地质设计需要孔内测井或进行井中物探方法试验时,应根据入井仪器的外径确定钻孔的终孔口径,依次确定上部的钻孔结构。深孔施工费用较高,一次性投入较大,但获取的地质信息量也是大量的,当地质部门对钻孔口径有特殊要求时,应以地质部门设计为准。
3、深孔钻进冲洗液配方及性能指标
深孔钻进岩层复杂程度要比浅孔高若干倍,施工难度大,因而冲洗液的性能应满足深孔钻进要求。当进入一个新区,缺乏深部岩层资料时,从开孔就以泥浆作为冲洗液,在保证孔壁稳定的同时,简化钻孔结构,减少技术套管的入井量。根据不同地层条件,泥浆配方和性能指标推荐如下:
较稳定地层采用不分散低固相泥浆。制备1m泥浆,加粘土粉30~40kg,Na2CO31~2kg,水解聚丙烯酰胺(PHP)0.2kg,聚丙烯酸钙(CPA)0.2kg。泥浆性能:比重1.02,粘度18~20s,失水量小于20ml/30min。
水敏地层、坍塌掉块地层的泥浆(腐植酸钾泥浆)。制备1m腐植酸钾泥浆,加粘土粉50~80kg,Na2CO33~4kg,腐植酸钾3~5kg,Na-CMC 0.5~0.8kg。泥浆性能:比重1.15~1.20,粘度20~30s,失水量4~10 ml/30min,pH值9~10。
裂隙地层、涌水地层的泥浆(钠羧甲基纤维素泥浆)。制备1m3的泥浆,加粘土粉150~200kg,纯碱5~10kg,Na-CMC 6kg。泥浆性能:比重1.3,粘度30~40s,失水量小于8 ml/30min。
当有深部岩层资料后,完整地层可选用清水加润滑剂或无固相冲洗液,以实现快速钻进。 深孔钻进应针对地层的复杂程度合理配置泥浆并保持良好的护壁性能,将有利于钻进效率和钻孔质量的提高。深孔钻进必须配备泥浆性能指标测试仪,建立良好的泥浆循环系统,并配备有效的除砂设备。泥浆性能指标随着钻孔的逐步加深、岩性变化适当调整。
4、钻进技术参数
深孔钻进的钻压和转速不同于普通的浅孔,在800m以前的孔段可采用常规的钻进参数,当孔深大于800m之后,只要钻机有能力,尽量保持高转速,压力应根据岩石力学性质、可钻性、钻头的唇面形状和防斜的需要适时调整,泵量则根据环状间隙和钻进效率适度调整。
5、预防孔斜措施
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地层促斜作用,导致钻孔严重弯曲。河南省桐柏县大河铜矿区设计钻孔顶角8°,孔深400m时钻孔轨迹偏离勘探线60m;国内某钻探公司在非洲施工,孔深1300m时偏离勘探线300m,钻孔严重弯曲导致未能钻穿预想的隐伏矿体,使巨额投入未达到地质目的。深孔钻进在防斜方面应采取如下措施:控制钻杆与孔壁间隙;采用不同类型的钻头,并控制钻压;在用加大尺寸钻头时,使用扶正器;换径时采用导正钻具。
6、深部钻孔的测井技术
深孔钻探除采取岩矿心、地质编录外,还应采用孔中物探测井技术,提高钻孔的利用程度,为地质找矿获取更多的地质信息。
7、开展深孔钻进技术攻关活动
深孔钻探投入大,周期长,风险高,钻探施工单位应结合具体情况组建钻探技术攻关小组,着重开发研究解决如下技术:老矿山周边采空区钻进与护壁,深孔钻孔结构设计,技术套管入孔与起拔,随钻测斜与纠斜技术,深孔定向钻进与分支孔施工技术,复杂地层钻进与取心技术等。
四、深孔钻探的组织与管理 1、深孔钻探施工的管理
深孔钻探包括施工组织和钻探技术两个方面。钻探技术和设备选型与配套前面已经叙述,生产的组织和管理也十分必要。超深钻孔的施工,我局经验不多,三队今年在山西省翼城县铁矿异常验证钻探施工中完成了一个深度1076.50m的钻孔,是我局在内生金属钻探方面施工的第一个深孔,积累了一定的深孔施工经验。但是此孔事故较多,施工时间过长,经济效益不高。
深孔钻探施工在设备工器具配套的前提下,要有高水平的技术管理人员指导钻探作业施工,更需要熟练的技术工人来操作。今后在深部勘查中,将会设计更多的超深钻孔,钻探施工如何保证完成任务,将是我们面临的问题。目前情况下,局队两级管理部门应有钻探技术人员负责钻探生产的管理和技术研究,并需要培训一批熟练的技术工人。在设备购置、技术研究、人员培养等方面,重点向深孔钻探施工方面倾斜。
2、钻探技术工人的培养与使用
为发挥现有油压钻机和全液压钻机的作用,积极为地质找矿服务并取得经济效益,在组织管理方式方面需进行优化。应有技术和管理人员负责钻机的使用和维修,建议千米钻孔每台钻机配技术工人7人(机长1人、班长3人、钻工3人),其他8~10名工人可采用雇用临时用工的形式解决。钻探技术工人要经过技术培训,固定使用。工作作业方式按三班八小时工作制,既保证生产的正常进行又保持工人有良好的体力,最大限度的挖掘设备和人力资源的潜力。1500~2000m深孔施工,采用四班六小时工作制,技术工人足额配置,并配备2~3名技术人员。
目前全局岩心钻机有30台套,每台钻机按7名技术工人配置需要210人,但目前能胜任钻探工作的技术工人较少,且年龄偏大,需要招收一批合同制工人来操作钻机。河南省煤田地质局招收合同制工人的经验值得我们借鉴。首先这批工人在技工学校通过钻探专业的技术培训,其次通过社会保障部门与工人之间签订长期用工合同,第三合同制工人按企业用工的方式管理,单位为工人缴纳基本养老保险、医疗保险、失业、工伤和生育等保险,缴费基数、缴费比例、享受待遇等均与社会企业工人一视同仁,第四合同制工人在工作期间享受同等待遇。所招收的工人其身份是合同制,隶属于当地劳动保障部门。除合同制技术工人之外,钻机上还需要的普通工人,考虑到地勘行业工作的特殊性,这批人可以采用随用随聘的方式,并与工人签订临时用工合同,以保障钻机满员,尽力发挥技术设备的作用。
3、钻探装备的配套
近年来两权价款设备购置费的注入,使我局的钻探设备得到更新,但是在应用中存在钻杆不配套问题。比如XY-5钻机在购置时配备φ71绳取钻杆,正常情况下可以保证施工,岩层复杂、钻孔坍塌漏失,需要频繁提钻或注水泥浆护壁时,绳索钻杆就失去了优势。建议每个地质队应配置一套普通钻杆以适应钻探生产的需要。
4、优惠政策与要求
为保证全局现有钻探设备发挥应有的作用,在我局地勘单位钻探工作量向外发包时,优先考虑自己内部的钻机,给他们创造一个较为宽松的内部环境。局内部钻探设备的使用在现阶段以队为单元,若集中力量向社会上承揽工程时,则以岩土公司和四队为龙头,发挥他们甲级资质和管理的优势。局内部各种类型的设备应建立台帐,提高设备的有效利用率,按时提取设备折旧费,不得将设备租赁给个人经营。
注:本文作者张录星为河南省有色地矿局总工程师,司百堂为河南省有色地矿局科技开发处处长