甘家巷矿区提高钻探施工效率的措施

徐日勇，陈 涛，杭 程

（江苏省有色金属华东地质勘查局江苏华东地质工程有限公司，江苏南京210033）

岩芯钻探施工已从单一的为地质找矿勘探服务，转变为地球科学探测、国家战略资源安全保障及生态环境文明等众多领域的服务工作，钻探施工手段及施工效率也在钻探人员孜孜不倦的努力下得到了不断的提高；本文以我单位施工的甘家巷铅锌矿区地质普查项目钻探工程的2个钻孔施工过程为蓝本，通过对前期施工钻孔资料的收集、分析及研究，从钻探设备、冲洗液应用技术以及工程管理3个方向着手，利用不同的钻探施工设备，使用不同的冲洗液配方，贯彻执行编制合理有效的施工方案为手段，取得了显著不同的施工效率，为今后在该区域岩芯钻探施工提供很好的借鉴作用。

1 项目概况

为展开甘家巷地质普查项目钻探工程的工作任务，我单位于2105年12月21使用XY-44型立轴式回转钻机进场施工ZK14805，经过11d的筹备期，于2016年1月1日开始施工，并于2016年3月10日结束施工作业，终孔孔深为821m。剔除辅助及其他时间，该钻孔的钻探实际作业时间为55d，经过统计后得出其施工效率为14.93m/d。

2016年12月6日，我单位再次施工该区域的ZK15012，为避免出现之前ZK14805时施工效率低下的现象，成立了《甘家巷铅锌矿钻探工程提高施工效率攻关》小组，采用了分析对比方法，对前期施工钻孔存在的问题进行收集、并从众多的不利因素中提取了重要影响因素，研究制定出相应的应对措施，用以提高钻探施工效率。

2 矿区地质条件

宁镇地区地层自震旦系至第四系均有出露，其岩性由老到新简述如下：

（1）震旦系（Z）：下统为含砾千枚岩、千枚岩，上统为厚层灰岩及白云岩、白云质灰岩。

（2）寒武系（∈）：厚层白云岩及含燧石条带（或结核）白云岩，含灰质白云岩，局部夹薄层磷灰岩。

（3）奥陶系（O）：下统中厚层白云岩、白云质灰岩、结晶灰岩；中统瘤状灰岩、中厚层灰岩夹薄层灰岩；上统为泥质灰岩、页岩及硅质页岩。

（4）志留系（S）：下统为页岩；中上统为粉砂岩夹细砂岩。

（5）泥盆系（D）：中下统为紫色页岩、粉细砂岩；上统为含砾粗砂岩、石英岩状砂岩夹粉砂岩、粘土岩。

（6）石炭系（C）：下统为砂页岩、泥灰岩及结晶灰岩；中统为白云质灰岩、粗晶灰岩、灰岩；上统为灰岩。

（7）二叠系（P）：下统为灰岩、含燧石结核灰岩，夹硅质岩；上统为砂页岩、硅质页岩，夹薄煤层及灰岩透镜体。

（8）三叠系（T）：中下统为页岩、泥灰岩、灰岩，顶部含石膏层；上统为紫红色粉砂岩、页岩。

（9）侏罗系（J）：中下统为含砾砂岩、砂岩、粉砂岩；上统为火山碎屑岩。

（10）白垩系（K）：角砾岩、砂岩、粉细砂岩。

（11）第三系（N）：砂砾岩、泥砂岩和玄武岩。

（12）第四系（Q）：泥砾、亚粘土及卵砾层。

3 施工效率的影响因素

3.1 设备因素

施工ZK14805采用的是机械传动（回转与升降钻具）、液压给进（给进与卡夹）的XY-44型立轴式岩芯钻机，该钻机有较明显的缺陷，主要包括：（1）升降作业时需由卷扬机与滑轮组配合才能完成，需要配备一定高度的钻塔，钻塔的拆装与安装过程需要消耗较多的辅助时间，也存在一定的安全隐患；（2）作业时，钻机的卷扬机轴线与天车轴线需垂直才能作业，钢丝绳缠绕需纵向缠绕，故易损坏钢丝绳，增加了钻探施工成本；（3）钻进过程中需频繁倒杆，易造成孔底岩芯堵塞，增加了辅助工作时长；（4）钻机的回转器不能兼做拧卸工具，拧卸钻杆时需工作人员手动操作，同样增加了辅助时间。

3.2 地层因素

3.2.1 松散破碎地层

ZK14805施工至495m处遭遇破碎带，钻进过程中孔内不返水，出现严重的坍塌、掉块现象，使钻具无法下至孔底，从而形成无法加杆钻进，不得不采取扩孔下套管的技术措施，以应对该段破碎地层，这一技术措施的使用花费了8d辅助时间，较大地影响了施工效率。

3.2.2 裂隙发育地层

ZK14805施工至602m处，孔内出现大裂隙，无法继续钻进，经讨论后决定采取水泥封孔的技术措施进行护壁堵漏，使用水泥封孔技术措施，则需要等待水泥凝固后方能扫孔继续钻进，增加了施工辅助时间，降低了施工效率。

3.2.3 水敏地层

ZK14805施工过程中遭遇到水敏性地层，钻进时，地层遇水膨胀，钻孔孔径缩小，导致起下钻极为困难，甚至出现钻杆钻具卡死现象，使作业无法继续，也成为影响施工效率的因素之一。

3.3 管理因素

3.3.1 工程施工方案

ZK14805的施工组织设计（施工方案）不够完善，未对施工中的存在的难点及困难进行有针对性的分析判断，也未能提出有针对性的防范措施。

3.3.2 施工现场管理

ZK14805施工前未进行施工作业计划，导致施工过程中遇到难点时，盲目地采用不合适的措施进行处理，带来的结果是事故越处理越复杂，因而增加了辅助时间；而在施工期间各项制度（班前班后会制度及交接班制度等）执行力度不足，产生了施工管理不够严谨，力度不够强，使施工效率受到影响。

4 提高施工效率的方法

4.1 采用先进的钻探设备

使用国内先进的全液压动力头式岩芯钻机（CSD-1800型），该钻机主（回转与升降钻具）传动与辅助（给进与卡夹）传动均以液压系统为动力完成，其中液压动力头则为主要单元及部件；该钻机的特点是：（1）动力头可沿桅杆移动，其导向性好且实现了长行程给进功能，不仅大幅度增加了纯钻时间，还通过钻机的连续作业，大幅度减少了孔内事故发生的概率，同时可有效提高岩芯采取率；（2）钻进角度可任意调整，钻机移动搬迁极为方便，无需单独配置钻塔，这样可减少辅助作业时间，提高生产效率；（3）动力头与孔口夹持器相互配合可实现钻杆的机械化拧卸工作，同时由于钻机在施工作业期间所有动作均由液压系统中的液压元件完成，必然减轻了操作者的劳动强度。

4.2 调整冲洗液（泥浆）配方

4.2.1 松散破碎地层

钻遇该类地层时，采用聚丙烯酰胺为主要添加剂的低固相预水化膨润土泥浆，该种冲洗液的特点是：能够有效抑制钻屑分散及快速形成低渗透泥饼，维护钻孔孔壁稳定。

4.2.2 裂隙发育地层

钻遇该类地层时，一是可从设备操作着手，在起下钻过程中采用平稳升降，避免出现过猛过快升降；二是针对泥浆泵的操作时，应按照开泵平稳的原则进行开泵操作，避免出现孔内激荡压力的出现，从而产生人为的地层压裂，形成孔内漏失现象；三是从冲洗液着手，采用低粘度Na-CMC为主要添加剂的低固相泥浆，可产生较为显著的降失水效果。

4.2.3 水敏性地层

为了应对水敏性地层，一是从操作上加强缩径的预防措施，即在起下钻遇阻时，不可生拉硬提，可采用上下缓慢串动的措施；二是配置高密度、低失水的冲洗液，主要添加剂可使用腐植酸钾；其特点是：高密度可以平衡孔壁岩石的侧压力，阻止泥岩的水化膨胀，防止孔径变小；低失水则可防止其中的自由水失去后进入岩层中，也可以使粘土颗粒不易水化膨胀，使孔径不易变小，从而降低缩径卡钻的可能性。

4.3 加强施工管理

4.3.1 工程施工方案

钻探工程施工方案（或组织设计）是指导钻探施工作业的重要依据，方案中的内容应全面、系统、详细，具有较强的可操作性，并应能根据生产的实际过程进行必要的修正、补充和完善。

针对ZK15012的施工，在施工之前通过前期施工的ZK14805的了解、分析及研究，有针对性地编制了该孔的施工方案，其内容包括设备投入情况、钻孔结构设计、不同深度内对应地层的配套冲洗液（泥浆）类型，并提出针对性较强的施工技术方案（包括护壁堵漏措施、孔内事故预防与处理措施等）以及质量、安全、进度及环保等保障措施。

4.3.2 现场施工管理

严格执行项目管理制度，通过班前班后会、交接班等制度的运行，使班前会能够做到先期了解上一班的生产情况；而班后又能够做到交班后查看任务完成情况、技术措施执行情况、安全操作规程执行情况，在交接班时能够做到按岗位分工进行对口交接，除此之外，还应编制施工日志，记录每日的施工进尺情况、安全生产情况以及设备运转状况。

5 施工效果对比

（1）通过施工设备的更换，实现了设备的整体搬运，降低了施工期间劳动者的作业强度，缩短了辅助作业时间；

（2）调整了冲洗液的配方，针对不同的地层选用相应的冲洗液配方，有效地解决了钻孔内的坍塌、掉块及缩径等现象的发生；

（3）施工效率得到明显提高，钻进效率由14.93m/d提高到27.52m/d；

（4）缩短了施工工期，由原来的耗时55d（钻孔深度：821m）提升到耗时33d（钻孔深度：908m）。

6 结论与建议

通过对甘家巷矿区岩芯钻探施工过程的总结，利用对前期钻孔资料的收集、分析及研究等手段，探索出适合该区域的施工设备、技术及管理手段，并在规定的时间内圆满完成了工作任务，获得了良好的经济效益，同时提出以下建议供探讨：

（1）在施工场地及道路允许的前提条件下，可采用全液压动力头式岩芯钻机这样可以有效地提高施工作业时间，减少辅助作业时间。

（2）通过不断的调整冲洗液（泥浆）配方，获取适合某一区域施工的冲洗液（泥浆）体系。

（3）做好施工组织策划工作，编制详细且有针对性的施工方案，为施工的顺利进行奠定基础。

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