吳景華， 王文臣， 謝俊革， 溫繼偉， 何智浩

(1.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130021； 2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

繩索取心鉆進(jìn)工藝在非金屬礦產(chǎn)資源勘探中遇到的問題與對策

吳景華1， 王文臣1， 謝俊革1， 溫繼偉2， 何智浩2

(1.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130021； 2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

在介紹了非金屬礦產(chǎn)勘探中鉆探常見地層及其成孔特性和繩索取心鉆進(jìn)工藝特點的基礎(chǔ)上，分析了繩索取心鉆進(jìn)工藝在非金屬礦產(chǎn)勘探中容易出現(xiàn)的粘附卡鉆、憋泵卡鉆等事故的成因，提出了處理方法；總結(jié)了繩索取心鉆進(jìn)軟、散地層的沖洗液類型、性能要求、維護(hù)管理等方面的經(jīng)驗；著重介紹了SJP水泥漿及其用于鉆孔堵漏的灌注工藝方法。

繩索取心鉆進(jìn)；非金屬礦產(chǎn)；粘附卡鉆；憋泵卡鉆；沖洗液

0 引言

繩索取心金剛石鉆頭鉆進(jìn)(簡稱“繩鉆”)，在我國金屬礦產(chǎn)資源勘探中，已成為工藝技術(shù)成熟、被普遍采用的取心鉆探方法。在非金屬資源勘探中，因地層條件變化較大等因素，目前，國內(nèi)繩鉆工藝方法還未被煤田等非金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘探普遍采用，比如內(nèi)蒙古阿拉善左旗黑山煤田，2012年有40多臺鉆機，施工一千多米深的鉆孔，其中只有5臺采用繩鉆工藝，其余的都是采用提鉆取心的“普鉆”。出現(xiàn)這一狀況的主要原因是繩鉆工藝中還有缺乏適應(yīng)煤田地層特點的鉆進(jìn)工藝問題與需要采取的對策。

1 常見地層及其成孔特性

煤田、頁巖氣和油頁巖等礦區(qū)鉆孔的常見地層，主要是沉積巖地層，如泥巖、頁巖等粘土巖、砂巖和石灰?guī)r類以及變質(zhì)巖類的板巖等。

粘土巖類地層主要由粘土礦物組成的泥巖和再經(jīng)壓實、脫水和重結(jié)晶作用形成的頁巖等組成，其成孔問題包括：塞堵鉆頭，堵水憋泵；鉆孔超徑與縮徑；鉆具發(fā)生“粘附卡鉆”。

砂巖類地層是指松散的流砂層、有膠結(jié)物膠結(jié)的泥質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖和硅質(zhì)砂巖等。流砂層和泥質(zhì)膠結(jié)的砂層的成孔問題包括：鉆孔漏水或涌水；鉆孔超徑和塌陷。

石灰?guī)r種類雖多，但是比較完整的灰?guī)r地層，是很容易成孔的，只是灰?guī)r地層常有斷裂性裂隙和溶蝕性縫隙甚至有溶洞出現(xiàn)，鉆孔發(fā)生漏水和處理溶洞的麻煩等問題。

板巖是一種變質(zhì)巖，結(jié)構(gòu)致密，硬度較高，具有明顯的板狀構(gòu)造，板狀劈理發(fā)育。常見種類有鈣質(zhì)板巖、碳質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖等。繩鉆在板巖地層鉆進(jìn)，有時出現(xiàn)的問題是，孔內(nèi)有粒度不等的板巖顆粒出現(xiàn)，這些硬度較大的粗細(xì)顆粒，沿鉆桿外環(huán)空間上返到孔壁完整、孔徑規(guī)矩孔段時受阻，發(fā)生“憋泵卡鉆”的孔內(nèi)事故。

2 繩鉆工藝特點

繩索取心金剛石鉆頭(孕鑲鉆頭和復(fù)合片鉆頭等)鉆進(jìn)工藝有下述特點。

2.1 鉆桿外環(huán)間隙小

為實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)時鉆桿的回轉(zhuǎn)穩(wěn)定，鉆桿與孔壁間的間隙(或稱鉆桿外環(huán)間隙)小，2.5 mm左右，這是繩鉆工藝的重要特點。它對繩鉆其他工藝內(nèi)容的影響有以下幾點。

(1)沖洗液的類型。繩鉆沖洗液從孔底沿鉆桿外環(huán)的小間隙上返，其上返阻力(泵壓損失)在上返流速(或泵量)和孔深等一定時，主要與沖洗液液的粘度等流變參數(shù)有關(guān)，隨沖洗液液粘度增加，泵壓增大，過大的泵壓會壓裂、壓漏一些巖性較軟和節(jié)理發(fā)育的巖層；由于繩鉆鉆具的內(nèi)外環(huán)空間隙都小，高粘度的沖洗液，會增強提拉內(nèi)管時對孔壁產(chǎn)生的抽吸破壞作用。因此，繩鉆用鉆井液，應(yīng)是具有低流變參數(shù)的低固相泥漿和無固相聚合物溶液。

(2)加重泥漿的應(yīng)用受到限制。石油鉆井和鉆桿外環(huán)間隙大的巖心鉆探，采用加重泥漿抑制井壁失穩(wěn)和壓制井內(nèi)油、氣、水涌出的方法，在繩鉆施工中受到限制，甚至是不應(yīng)采用。原因是現(xiàn)今的加重泥漿的加重劑是粘土和重晶石等，不論是只用粘土加重，還是重晶石粉加重(泥漿原漿的粘度、切力要有懸浮重晶石粉的能力)，其泥漿體系將是高固相、高粘度和高切力的，這樣的泥漿用于繩鉆必將引發(fā)很高的泵壓，增大泥漿失水和壓裂易坍地層等加劇孔壁失穩(wěn)；高固相和特別是含有加重劑(固相)的泥漿，繩鉆鉆桿內(nèi)壁容易結(jié)泥皮，對內(nèi)管打撈和投放造成困難。

(3)容易發(fā)生鉆桿外環(huán)堵水的“憋泵卡鉆”。正如前文所述，板巖等地層的孔徑超徑處，出現(xiàn)的顆粒狀塌落物，其中粒徑小的隨鉆井液排出孔外，粒徑稍大的硬、粗粒隨鉆井液上返到規(guī)整孔徑入口處受阻，此時泵壓和扭矩大幅波動，半液壓鉆機會發(fā)出咔、咔的陣陣響聲，直到入口處出現(xiàn)“群粒封門”時，泵壓升到5、6 MPa以上、鉆桿被卡住。停泵后，稍加提拉和扭轉(zhuǎn)處理便能解卡。有相當(dāng)多的機臺，遇此情況后因無合適的處理方法，只好在解卡后，再向下掃孔、再出現(xiàn)憋泵卡鉆等，以此反復(fù)處理，孔內(nèi)超徑處逐漸發(fā)展成“陷塘”，使孔內(nèi)返不上來的粗顆粒越處理越多，有不少鉆孔因長時間處理無效而出現(xiàn)“廢尺”或鉆孔報廢。

2.2 巖粉顆粒細(xì)小

金剛石鉆頭尤其是孕鑲鉆頭，破碎下來的巖粉顆粒多為微米級的粒度，遠(yuǎn)小于石油鉆井產(chǎn)生的鉆屑顆粒，所以繩鉆用沖洗液，不必過多關(guān)注其懸浮巖粉的能力，即不適宜用較高的粘度、切力和密度的鉆井液，否則會增加沖洗液除粉凈化的難度，使沖洗液的含砂量增多。此外，繩鉆的泵量不必大，大泵量即鉆井液的上返流速增大，會引起泵壓升高，在持續(xù)高泵壓下，像高固相泥漿一樣，會增大鉆井液的失水，甚至壓裂較軟的孔壁巖層，加速孔壁失穩(wěn)。

2.3 鉆具的轉(zhuǎn)速高

金剛石鉆頭以高轉(zhuǎn)速取得高鉆速。高轉(zhuǎn)速下回轉(zhuǎn)的鉆桿，與孔壁間產(chǎn)生的摩擦，會引起鉆桿回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生高頻位移，由此引發(fā)鉆桿高頻的橫向振動，增大鉆桿回轉(zhuǎn)阻力，嚴(yán)重時的強烈振動會迫使停車。因此，繩鉆沖洗液需要有很好的潤滑性能，尤其在深孔鉆進(jìn)時。

2.4 鉆桿外平易發(fā)生“粘附卡鉆”

繩鉆的鉆桿柱外徑基本一致，這種外平的鉆桿柱，在深厚的粘土巖類孔內(nèi)，靜止停放的時間稍長，就有可能粘附到孔壁上，出現(xiàn)“粘附卡鉆”事故。鉆桿被“粘卡”在孔壁后，扭不動、提不動，但孔內(nèi)鉆井液能正常循環(huán)。

由上可以歸納出，在非金屬礦區(qū)的繩鉆施工，需要著重研究解決的工藝技術(shù)問題是：鉆進(jìn)粘土巖和砂層等軟、散性地層，選取適用于繩鉆的防坍性鉆井液問題；通過深厚的粘土巖類地層后，如何預(yù)防和處理“粘附卡鉆”問題；鉆進(jìn)破碎的板巖、灰?guī)r等地層時，預(yù)防和處理“憋泵卡鉆”問題；繩鉆孔內(nèi)嚴(yán)重漏水的處理問題等。

3 軟、散地層用防坍沖洗液

3.1 鉆井液類型與性能要求

繩鉆用防坍沖洗液應(yīng)是具有低密度、低流變參數(shù)的低固相聚合物沖洗液和無固相聚合物溶液。

3.1.1 沖洗液的性能要求

沖洗液的性能：密度1.02 g/cm3，蘇氏漏斗粘度24～30 s，表觀粘度4～6 mPa·s，中壓(0.7 MPa)失水量7～10 mL，pH值8～8.5，含砂量<1%，泥皮薄而致密。

繩鉆用沖洗液的性能要求，著重于沖洗液在低密度、低流變參數(shù)下的護(hù)壁性能、潤滑性能、沉降巖粉的自身凈化性能等，因此，除上述的性能指標(biāo)要求外，有條件時，還可為評價鉆井液的護(hù)壁性能，做巖樣靜、動態(tài)浸泡試驗、泥皮或聚合物膜的抗張強度等測試；沖洗液的潤滑性能(摩擦與磨損)測試；巖粉的沉降試驗等。

3.1.2 沖洗液種類、基本組成與性能特點

具體的沖洗液種類要根據(jù)地層特點對沖洗液的性能要求并經(jīng)試驗選取。

3.1.2.1 低固相(或低固相不分散)泥漿

(1)膨潤土：含量(質(zhì)量)為泥漿體積的4%～5%。

(2)降失水劑：以低聚合度的聚合物為好，如低粘纖維素、水解聚丙烯腈、酚醛樹脂類等低粘的處理劑，正是由于是低粘性降失水劑，對泥漿的增粘性不強，所以可以增大加量，得到有較低失水量而粘度并不高的低固相泥漿。例如：膨潤土5%(吉林劉房子天然鈉土)，纖維素0.8%(低粘)，水其余；配制的低固相泥漿性能指標(biāo)：漏斗(蘇式)粘度30 s；中壓(0.7 MPa)失水量8 mL左右。

(3)腐植酸鹽類處理劑：亦屬低聚物類，具有降粘和降失水作用，經(jīng)筆者的試驗結(jié)果得知，腐植酸鹽類降失水劑的加量，只有達(dá)到很大時，才開始顯示出降失水作用。

加適量的磺化瀝青或乳化瀝青，會得到較好的降失水和潤滑作用。

(4)包被劑：如高聚合度的水解型聚丙烯酰胺(PHP)、共聚型聚丙烯酰胺(80A51)、PAC-141等高聚物線型大分子。通常把加有適量包被劑的低固相泥漿稱作低固相不分散泥漿。包被劑在泥漿有很強的增粘作用；具有抑制粘土質(zhì)巖粉(屑)的水化分散作用，即抑制其分散造漿，利于泥漿的凈化、固控；包被劑對低固相不分散泥漿的失水量影響不大；包被劑曾稱為泥漿的選擇性絮凝劑，因其加量范圍和低固相聚合物泥漿的分散體系組成等因素，以絮凝方式聚集巖粉的作用并不明顯。

3.1.2.2 無固相聚合物溶液

無固相聚合物沖洗液中聚合物的選取，以聚合物在孔壁上的成膜性和膜的致密性、粘結(jié)性和柔韌性等為主要條件，常用2種或幾種聚合物搭配組成。種類很多，其中含水玻璃的無固相沖洗液，國內(nèi)外早有用于煤田鉆探的報導(dǎo)[1]，以及水玻璃類無固相沖洗液的隨鉆堵漏和不提鉆堵漏等研究成果[2]；PAB無固相聚合物沖洗液[3]，是國內(nèi)目前用于繩鉆的低密度、低流變參數(shù)下，護(hù)壁性能較好的沖洗液之一。

3.2 沖洗液的管理

沖洗液管理問題是發(fā)生相關(guān)孔內(nèi)事故的重要因素。

3.2.1 配備攪拌裝置

機臺的沖洗液攪拌機和盛裝助劑溶液的箱、桶或罐等容器的數(shù)量和容量等，要根據(jù)施工鉆孔的深度和地層的復(fù)雜情況等，進(jìn)行合理的配備。每臺攪拌機的容積應(yīng)≮1 m3。

3.2.2 性能檢測與調(diào)整

非金屬礦產(chǎn)勘探中繩進(jìn)時，需特別重視沖洗液性能檢測與調(diào)整，首先，機臺要配備測試儀器和培訓(xùn)會使用儀器并能從事性能調(diào)整的人員，同時制定出沖洗液管理的規(guī)章制度。

3.2.3 沖洗液的地面循環(huán)系統(tǒng)和“固控”設(shè)備

非金屬礦產(chǎn)勘探的鉆孔通常較深，泥質(zhì)、砂質(zhì)地層較多，侵入沖洗液中的泥砂等有害固相，需要適時地清理除去，以維護(hù)鉆井液性能穩(wěn)定。對于繩索取心鉆進(jìn)施工深孔的機臺，其鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和固控設(shè)備，可參照與殼牌公司合作勘探油頁巖時所作的規(guī)定，其中固控設(shè)備有小型的振動篩、旋流除砂器和離心除泥機等。

4 粘附卡鉆的預(yù)防與處理

4.1 鉆桿與孔壁粘卡的原因與特征

4.1.1 粘卡的原因

(1)繩索取心鉆桿柱幾近外平，而且鉆桿外徑尺寸與孔徑相差不大，兩者緊靠一起時的接觸面積，約占接觸段鉆桿表面的2/5左右，兩者的接觸面積越大，相互粘結(jié)到一起的可能性越大。

(2)繩鉆通過深厚的粘土巖類地層，岀現(xiàn)長孔段的、具有粘性的孔壁，這是鉆桿可能被粘卡的重要的地層因素。

(3)在鉆進(jìn)粘土巖和砂巖等地層時，如果使用泥漿沖孔且其失水量大、泥皮厚而松軟，孔壁上有這樣的泥皮，是加劇鉆桿粘卡的人為因素。

(4)鉆具靜止停放在孔內(nèi)的時間長，尤其在深厚粘土巖類地層中成孔，鉆具在孔內(nèi)靜止停放時間稍長，就有可能發(fā)生粘卡，這是發(fā)生粘卡的重要的人為因素。

認(rèn)證機構(gòu)認(rèn)證審核的意義已經(jīng)非常明了，認(rèn)證機構(gòu)及企業(yè)在執(zhí)行中，應(yīng)特別注意知識轉(zhuǎn)移及吸收、落實的激勵機制。認(rèn)證機構(gòu)內(nèi)部缺乏激勵，會降低知識傳遞的數(shù)量、質(zhì)量，企業(yè)內(nèi)部存在的消極態(tài)度、權(quán)力斗爭等現(xiàn)象會阻礙受審核企業(yè)對知識的獲取意愿以及限制知識轉(zhuǎn)移的效率。只有充分做好激勵工作，才能最大程度的提高企業(yè)ISO14001績效，完善企業(yè)財務(wù)業(yè)務(wù)管理、完善企業(yè)內(nèi)部控制（Jian S等，2017）。

4.1.2 粘卡事故的特征

粘卡的鉆桿通常是靠向鉆孔的一側(cè)，稍有偏斜的直孔，鉆桿緊靠在斜孔的下邦，使鉆桿外環(huán)空間的斷面變成細(xì)長月牙狀，可使鉆井液上返暢通。但是鉆具卻是上下不能動，又扭轉(zhuǎn)不動的被卡住的狀態(tài)。

4.2 粘卡事故的預(yù)防

(1)鉆桿不要長時間的靜放于孔內(nèi)。需要長時間放置孔內(nèi)時，必須定時地、較長行程(大于一單根鉆桿的長度)串動鉆具，同時開泵沖孔并開車回轉(zhuǎn)鉆具。

(2)沖洗液的失水量要小、孔壁上的泥皮薄而致密。

(3)沖洗液中的固相含量要小，益于使用具有自身凈化性能的、防坍性強的無固相聚合物沖冼液。

4.3 粘卡事故的處理[4-5]

(1)鉆機回轉(zhuǎn)器夾住鉆桿并稍加上頂鉆桿，低速緩慢開車，扭矩到很大時，迅速用大管鉗子咬住鉆桿，將鉆桿“背住”，此時孔內(nèi)鉆桿有相應(yīng)大的回反扭矩，或稱反扭矩，但因鉆桿受阻于被孔壁粘卡而不能反轉(zhuǎn)回來。

(2)接著配制解卡液，解卡液是向清水或無固相沖洗液中加入適量的解卡劑，解卡劑有石油鉆井使用的解卡劑，對于繩鉆解卡可以選用親油親水平衡值(HLB值)較高的表面活性劑，如十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、油酸鈉和癸脂酸鈉等，還可用皂化油等乳化油類產(chǎn)品。配出足夠數(shù)量的解卡液，用其頂替出孔內(nèi)的沖洗液后，循環(huán)解卡。

(3)隨著活性劑分子逐層的水化、分散粘卡鉆桿的粘土顆粒，鉆桿轉(zhuǎn)動摩擦扭矩逐漸減少，當(dāng)其開始小于孔內(nèi)鉆桿的反扭矩時，孔內(nèi)鉆桿開始緩慢反轉(zhuǎn)，直到孔口背鉆桿的大管鉗子松動了，說明孔內(nèi)鉆桿己經(jīng)活動了。

解卡時間的長短，與鉆桿粘卡的程度和解卡液的性能等有關(guān)，短者只需幾十分鐘；長者要以天計。對于用解卡液不能解卡的粘卡，就只好反出鉆桿了。

5 憋泵卡鉆的預(yù)防與處理

憋泵卡鉆的成因，是孔內(nèi)超徑處掉落下來的粗顆粒，上返到規(guī)整孔段、環(huán)空間隙小的入口處受阻，出現(xiàn)“群粒封門”形成的孔內(nèi)事故，是繩鉆特有的孔內(nèi)現(xiàn)象。由于對其成因的認(rèn)識不同和處理方法不當(dāng)，成為繩鉆出現(xiàn)廢尺和廢孔的主要孔內(nèi)事故之一。

5.1 憋泵卡鉆的預(yù)防措施

(1)使用護(hù)壁防坍性強的沖洗液。礦區(qū)地層若有粉碎狀碎裂巖層、破碎的板巖層、含斷層泥和角礫的斷層帶、綠泥石化和高嶺土化等蝕變地層及泥質(zhì)膠結(jié)砂礫石層等，含有粗硬顆粒的孔壁很容易失穩(wěn)的地層時，應(yīng)選用能保護(hù)孔壁穩(wěn)定的防坍性好的沖洗液。

(2)避免對易坍孔壁的強烈抽吸作用。繩鉆鉆具的內(nèi)外環(huán)空間隙都較小，不論是打撈內(nèi)管還是帶內(nèi)管提升鉆具，都會對鉆頭以下的孔壁產(chǎn)生抽吸作用。對抽吸作用引發(fā)孔壁失穩(wěn)或因而產(chǎn)生的憋泵卡鉆變故，還未引起機臺的普遍重視，比如，有的機臺上一回次巖心全取上來，下一回次投內(nèi)管不到位，又送不進(jìn)水，提出鉆頭發(fā)現(xiàn)，鉆頭以上幾米長的鉆具內(nèi)塞滿了巖屑；再如，雖未發(fā)生巖屑進(jìn)入鉆具內(nèi)，但在回次開始發(fā)現(xiàn)孔底巖屑達(dá)2～3 m等，出現(xiàn)這種情況的原因，唯一的解釋是提升內(nèi)管的初始提速快，對孔底孔壁產(chǎn)生強烈抽吸作用并抽塌孔壁引起的。內(nèi)管提升在起始幾十米內(nèi)的提速越快、鉆井液粘度越大、下擴(kuò)孔器與孔壁間封閉的越好，產(chǎn)生的抽吸作用越強。在鉆進(jìn)易塌地層時，為避免對孔壁的抽吸作用，要有以下預(yù)防措施：①回次終了提起主動鉆桿時，不要關(guān)泵提升；②提拉內(nèi)管的起始提速一定要慢，而且最好是每提起幾米，便稍停片刻，直到提起20～30 m后再用正常提速；③沖洗液的粘度不要高，含砂量要小，含砂量大時，孔內(nèi)沖洗液中的砂易沉積封堵在擴(kuò)孔器上端。

(3)在含有粗顆粒的破碎地層中，要盡可能避免有大量的殘留巖心。

(4)適當(dāng)增大鉆桿外環(huán)間隙。

5.2 憋泵卡鉆的處理方法

出現(xiàn)憋泵卡鉆時，切記不要采用憋卡-關(guān)泵解卡-再下掃再憋卡，如此反復(fù)地出現(xiàn)憋泵卡鉆的處理方法，更不要有持續(xù)高壓憋泵，試圖用高壓頂開堵水部位的有害做法。對于鉆具外環(huán)間隙的顆粒堵水，用高壓強排不僅無濟(jì)于事，反而加劇了孔壁失穩(wěn)，增加了處理事故的難度。原因是堵水點在鉆具外環(huán)間隙，高壓泵水不用太大的泵壓，就能把堵水點以下的軟弱孔壁巖層壓裂，沖洗液以高壓態(tài)勢劈裂并進(jìn)入軟弱巖層深部，高壓憋泵持續(xù)的時間越長，劈開的裂隙越深。堵水解除后，進(jìn)入劈開裂隙內(nèi)的沖洗液又被擠回孔內(nèi)，孔壁巖層如此反復(fù)的劈裂浸水，必將變得更不穩(wěn)定，甚至直接引發(fā)孔壁坍塌。

出現(xiàn)憋泵卡鉆時，推薦以下處理方法。

(1)調(diào)整提升沖洗液的防坍性能，或者更換防坍性強的沖洗液，以很小的泵量(10 L/min左右)，緩慢地下放，以此把孔內(nèi)的粗顆粒磨碎、擠入孔壁或收入內(nèi)管。鉆頭到孔底后，再恢復(fù)正常的鉆進(jìn)。

護(hù)壁性很強的無固相聚合物溶液，可用于處理因憋泵卡鉆久治無效而面臨報廢的較深鉆孔，比如，遼寧省有色地質(zhì)103隊曾在遼寧省通遠(yuǎn)堡青城子鉛鋅礦繩鉆進(jìn)施工的一個深孔(設(shè)計深度1500 m)，鉆進(jìn)到1100 m時出現(xiàn)憋泵卡鉆，經(jīng)半年多用多種方法處理無效，最后使用一種無固相聚合物溶液(筆者提供)，沖孔鉆進(jìn)5個回次(鉆進(jìn)了只有5 m)，處理了半年多憋泵卡鉆的地層。再有華北有色地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第四地質(zhì)隊在山西靈丘腰站施工一鉆孔，孔深900多米時因憋泵卡鉆處理半月無效，后用PAB無固相聚合物溶液沖孔，配合以小泵量、慢下掃，經(jīng)3天處理恢復(fù)正常鉆進(jìn)。同樣的還有山東環(huán)泰鉆探工裎有限公司在山西沙河石河鐵礦區(qū)施工鉆孔深度960 m時，憋泵卡鉆處理多日未果，后用PAB聚合物溶液，經(jīng)2天多處理恢復(fù)正常鉆進(jìn)。

(2)換用小徑鉆桿下到孔底，用較大泵量排岀孔內(nèi)粗顆粒。使用比原用鉆桿小1～2級的小直徑鉆桿，下入孔底，有了較大的外環(huán)間隙，可以用較大的泵量沖孔，同時慢轉(zhuǎn)鉆桿，排出粗顆粒。

(3)使用孔底噴反鉆具撈取孔底粗顆粒?？椎讎娚浞囱h(huán)鉆具，曾在普鉆時用于破碎、松散地層的補采巖心，用于繩索取心鉆具撈取孔內(nèi)粗顆粒，需在鉆具底部裝有活門，以保證粗粒只進(jìn)不出。

6 孔內(nèi)嚴(yán)重漏水的處理方法

繩鉆施工遇鉆孔漏失時，主要是堵漏。鉆孔堵漏的實施程序，包括首先要認(rèn)識掌握鉆孔漏水的地層——孔內(nèi)水文地質(zhì)等漏水特征資料；再按漏水鉆孔的特征類型，選取堵漏材料與工藝方法。

6.1 鉆孔漏水的特征資料

包括漏水通道類型、裂隙寬度與產(chǎn)狀、漏水層位、孔內(nèi)靜水位和漏失程度等。

6.2 裂隙寬、陡，嚴(yán)重漏水鉆孔采用SJP水泥漿堵漏方法堵漏

針對裂隙寬陡、嚴(yán)重漏水孔的堵漏，常因堵漏漿液凝結(jié)時間長和用鉆桿注漿等原因，出現(xiàn)孔內(nèi)無漿和孔內(nèi)有漿但漏水點處無漿封堵等現(xiàn)象，推薦SJP水泥漿、單(雙)塞-孔口注漿法。

6.2.1 SJP水泥漿的組成與性能特點

(1)SJP水泥漿的組成見表1。配制時首先將水和1號、3號外加劑攪溶，然后加入水泥攪勻，最后加入2號水溶液攪勻并計時(加劑順序還有其他形式)。

表1 SJP水泥漿的組成

(2)SJP水泥漿性能特點。該漿液的突出性能特點是：漿液的可泵期和凝結(jié)時間是可以調(diào)控的，可泵期可在5～50 min內(nèi)調(diào)控。漿液的初凝時間為1.5～2.5 h，過初凝后很快終凝。通過改變外加劑的加量，調(diào)節(jié)漿液的可泵期和凝結(jié)時間，適當(dāng)增加2號外加劑的加量，會縮短初凝時間;增加1號和2號外加劑的加量，會增加可泵期的時間。

SJP水泥漿屬于粘度具有突變特征的“粘度時變性漿液”，其粘度隨時間變化曲線如圖1所示。漿液初始粘度在較長時間段基本不變，之后粘度緩慢上升，接近漿液可泵期終點時，粘度突然快速上升，漿液很快失去流動性。

圖1 不同漿液粘度(η)隨時間(t)的變化

除有速凝和早期強度高之外，SJP漿液還有后期強度也高的特性。

SJP水泥漿以其特有的性能，已在巖土治理工程[6-8]、地災(zāi)治理工程、鉆孔涌(漏)水治理等注漿工程領(lǐng)域，取得了成效顯著的應(yīng)用效果。如：成功解決了雅礱江錦屏水電工程中，錨索孔注漿對裂隙寬(20 mm)、陡(直立)注入大量普通水泥漿未能解決的注漿工程;云南昭通毛坪鉛鋅礦670中段，鉆孔強涌水(涌水壓力0.4～2 MPa、涌水量35～200 m3/h)，某孔曾用普通水泥漿注入上百噸水泥未果，采用SJP水泥漿，一孔的注漿量只有2～4 m3，便取得滿意的止涌效果。

SJP水泥漿獲得2013年國家發(fā)明專利金獎、2015年國家發(fā)改委定為“國家重點推廣低碳項目”之一。

6.2.2 SJP水泥漿封堵寬陡裂隙的單(雙)塞—孔口注漿法

6.2.2.1 雙塞--孔口泵送注漿

隔離塞的作用是為減少水泥漿被水稀釋，雙塞是指孔內(nèi)水泥漿的上、下兩端都有隔離塞，雙塞用在孔內(nèi)靜水位距漏水層位的孔段較長(約30 m以上)的鉆孔。雙塞注漿過程如圖2所示。其中雙塞的下塞為木塞(見圖3)，上塞可用紙卷塞，把手紙卷用膠帶纏緊呈球型，直徑與孔徑相近。

圖2 雙塞--孔口注漿示意圖

圖3 木塞

雙塞--孔口注漿漿液量(Q1)要依裂隙寬度和傾斜程度等因素確定，一般首次用SJP漿液堵漏，漿液量可多一些，比如，裂縫寬度≯2 mm時，可取Q1=2 m3。

替漿水量(Q2)按下式計算：

Q2=q1+q2=q×10×(H1-h-h1)+q2

(1)

式中：q1——孔內(nèi)的替漿水量，L；q2——地表水泵、管路內(nèi)容積，L；H1——漏水點的孔深，m；h——靜水位的孔深，m；h1——孔內(nèi)漿液面(紙塞)到漏水點的孔段長度，可取15 m左右。

水泥漿可泵期開始記時的起點與泵漿開始的起點基本相同，如果泵送漿、水結(jié)束時，正是水泥漿可泵送的最后時刻，水泥漿開始失去流動性并很快具有封堵作用，這是堵漏注漿最理想的效果。所以，可用泵送漿、水的時間，作為對水泥漿可泵期的要求，以求兩者同時結(jié)束。泵送漿、水的時間T的計算：

T=〔(Q1+Q2)/q0〕+t

(2)式中：Q1——漿液量，L；Q2——替漿水量，L；q0——泵量，L/min；t——泵送中可能停泵的預(yù)留時間，min。

以T(或稍大于T)作為要求水泥漿可泵期的時間，進(jìn)行SJP水泥漿配方試驗，求得可泵期等于或稍大于T的水泥漿配方。

6.2.2.2 單塞--孔口注漿

如果孔內(nèi)漏水點到靜水位的孔段長度較小(如<30 m)，可只用下部的木塞，其他與雙塞注漿相同。需注意的是，孔內(nèi)的水泥柱不宜太長，以免透掃水泥時鉆孔透偏。

7 結(jié)語

(1)非金屬礦產(chǎn)資源勘探中，常遇地層的顯著特點是軟和散等，在這類地層采用繩鉆工藝可能引發(fā)一些孔內(nèi)問題，需要有應(yīng)對的措施。

(2)軟弱地層的孔塌、縮徑、粘附卡鉆，脆、硬地層的憋泵卡鉆，鉆孔漏水多為嚴(yán)重漏水等，是繩鉆工藝在該類地層中應(yīng)用中比較常遇的孔內(nèi)事故。

(3)繩鉆工藝在這類地層中應(yīng)用的關(guān)鍵，是沖洗液的優(yōu)選及其維護(hù)管理。

(4)SJP水泥漿堵漏是治理鉆孔漏(涌)水的新型有效方法。

[1] 王文臣.蘇聯(lián)煤田鉆探使用沖洗液的現(xiàn)狀[J].煤田地質(zhì)與勘探，1981，(5)：68-69.

[2] 王文臣.鉆孔沖洗與注漿[M].北京：冶金工業(yè)岀版社，1996.

[3] 管宏圖.康仗子礦區(qū)復(fù)雜地層“繩鉆”技術(shù)與成果[J].吉林地質(zhì)，2011,(2)：114-115.

[4] 蔣希文.鉆井事故與復(fù)雜問題[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006.

[5] 彭步濤.繩索取心煤田鉆探深孔施工綜述[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(S2)：60-65.

[6] 裴向軍，黃潤秋，李正兵，等.錦屏一級水電站左岸卸荷拉裂松弛巖體灌漿加固研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30(2)：284-288.

[7] 張佳興，裴向軍，靖向黨.SJP型漿材在地基加固中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2015，42(4)：72-75.

[8] 楊華陽，裴向軍，劉一南.新型注漿材料在地基加固中的應(yīng)用[J].路基工程，2016,(2)：143-147.

[9] 吳景華.SS-1型可控水泥漿液的研制[J].長春工程學(xué)院學(xué)報，2010，(3)：11.

[10] 王文臣.鉆孔沖洗與注漿[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996:15-17.

[11] 靖向黨.巖土鉆孔工程學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

[12] 劉文永.王新剛.注漿材料與施工工藝[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2008.

[13] 肖銀武.緩凝水泥漿液性能的試驗研究[D].安徽淮南：安徽理工大學(xué)，2013.

[14] 許榮輝.簡明水泥工藝學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[15] 高德利，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下深井超深井鉆井技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2004.

Problems of Wire-line Core Drilling Technique in Non Metallic Mineral Resources Exploration and the Countermeasures/

WUJing-hua1,WANGWen-chen1,XIEJun-ge1,WENJi-wei2,HEZhi-hao2

(1.Changchun Institute of Technology, Changchun Jilin 130021, China; 2.Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan 610059, China)

Based on the introduction of common stratum of non metallic mineral exploration, boring characteristics and wire-line core drilling, the causes of accidents such as sticking and pump suffocation are analyzed with the countermeasures. This paper summarizes the wire-line core drilling experience about flushing fluid types, performance requirements and maintenance management in soft and loose strata; emphatically presents SJP cement slurry and its application in grouting technology for borehole plugging.

wire-line core drilling; nonmetallic mineral resources; sticking; pump suffocation; flushing fluid

2016-07-19；

2016-12-01

吉林省教育廳項目“吉林省油頁巖勘探新型鉆井液的研制”(編號：2014.314)

吳景華，男，漢族，1964年生，教授，博士，長期從事地質(zhì)工程的教學(xué)與科研工作，吉林省長春市同志街3066號，wjh1964918@163.com；王文臣，男，漢族，1937年生，教授，長期從事復(fù)雜地層鉆進(jìn)和漿材與注漿等研究工作，吉林省長春市同志街3066號，jlykwwc@163.com。

P634.5

A

1672-7428(2017)02-0043-06