第五讲----钻探工程质量

62第五讲岩心钻探工程质量一、岩心钻探六项质量指标的内容（一）岩矿心采取率与岩矿心整理1.要求取心的岩层，全孔平均采取率一般不得低于65%。矿化带、重要标志层以及矿层与顶板交界处以上和矿层与底板交界处以下各三～五米范围内的岩层，平均采取率一般不得低于75%。不要求取心的岩层，不计算采取率。2.可采的薄矿层(厚度小于四～五米)，每层平均采取率一般不得低于75%。厚度较大的矿层，从矿层与顶板交界处开始，依次每五或十米矿层的平均采取率一般不得低于75%。3.某些情况下，岩层、矿层的平均采取率需要高于或低于上述规定以及某些孔段的岩层需要分层计算采取率时，按需要和可能的原则，可在设计中提出具体指标。4.岩(矿)心采取率按下列公式计算：岩(矿)心采取率＝尺长度的累计数各回次取岩（矿）心进的累级数各回次岩（矿）心长度×100％式中的进尺和岩(矿)心长度，系指在固体岩(矿)层中的实际进尺和取出的岩(矿)心长度，除设计要求外，不包括废矿坑、空洞、表面覆盖物、浮土层、流砂层的进尺及取出物。5.由机台负责将岩心清洗干净，自上而下按次序装箱，在岩心上用漆或油浸色笔写明回次数、总块数和块号(松软、破碎、粉状及易溶的岩矿心应装入布袋或塑料袋中)，用铅笔填写岩心牌，放好岩心隔板，并妥善保管。（二）钻孔变曲度与测量间距1.一般钻孔不同孔深的各测点实测顶角与开孔设计顶角之差不得超过下表范围：测定孔深（米）100200300400500600允许顶角差（度）直孔24681012斜孔369121518注：孔深大于600米的钻孔，其弯曲度允许顶角差，可根据地质目的要求63与钻探施工状况具体商定。2.定向钻孔不同孔深各测点的实测顶角与该点设计顶角之差的范围，可根据具体情况由地质与探矿部门共同确定。3.某些易斜地层中，虽经采取多种防、纠斜措施，钻孔弯曲度仍达不到上述规定时，可根据需要与可能的原则，由探矿与地质部门协商，另行确定指标。4.关于测量间距。应依据地质设计或实测钻孔顶角小于或等于5º时，每钻进一百米测一次顶角(不测方位角)；大于5º时，每钻进五十米测一次顶角和方位角。定向钻孔和在易斜地层中钻进的钻孔，根据施工需要，应适当缩短测量间距。（三）简易水文地质观测1.在以清水为冲洗液的钻孔中，每班至少观测水位1～2回次。每观测回次中，提钻后、下钻前各测量一次水位，间隔时间应大于5分钟。以泥浆为冲洗液的钻孔中，一般可不进行水位测量。2.钻进过程中遇到涌水、漏水、涌砂、掉块、坍塌、缩径、逸气、裂隙、溶洞及钻具掉落等异常现象时，应及时记录其深度。3.在地下水自流钻孔中，可根据水文地质的要求接高孔口管或安装水压表测量水头高度和涌水量。4.孔内发现热水，应测量孔口水温及井温。（四）孔深误差的测量与校正1.在下列部位必须校正孔深(1)每钻进100米、进出矿层时(矿层厚度小于5米时，只测量一次)。绳索取心钻进时因提钻长度不等，可参照上述要求及时进行测量；(2)经地质编录人员确认的重要构造位置及划分地质时代的层位；(3)下套管前和终孔后。2.孔深误差率小于千分之一时不修正报表；孔深误差率大于千分之一时要修正报表，孔深经修正后即为达到指标要求。孔深误差率按下列公式计算：孔深误差率＝校正后的孔深校正后的孔深校正前的孔深×1000‰64（五）原始报表填写各班必须指定专人在现场用钢笔及时填写原始报表，要做到真实、齐全、准确、整洁。（六）钻孔的封闭与检验1.终孔前探矿部门根据地质部门提出的实际钻孔柱状图和封孔要求编写封孔设计，经分队(大队)技术负责或分队(大队)长批准后，交机台执行。2.不同地质条件下的封孔要求(1)见易溶、易蚀、易流散、易被破坏的工业矿层(如油、气、卤水、矿化水、可溶盐、硫铁矿、自然硫等)、含水层、含水构造的钻孔均须在顶、底板上下各五米范围的隔水层处，用325号以上的普通硅酸盐水泥或抗硫酸盐水泥封闭；(2)见除了上述之外的其他固体矿层，但未见含水层和含水构造并且孔位低于侵蚀基准面的钻孔，可用325号以上的水泥或其他隔水材料封闭钻孔最上部隔水层与透水层交界处；(3)矿层不厚或矿层与矿层、矿层与含水层较近时，可一并封闭；(4)需要进行地下水动态观测或对农田灌溉有利的钻孔，可暂不封闭。但对矿床充水有严重影响的钻孔，必须封闭；(5)孔壁严重坍塌或孔内有遗留物堵塞，无法处理时，可以只封上述部位以上的孔段。3.封孔后必须在孔口中心处设立水泥标志桩(用水泥固定)。机长将《钻孔封孔设计和封孔记录表》送交地质、探矿部门存档。4.根据需要，经地质与探矿部门共同研究，可选择少量钻孔进行封孔质量检查。二、保证岩心钻探质量的措施（一）提高岩矿心采取率的措施1.根据各矿区地质条件、岩矿层的物理机械性质和技术因素，正确地选择取心方法和工具。2.各类专用取心工具必须妥善保管，使用前要认真检查，每次用后要清洗检查、注润滑油。3.取心困难的岩矿层中，应尽可能选用金刚石或硬质合金钻进。654.在取心困难的矿层中钻进时，应限制转速、压力和泵量，适当控制回次进尺长度和时间。5.钻进时回次进尺不得超过岩心管长度。6.在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有采取上来时，须专程捞取，不应继续钻进，必需钻时不得超过0.5米。捞取岩、矿心时应尽量采用喷反、无泵或钢丝钻头等有效方法。7.退取岩心时要细心，尽可能地避免人为地破碎，并严格防止岩、矿心上、下顺序颠倒。（二）预防钻孔弯曲的措施1.不准使用旷动的立轴(导管)。2.开孔时，应选用锋利的钻头，主动钻杆不得有偏摆，轴心压力要均匀，要随钻孔加深而加长岩心管。3.在易斜岩层地区施工，应根据地层、见矿深度等条件合理设计开孔角度和弯曲强度，已掌握钻孔弯曲规律的矿区应设计受控定向孔。要尽量选用金刚石或硬质合金钻进。必须采用钢粒钻进时，应尽量用喷反钻具并使用小直径钢粒、少投砂、必要时降低轴心压力，控制钻进速度。4.深孔钻进时，应尽量采用钻铤加压。5.遇到片岩地层、倾斜岩层、破碎带、软硬互层时，应使用锋利的钻头和长、直、重、厚、刚的钻具(如大岩心管小钻头的倒塔式钻具、肋骨岩心管等)，有条件时也可试用冲击回转钻进。6.扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器。粗径钻具要用综合式异径接头连结，其中心线必须一致。换径时导正管要长于4米，第一回次的小径岩心管长度要短于1米。（三）做好简易水文地质观测的措施要及时观测水位及其他应测项目；水位观测的基准点必须一致，读数要准确，测绳不得任意割接。（四）降低孔深误差的措施1.机场使用的木尺或铁尺必须保持两端平齐，刻度准确、清楚，并注意经常校正。2.丈量机上就时应停止立轴回转，基准点必须一致，并应准确丈量，及时记录。663.加减钻具必须用钢卷尺丈量尺寸。4.校正孔深丈量钻具尺寸时必须使用钢卷尺，并将丈量结果逐根记录在班报表上。（五）做好原始记录的措施记录员应认真负责地做好当班的各项记录，机长(或综合记录员)要每天校对原始记录，发现错误要及时修正，无误后签字自存并定期移交统计部门保存。（六）提高封孔质量的措施1.封孔前必须准确掌握封闭段孔深及隔离塞(架桥)的位置，正确选用有一定强度的架桥材料，并将其固定牢靠。2.使用泥浆做冲洗液的钻孔，应根据情况自下而上清洗封闭段孔壁上的泥皮。3.水泥必须用清水搅拌均匀，水灰比应小于50%。4.可根据实际情况分别采用泵送、导管注入和注送器注入水泥浆的方法，水泥浆出口距隔离位置的距离应小于0.5米。5.注浆过程不要中断，封闭长度在5米以内时不得提动钻具；水泥浆灌注完毕，要准确掌握替浆的清水用量，不得过多。6.用套管护壁的钻孔，应先封好套管下部各封闭段后再起拔套管。三、岩矿心的采取及整理(一)对岩矿心采取质量的要求1、采取率要高；2、完整性(度)要好。尽量避免人为的破碎、颠倒和扰动，保持原有结构。3、纯洁性要高。要防止外来物质侵入，影响矿石的品位和品级。污染来源主要是泥浆和磨料，如泥浆对煤心的污染可使灰分增加40%。4、避免选择性磨损。由于岩性不一和措施不当，造成同一回次的岩矿心磨损程度差异很大，称之为选择性磨损。表现为软去硬留、小去大留、轻去重留。后果是岩心采取率下降，层位缺失或判断不准，矿石品位变化(人为的贫化或富集)。5、取心部位要准确。(二)影响岩矿心采取质量的因素1、地质因素：岩石的物理机械性质不同，对冲、振、磨、碰和溶蚀抵抗能力不同，尤其是同一回次中岩性发生变化时的影响最大。672、工艺因素①钻进中的机械破坏作用：钻具纵横向振动，引起岩心管冲撞、摩擦岩心；冲洗液的冲蚀作用；岩心堵塞互磨；液柱压力压碎岩心或造成岩心脱落；其它原因造成岩心脱落(升降操作不稳，升降受阻，跑钻，岩心未卡牢等)；处理事故造成岩心损耗；磨料对岩心的破坏作用。②影响机械破坏作用的因素：A、钻进方法与规程：对岩心的破坏：金刚石钻进＜硬质合金钻进＜钢粒钻进；钻进技术参数过大、过小或变更、调节不合理都会增大岩心损耗。合理的规程应当使钻速尽量高(磨损岩心时间短)，但以不烧钻、钻具无过大弯曲、钻头正常磨损为前提。B、钻具结构：a、钻头。钻头直径大时岩心粗，不易断裂、破碎。但直经过大则要求钻压大，因而振动加大，钻速降低，岩心不易采断，提升时易脱落。硬合金钻头加工质量好、结构合理时，钻进时振动小而钻速高，岩心采取率高。钢粒钻头长度大时岩心残留多，水口过大时易产生岩心堵塞(双水口钻头易变形)，造成岩心损耗。金刚石钻头质量高，结构合理，卡簧配合恰当时，钻速高，岩心损耗小。B、取心工具：取心工具与岩性适应且本身质量好(如单管弯曲小，同心度高；单动双管单动性能好；喷反钻具返水效率高等)时，岩心损耗小。C、操作技术：例如以下几方面都会造成岩心损耗：钻进冲提动过多、过高；岩心堵塞未及时觉察或处理时间过长；回次时间过长或进尺过多；采心方法不当造成岩心未采住或未采牢；退心时方法不当或敲打过度，造成岩心颠倒、破碎或流失。（三）岩矿芯的取芯工具及方法1、岩心卡取方法①卡料卡取法：适应于硬质合金及钢粒在硬~中硬，完整、致密的岩矿层钻进。②卡簧卡取法：适应于硬或中硬，较完整的地层，一般用于金刚石钻进、针状硬质合金钻进或硬质合金深孔钻进。③干钻卡取法：硬质合金钻进松散，软质和可塑性岩砂层(如页岩、粘土)时，可用干钻法采取岩矿芯。即在回次终了时停止送水，继续加压干钻20~30cm，利用没有排出的岩粉挤塞住岩矿芯，再通过回转将其扭断提出孔外。干钻的时间和68进尺不宜过长。④沉淀卡取法：此法适应于反循环钻进。在回次终了，停止冲洗液循环，利用岩芯管内悬浮岩粉的沉淀，挤塞卡牢岩矿芯。2、单层岩芯管钻具及取心方法3、双层岩芯管钻具4、反循环钻进取心①对采心质量的影响：反循环钻进中，由于冲洗液的流向与岩矿心进入岩心管的方向一致，能避免冲洗液对岩矿心的下正面冲刷和液柱压力对岩矿心产生的挤压和磨损，有利于岩矿心顺利进入岩心管，故可减少岩矿心的流失和重复破碎。冲洗液对岩矿心有一定悬浮、托举作用，减轻了选择性磨损。因此，它适应于各类松散、破碎、怕冲刷的岩矿层的岩矿心采取。②几种反循环钻进取芯方法：无泵反循环钻进取芯、喷反钻具取芯、反循环连续取心。6970717273747576777879(四)正确选择取心方法和工具1、完整的、采心不困难的地层采用硬质合金、钢粒单管钻进，卡料卡心；金刚石单管或双管钻进，卡簧卡心。2、软土层钻进一般采用合金单管，干拧取心。为防止冲洗液柱压脱岩心，可采用投球接头，在采心完成后投人隔水弹子然后提钻。由投球钻具改进而成的活动分水投球钻具，可阻挡水流直接冲刷岩心顶部并将水流分引至管壁，可将单管适用范围扩大到松软、不宜直接接受水流冲刷的地层。接头上通水孔的作用是提钻中泄水，防止钻杆卸开时喷浆。3、易冲蚀、溶蚀地层易冲蚀、溶蚀地层取心的关键在于隔水。因此使用双动双管效果最好。松散但不溶解、溶蚀的地层也可采用无泵孔底反循环钻具，它虽不能隔绝冲洗液，但因不泵送(压力小)且反向流动，对松散岩心有很好的保护作用。这两种取心工具的岩心容纳管均转动，80（五）、补取岩矿心的方法1、捞取法及其工具：卡簧捞心器、捞心钻头。2、孔壁补心：刮煤器、水力冲煤器。3、人工偏斜补样。81（六）岩矿