深部承压含卵石流沙层的成孔方法的研究与实践

汤 勇

(河北水文工程地质勘察院，河北 石家庄 050021)

在深部找矿钻探施工过程中，常会出现流沙层，而且流沙层中含有卵石，给钻探工作造成极大困难，处理不好可导致废孔。如何解决此类问题，目前在国内还没有成熟的经验可借鉴。本文通过某国内金矿钻探的一个工程实例，详细地说明了在深部地质钻探过程中遇承压流沙层如何成孔的方法，为类似工程提供了可以参考的思路及方法。

所谓承压流沙层(作者定义)，就是在承压水的作用下，使原有的流沙表现出具有一定的承压性。该流沙层的特点是流动性快，在钻进过程中一旦被钻穿，流沙就会延钻孔迅速上返。上返的速度和高度，视承压力的大小而各不相同，承压力越大，上返速度越快，上升高度越高；反之，承压力越小，上返速度越慢，上升高度越低。

1 工程概况及钻探施工过程

本项目位于内蒙古，在乌拉山金矿区钻探过程中，多个钻孔出现了承压流沙层，而且流沙层中含有卵石。该层大都出现在含金石英脉顶板以上约10～20m位置的破碎带中，厚度在1.8～3.6m之间，承压性的大小差别很大，一般流沙的上返高度在1～3m。目前，发现在268#脉ZK32-1钻孔中，该层承压最大，出现了严重的井喷现象。这种承压流沙层，也是造成该矿区在钻探施工中出现废孔最多的主要原因。

在该地层中钻进，如使用好冲洗液是能够迅速钻穿的，但在此层内若停泵采芯，钻具会被突然“抱死”造成埋钻事故。一旦被埋，处理事故相当困难，该孔十有八九就得宣布报废。

由于目前在金矿钻探施工中，为确保取芯质量，大都使用的是绳索取芯钻具。这种钻具在承压流沙层钻进取芯时，钻具一般都要提离孔底，在承压较小时，内管提出过程中，由于抽吸作用，在加上流沙的承压性，使钻具外管内立刻充满流沙，使内管再也无法投至孔底；在承压较强时，即便钻具提离了孔底，由于流沙上返速度极快，在停泵欲提内管的过程中，内外管环状间隙已经充满了流沙，是内外管同时被埋死，有时钻具能够被强行拔出，但在重新下钻时，钻孔变浅，还要重复钻进，以至来来往往、反复无穷，耽误工期而且没有进尺。

对付承压流沙层，最初我们在泥浆上狠下了一番功夫，结果无济于事；后来，在钻过流沙层后，试图把已配好的水泥浆用泵送入孔底进行封堵，实验多次均未成功。我们分析：这可能是由于承压作用，水泥浆无法进入流沙的缝隙中，或因承压水的作用把水泥浆稀释或者冲走。而后，我们就想用跟管钻进的办法挡住流沙，在该矿区，由于流沙层分布一般位于钻孔深度的180～250m之间。再加上金矿床是在构造破碎带内成矿，通天套管下至流沙层顶部，整个套管回转阻力相当大，加之流沙层承压，即使强扭硬压套管也往往会在破碎带内被卡死或在流沙层中被抱死，以至流沙未能挡住，套管却难以拔出。最后，实在没有办法之下，我们请来有关专家，一起进行仔细分析。我们发现，要想通过承压流沙层，在钻进过程中，第一泥浆泵不停，冲洗液不能停止循环；第二，中途不能加杆，只能一次性到底；第三，流沙层内含有一定量的角砾，必须加压扫孔才能到底。同时，我们也发现流沙层不算太厚，一般在1.8～3.6m之间。

钻孔地层柱状示意图如图1所示。

图1 钻孔地层柱状示意图

2 解决思路与具体方法

通过上述分析，我们就开始想在满足这些条件下，若能下入套管，流沙层是可以封住的。为此，我们进行了反复现场实践，具体操作过程如下：

1)钻至流沙层，换单管钻具，一次性穿过流沙层底板0.8～1.0m，上钻。

2)根据行业内现有的钻机和钻塔的情况，一次性加杆最长不能超过5.5m。为此，我们就取一根作套管用的岩芯管，长度要求比实际流沙层的厚度长出2.0m，目的是让套管下入后，上下各超出流沙层底板1.0m左右。这根岩芯管要求上端与岩芯管接头连接处做一个强度薄弱点(我们采用的是用车床加工一个宽3mm，深2.5mm的沟槽)。对这一点的要求，是在钻穿流沙层的过程中，既能承受一定的压力和扫孔时的扭矩，又能在该岩芯管(套管)一旦被流沙抱死，从此处能够扭断或拔断，从而与钻杆分离；下端连接一个只有外出刃而没有内出刃的金刚石钻头(需要从厂家定做)，以便下管后，小一级口径的钻头和扩孔器能够从中间顺利通过，进行下一步钻进。

钻孔地层柱状示意图如图2所示。

图2 岩芯管制作示意图

3)配钻具，下钻至流沙层顶部。注意：钻具切不可扎入流沙层中，否则，冲洗液就不能送入孔内，还需再次上钻。这时，尽可能多地使孔内钻杆高出孔口，然后合车，开泵。轻压慢转扫至孔底。停泵，充当套管用的岩芯管很快被流沙抱死，强力扭拉使岩芯管从强度薄弱处断开，上钻。然后下小一级口径的钻具冲孔，钻进即可。

3 效果分析

用下暗管的方法，2008～2009年在乌拉山金矿区钻探施工过程中，凡遇承压流沙层的几个钻孔均获成功。但这种方法也有其一定的局限性，一是在制作岩芯管(套管)的强度薄弱点的把握上，要求有一定的经验性；二是暗管下入的长度受一次性最大加杆长度所限制，暗管的直径受钻孔的终孔直径限制。

4 结论与建议

在钻探施工中，对如何穿越深部承压流沙层的方法，还需要做更多的尝试。也许还有更稳妥的方法，比如用低压旋喷水泥或使用化学胶液，也可以作进一步的实践工作。

[1] DZT 0017-1991.工程地质钻探规程[S].北京：中国标准出版社，1992.

[2] DZ/T 0227-2010.地质岩心钻探规程[S].北京：中国标准出版社，2010.