fù)雜地層巖心鉆探。它適用于植物膠鉆井液和低固相泥漿鉆進(jìn)，也適用于清水鉆進(jìn)。它的特點(diǎn)是功能齊全，單動(dòng)性能好。配合S系列植物膠鉆井液在砂卵石覆蓋層和基巖破碎地層鉆進(jìn)，巖心采取率可達(dá)95％－100％，而且可以取得松散、破碎地層的原結(jié)構(gòu)柱狀巖心。

SDB系列金剛石鉆具（以下簡(jiǎn)稱SDB鉆具）目前有三級(jí)口徑：SDB110,SDB94,SDB77。它們是以非標(biāo)準(zhǔn)鉆頭外徑標(biāo)稱鉆具口徑，當(dāng)然也可以配其他口徑的非標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，因鋼體長(zhǎng)度不一樣，應(yīng)專門(mén)訂制（如SDB91、SDB95、SDB75等）。

SDB鉆具的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)向除砂打撈機(jī)構(gòu)，單向閥機(jī)構(gòu)，雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)，內(nèi)管機(jī)構(gòu)和外管機(jī)構(gòu)五大部分。

4.1導(dǎo)向除砂打撈機(jī)構(gòu)在鉆具的上部，鉆桿和單動(dòng)接頭之間增設(shè)一根與巖心外管同口徑的，長(zhǎng)度可任定的沉砂管，以便增加粗徑鉆具長(zhǎng)度，防止孔斜，并作為除砂管用。外管接頭內(nèi)裝有單向閥機(jī)構(gòu)，單向閥上閥座安有一根隔砂管，沖洗液不能從沉砂管下端直接進(jìn)入單向閥，而必須從隔砂管上部的側(cè)孔經(jīng)隔砂管進(jìn)入單向閥，經(jīng)外管接頭進(jìn)入內(nèi)外管之間。

沉砂管內(nèi)徑比鉆桿內(nèi)徑大，沖洗液進(jìn)入沉砂管后流速降低，由于鉆桿和鉆具的高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)沖洗液高速旋轉(zhuǎn)使泥砂分離。沉砂管起到了離心除砂作用，沖洗液中的巖屑沉積于管壁和沉砂管下部。進(jìn)入隔沙管的沖洗液則是比較純凈的，含砂量較低的漿液，起到凈化鉆井液的作用，這就是除砂機(jī)構(gòu)的原理。

SDB鉆具單動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，掉鉆具時(shí)打撈比較困難，因此在單向閥上閥座之上加工有打撈頭（Φ50內(nèi)方鉆桿公接頭絲扣），可用Φ50內(nèi)方鉆桿打撈。

4.2單向閥機(jī)構(gòu)

由于砂卵石覆蓋層和基巖破碎地層鉆進(jìn)，采用濃度較高的沖洗液（植物膠或泥漿），鉆孔底部漿液含砂量較重，而且孔底沉積的巖屑和砂子也多，鉆具下鉆時(shí)，鉆桿內(nèi)液柱壓力低，快速下到孔底，造成較大的內(nèi)外壓差，孔底沖洗液夾帶著泥砂從鉆頭進(jìn)入內(nèi)外管并從鉆桿上返，有時(shí)直達(dá)孔口，停止下鉆后，粗顆粒泥砂迅速下沉，堵塞在內(nèi)外管之間及鉆桿下部，重者造成蹩泵和鉆具失去單動(dòng)作用無(wú)法鉆進(jìn)，輕者影響鉆具單動(dòng)性能，降低取心質(zhì)量。因此在

外管接頭內(nèi)設(shè)置有單向閥機(jī)構(gòu)，下鉆時(shí)封閉，鉆進(jìn)時(shí)沖洗液下壓閥體，實(shí)現(xiàn)正循環(huán)鉆進(jìn)，避免了上述故障。

4.3雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)

SDB鉆具的單動(dòng)作用由兩副結(jié)構(gòu)完全一樣的單動(dòng)接頭通過(guò)一根軸串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。老式SD鉆具是由兩根軸串連兩副單動(dòng)機(jī)構(gòu)，同軸度較難保證；兩副單動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和密封圈也不一樣，下單動(dòng)接頭的O型密封圈直徑大，摩擦力也大，且耐磨性和密封效果不如Yx密封圈好，下單動(dòng)接頭的單動(dòng)性能不如上單動(dòng)接頭好。單動(dòng)作用主要由上單動(dòng)接頭承擔(dān)，較難起到雙級(jí)單動(dòng)接頭的作用。

SDB鉆具上下單動(dòng)機(jī)構(gòu)由一根軸串聯(lián)，容易保證同軸度，上下單動(dòng)副結(jié)構(gòu)和密封圈（Yx密封圈）完全一樣，摩擦系數(shù)一樣，則單動(dòng)性能完全相同。

雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)單動(dòng)副同時(shí)起單動(dòng)作用，降低了每個(gè)單動(dòng)副的相對(duì)轉(zhuǎn)速差，如鉆桿轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，理論上每副單動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸和軸承套相對(duì)轉(zhuǎn)速差是500轉(zhuǎn)/分。顯然，在較低相對(duì)轉(zhuǎn)速差的情況下，單動(dòng)的效果更好，部件的使用壽命更長(zhǎng)；在孔內(nèi)即使其中有一個(gè)單動(dòng)副損壞，另一個(gè)單動(dòng)副則承擔(dān)起全部作用，避免內(nèi)管轉(zhuǎn)動(dòng)，因此雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)比單級(jí)單動(dòng)接頭單動(dòng)效果好，性能可靠，使用壽命長(zhǎng)。這一點(diǎn)對(duì)取心質(zhì)量至關(guān)重要。

4.4內(nèi)管機(jī)構(gòu)

SDB鉆具的內(nèi)管機(jī)構(gòu)包括半合管（或整體式內(nèi)管）、定中環(huán)、卡簧座和卡簧。半合管由鋼質(zhì)卡箍箍抱，不會(huì)產(chǎn)生彈性變形而裂縫。半合管取心是為了防止內(nèi)管中柱狀的松散，破碎巖心在地表人為損壞，保持原狀結(jié)構(gòu)。半合管只是在要求取原狀結(jié)構(gòu)巖心時(shí)使用。

半合管和整體式內(nèi)管每次只用其中一種，可以互換。短節(jié)管與內(nèi)管（半合管）成為一體，提高內(nèi)外管同軸度，有利于保障單動(dòng)性能；它們的內(nèi)壁都是磨光的，減少巖心堵塞現(xiàn)象，有利于增加回次進(jìn)尺和提高取心質(zhì)量。

4.5外管機(jī)構(gòu)

SDB鉆具的外管機(jī)構(gòu)與普通單動(dòng)雙管鉆具一樣，包括外管、擴(kuò)孔器（或連接管）、鉆頭。它的特點(diǎn)重點(diǎn)在鉆頭上。SDB鉆具的鉆頭是非標(biāo)準(zhǔn)鉆頭，可以是熱壓金剛石鉆頭，電鍍金剛石鉆頭、復(fù)合片鉆頭和硬質(zhì)合金雙管鉆頭。

砂卵石覆蓋層和基巖破碎地層，磨性較大，鉆頭內(nèi)外徑磨損嚴(yán)重，巖心變粗，因巖心堵塞、自磨而降低取心質(zhì)量，也降低了回次進(jìn)尺；由于鉆頭中圈金剛石工作層不能磨完而報(bào)廢，因而鉆頭的壽命低。

研制的李工牌熱壓金剛石鉆頭（雙管或單管）采用了特殊的保徑技術(shù)，鉆頭工作層內(nèi)、中、外同步磨損，鉆頭使用的過(guò)程中近似于平底形，而不是圓弧形。由于內(nèi)徑磨損小，基本解決了堵巖心的問(wèn)題，1.5米半合管（內(nèi)管）可以打滿；金剛石能全部磨光，在同等條件下，鉆頭壽命可提高30％以上，四川地區(qū)，砂卵石覆蓋層鉆孔，鉆頭壽命一般達(dá)40米－70米。

SDB鉆具的內(nèi)外管長(zhǎng)度差是固定的，內(nèi)管（半合管）標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度是1.5米，可以根據(jù)鉆孔深度和用戶需要同時(shí)加長(zhǎng)內(nèi)外管，但內(nèi)管（半合管）長(zhǎng)度盡量不應(yīng)超過(guò)3米，過(guò)長(zhǎng)難保證同軸度，會(huì)影響單動(dòng)性能。

5.1對(duì)鉆探設(shè)備的要求

用S系列植物膠鉆井液和SDB系列鉆具（或繩索取心鉆具）鉆進(jìn)基巖和砂卵石覆蓋層，對(duì)設(shè)備的要求是相同的。即要用立軸式高速金剛石鉆機(jī)，變量泥漿泵（要有最小泵量32升/分以下的并配有柴油機(jī)動(dòng)力），立式高速泥漿攪拌機(jī)（宜配柴油機(jī)動(dòng)力以便變速）或軟軸攪拌器。

變量泵配柴油機(jī)動(dòng)力是為了選擇最小泵量鉆進(jìn)取心，不宜采用定量泥漿泵和電動(dòng)機(jī)動(dòng)力，因?yàn)楸昧看�，無(wú)法調(diào)節(jié)，難以達(dá)到取心目的。

不能采用臥式泥漿攪拌機(jī)和水泥攪拌機(jī)攪拌植物膠，因?yàn)楸厝划a(chǎn)生疙瘩隨時(shí)可能堵塞鉆具，無(wú)法鉆進(jìn)。

砂卵石層鉆進(jìn)和基巖鉆進(jìn)所用薄壁套管最好用反絲扣連接，在高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)時(shí)可以防止退扣。

5.2砂卵石覆蓋層鉆進(jìn)須配備的特殊器材：

1、要配備一定數(shù)量的厚壁套管。砂卵石地層的淺表層及很松散的卵石層在一定的深度范圍內(nèi)需要跟管護(hù)壁。

（1）陸地鉆探，應(yīng)配備10米－50米Φ127厚壁套管，以Φ127×9.19石油舊鉆桿料加工成公母連接的反方扣套管最好。既價(jià)廉，強(qiáng)度又很高，可以跟管50米以上。下打和起拔阻力都不大。

（2）水上鉆探，如河流上游，水流較急時(shí)，應(yīng)配備Φ168×10的套管10－30米，水較深時(shí)，數(shù)量應(yīng)相應(yīng)增加。連接絲扣仍以公母連接的反方扣為佳。

同時(shí)應(yīng)配備更多數(shù)量的Φ127×9.19的套管。Φ168和Φ127套管數(shù)量計(jì)劃的依據(jù)是水的深度、水流速度和砂卵石覆蓋層的深度。特殊條件下還應(yīng)配備Φ219厚壁套管。

河流上游水上鉆探，一般水流速度較急，套管在急流沖擊下，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的高頻共振，將有可能折斷套管。

2、應(yīng)配備下打套管和起拔套管的工具，如150－200kg吊錘和100kg以上沖擊杠（起拔套管用）。

3、跟管鉆進(jìn)的孔深范圍內(nèi)如果有大于套管直接的孤石或漂礫時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)備一定數(shù)量的炸藥和電雷管。炸藥以膠質(zhì)炸藥為最好，亦可用乳化炸藥。必須進(jìn)行孔內(nèi)爆破，套管才能跟下去，否則很難達(dá)到計(jì)劃孔深。

201*年以來(lái)，研制開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品植物膠鉆井液有SH和ST兩類。其中SH膠到目前又分為SH和SH-1兩個(gè)品種（成分和性能相同，但SH-1比SH的膠質(zhì)含量要高）。ST膠目前有ST-1一個(gè)產(chǎn)品，ST-1含膠質(zhì)最高，配方用量最少。SH和ST兩類膠都可以即攪即用，不須浸泡，比SM膠更方便。同時(shí)，SH和ST攪制的兩類鉆井液比SM膠更穩(wěn)定，不容易腐化變質(zhì)，不須加入防腐劑，因此使用更安全。6.1S系列植物膠鉆井液的配方和應(yīng)用

一、基本配方

1、SH膠的配方：

配制無(wú)固相沖洗液，SH:水＝2:100（重量比）加入燒堿（氫氧化鈉），加量為SH干粉重量的8％。

配制低固相泥漿，SH:水:鈉土＝1:100:（5－6）（重量比）加入燒堿（氫氧化鈉），加量為SH干粉重量的8％。注：宜用鈉土，不宜用鈣土。SH膠先制漿加堿，后加鈉土。

2、SH－1膠的配方：SH－1與水的比例為1.5％，其他類推。3、ST-1膠的配方：

配制無(wú)固相沖洗液，ST-1:水＝（0.8－1）:100（重量比）加入燒堿（氫氧化鈉），加量為ST-1干粉重量的8％。

配制低固相泥漿,ST-1:水:鈉土＝（0.4－0.5）:100:（5－6）加入燒堿（氫氧化鈉），加量為ST-1干粉重量的8％。注：宜用鈉土，不宜用鈣土。ST-1先制漿加堿，后加鈉土。

二、特殊地層的配方

1、水敏性地層，易吸水膨脹、縮徑的地層：

（1）一般水敏性地層：SH和ST-1按基本無(wú)固相配方制漿后加入0.2％以上（按漿液重量）的Na-CMC（鈉羧甲基纖維素），降低失水量；

（2）較強(qiáng)水敏性地層：SH或ST-1按低固相泥漿配方制漿后加入0.2％－0.3％（按泥

漿重量）Na-CMC，可進(jìn)一步降低失水量，抑制地層水化膨脹。

2、基巖擠壓破碎帶，護(hù)壁比較困難，易坍塌掉塊地層；可在SH或ST-1無(wú)固相或低固相泥漿中加入：KHm（腐植酸鉀）1－1.5％Na-CMC0.2％以上

3、承壓水地層：

植物膠類無(wú)固相沖洗液不能直接懸浮加重劑，承壓水地層使用植物膠時(shí)，必須先將植物膠配成低固相泥漿，然后再加入加重劑（如重晶石粉或鐵礦粉）才能制備成加重泥漿。

三、SH和ST兩類植物膠使用的促溶劑只能用燒堿（氫氧化鈉）不能用純堿（碳酸鈉）代替。

四、配制好的S系列植物膠新漿漏斗粘度必須達(dá)到60秒以上，低固相泥漿更高，才能表現(xiàn)出植物膠的優(yōu)越性。

五、S系列植物膠配制低固相泥漿時(shí)，植物膠的用量不得低于配制無(wú)固相漿液用量的一半。低于一半則植物膠的功能效果不明顯。

六、ST-1抗鹽性能較差，不能用二價(jià)以上可溶性鹽類作處理劑，不宜鉆進(jìn)水泥地層。七、SH膠抗鹽性能強(qiáng)，可以使用任何泥漿處理劑，亦可以鉆進(jìn)任何地層。用水泥護(hù)壁堵漏時(shí)，SH膠漿液保護(hù)水泥不被水稀釋，效果極好。

八、ST-1膠不宜用于5℃以下氣溫條件下鉆進(jìn)。九、SH膠可用于低溫條件下鉆進(jìn)。

十、SH和ST植物膠抗溫性能較差，深孔溫度在60℃以上不宜使用。6.2鉆探現(xiàn)場(chǎng)制漿工藝

1、現(xiàn)場(chǎng)制備S系列植物膠鉆探?jīng)_洗液的攪拌機(jī)要采用高速立式泥漿攪拌機(jī)，葉輪轉(zhuǎn)速須在500－700轉(zhuǎn)/分為宜，轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)700轉(zhuǎn)/分；亦可采用軟軸攪拌器；不宜采用臥式泥漿攪拌機(jī)和水泥攪拌機(jī)。

2、攪拌機(jī)可以單獨(dú)安裝動(dòng)力，或者用水泵的動(dòng)力帶動(dòng)，但要注意運(yùn)轉(zhuǎn)方向，即保證攪拌機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，桶內(nèi)液漿面呈正漏斗形，否則植物膠不易攪散，產(chǎn)生疙瘩。

3、制漿程序：（1）、先向攪拌機(jī)中加入1/2罐清水，開(kāi)動(dòng)機(jī)器以500-700轉(zhuǎn)/分速度高速攪拌，并一次性倒入植物膠粉，攪拌5分鐘，待干粉充分分散無(wú)疙瘩。（2）、然后加滿清水繼續(xù)攪拌，并加入燒堿水溶液以中低速攪拌5－10分鐘即可；

（3）、注意，不能長(zhǎng)時(shí)間高速攪拌，否則將造成高分子斷鏈，漿液粘度低。（4）、水溫較低時(shí)，植物膠不易溶脹，可在初攪時(shí)加入溫水（如柴油機(jī)冷卻水），可以得到好的效果。

（5）、繩索取心鉆進(jìn)，攪制的新漿要用14－20目篩網(wǎng)過(guò)濾。4、循環(huán)系統(tǒng)：

循環(huán)系統(tǒng)根據(jù)鉆孔深度和所鉆巖層設(shè)計(jì)。其中包括泥漿池和循環(huán)槽。（1）、30－50米的砂卵石層鉆孔，可以只用一個(gè)1－1.5m3，的泥漿池；60米以上的砂卵石層鉆孔，應(yīng)設(shè)計(jì)兩個(gè)泥漿池，總體積應(yīng)在2m3以上。基巖鉆進(jìn)可參照上述設(shè)計(jì)。礦山數(shù)百米深孔鉆進(jìn)，泥漿池容積應(yīng)在5m3以上。

（2）、循環(huán)槽的長(zhǎng)度5－15米，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和孔深確定，槽寬15－20厘米，高度10－12厘米，每隔30厘米一塊擋板沉砂。

5、漿液的維護(hù)管理：（1）、及時(shí)除砂，除砂方法根據(jù)條件選擇：a.及時(shí)排掉循環(huán)槽中沉淀的巖粉和砂子；b.安裝離心除砂器或除砂機(jī)專門(mén)除砂；

c.在漿液中加入聚丙烯酰胺水溶液加速巖屑沉降；

d.漿液含砂量太重，無(wú)法凈化時(shí)，全部排掉換新漿。（2）、漿液在使用中，由于膠質(zhì)消耗，粘度逐漸降低，是正�，F(xiàn)象。當(dāng)漏斗粘度降低到40秒以下時(shí)，要及時(shí)補(bǔ)充新的漿液。

（3）、泥漿池和循環(huán)槽不得有地表水和天上降雨浸入。

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