空气潜孔锤在深部地震探测中的应用

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“秦岭造山带与南鄂尔多斯盆地地壳精细结构与动力学响应”是国家自然科学基金重点项目,该项目于2010年10月被批准立项。

中国地震局地球物理勘探中心与中国科学院地质与地球物理研究所合作共同承担了该项目中“华北克拉通西部秦岭造山带与南鄂尔多斯盆地地壳与上地慢人工源高精度地震探测与精细速度结构刻画”专题的野外深部地震探测、地震资料采集和基础数据处理工作。

1 地理状况
工作区主要集中在山区,探测剖面大部分区段位于陕西省内,南端进入了四川省东北部与重庆市交界地区,基本呈北东方向展布,向北进入陕西省,终止于榆林附近。

沿剖面穿过了不同的地形条件和地理环境,跨越了大巴山造山带、秦岭造山带、秦岭北缘大断裂、渭河断裂、乾县—蒲城断裂以及口镇—关山断裂构造带和不同的地质构造单元。

地处山区,地形复杂。

工作区落差很大,高的在海拔2000m以上的山坡或山顶,每个爆破激发点的距离约为150km左右。

2 地层特点及钻井的主要问题
工作区广泛分布砂岩、石灰岩、个别地区有花岗岩,并且有的地区岩石岩溶化比较严重,因为地层条件比较复杂且不稳定,会在在钻井过程中出现一系列不利现象。

3 空气潜孔锤技术及工艺
3.1设备选用
钻探设备选用J-150B潜孔锤钻机2台,LGC-17/14、5空压机2台,钻杆全部为Φ89m m,Φ194m m球齿合金钻头2套,Φ180mm球齿合金钻头2套。

3.2施工工艺及参数
3.2.1钻孔结构
在岩石岩溶化的地层,开孔直径应是194mm,下入套管坐到基岩上护壁,终孔直径是180mm,基岩地层直接开孔180mm到终孔。

孔深控制在60～70m之间。

3.2.2技术参数
(1)钻压:钻压范围一般取12～17kN之间。

(2)转速:主要根据岩石的性质、钻头的直径以及冲击器的冲击功、冲击器频率等来确定。

(3)风量:与钻杆和孔壁之间的环状间隙有关,为了能充分发挥空气压缩机的功效,应当剂量缩小钻杆与孔壁之间的环状
间隙。

(4)风压:根据所用空压机和钻孔结构
计算,最大风压是0.7MPa。

3.3钻进操作规程
由上可知,空气潜孔锤钻进需要在一
定条件下进行,所以在钻进时应该严格遵
守以下规程:(1)要保持管路清洁、通畅、密
封,钻具丝扣连接处需涂抹丝扣油。

(2)冲击
器应该定时拆开检查、清洗,装配时要确保
各结合部的间隙。

在机器正常钻进时,每班
至少要通过向冲击期内注入一次机油,每
次注入量为200mL左右。

(3)摇保持孔底清
洁。

(4)在冲击器即将下入孔底时,应先送
风,边送风边将冲击器下至孔底;在停钻时
不能先停风,应先将钻具轻微提离孔底,将
孔底残余岩屑全部排出孔口,等主动钻杆
全部提出孔口后,才能停止送风。

(5)钻进
时,应该随时注意孔内情况和风压变化,若
发现风压忽然变大或冲击器在孔内工作不
正常时要及时处理,处理无效需及时进行
检查。

(6)在正常钻进过程中需采取少钻勤
提间歇冲孔的办法,这样可以即能防止憋
风和岩粉堵塞,又可以保证钻进安全进行。

4 实钻应用
4.1断裂破碎带地层中实钻效果
S P2爆破激发点位于四川省大竹县,
地层表面基岩裸露,共有7个爆破孔孔,孔
径180mm,设计孔深60～70m,2010年10
月25日开钻,进尺很快,很顺利,当钻到
17.5m后,钻孔周围地层表面有风透出,
钻压急剧下降,岩屑不能吹出,此时采取
向孔底注水、泡沫液,最终通过了17.5m
处,向下顺利钻进成孔,终孔65m,7个孔
有三个都是在17.5m左右遇到类似情况,
7个孔施工时间15d,实际进尺450m;SP6
点位于陕西省铜川县小丘镇附近,共有6
个爆破孔,施工时间9d,累计进尺390m。

4.2较完整地层实钻效果
其余的SP1、SP3、SP4、SP7炮点共20个
孔,岩层主要为片麻岩、石灰岩、花岗岩等
较完整岩石,实际施工时间23d,总进尺
1225m。

钻进进行的比较顺利,最大深度达
到70m。

5 钻进中的主要问题和解决方法
(1)潜孔锤钻进在潮湿弱含水层时,勤
提动钻具强吹风,向孔中注入水或是泡沫
液等进行钻进,使岩屑充分排出;钻到大厚
度含水层时,此时孔内的水能携带岩屑一
起排出,就可以再钻进了。

(2)潜孔锤钻进中,遇到意外现象会影
响钻进的效率,其原因是因为孔内有过多
岩粉存在。

我们采取的措施是:①孔内要保
持清洁无杂物。

②下钻前要及时清除钻杆
内的钻屑及杂物等。

③要求停风要缓慢,回
次结束后,待主动钻杆提出孔口后再缓慢
停止送风。

④停风后在规定时间内再卸主
动钻杆,可以避免出现钻杆内压力骤降引
起冲击器倒吸钻屑的问题。

(3)潜孔锤钻进过程中易发生埋钻的事
故。

其解决的办法有:①埋钻不太严重,钻
具能活动时,适当增大风量,边送风边上下
串动钻具,慢慢回转钻具,边转边提。

②埋
钻情况较严重,送不进去风,钻具且不能活
动时,试图从孔口下入一套风管,接上供风
管路,送风冲排埋积物,冲到底部就可以提
出钻具。

当事故无水孔段且孔较深时,风管
有时只能冲开一个小眼,虽通风但提不出
钻具,此时向孔内注水,同时加入泡沫剂通
过钻杆向孔内全风量送风,反复排粉,直到
排除事故为止。

6 结语
此次爆破孔钻探共钻进33个岩石孔,
钻进时间为25个工作日,总进尺达1700余
米,孔成以后炸药顺利下入孔内引爆,取得
了良好的观测记录。

通过此次工程的研究
和实践,得出以下几个结论。

(1)采用空气潜孔锤钻进技术在地震探
测中的应用,其技术路线和和方案更是科
学合理。

(2)此次工程为以后潜孔锤在类似地层
的地震探测爆破孔的钻进应用做出了示
范。

(3)气动潜孔锤钻进技术适合于在较完
整的基岩地层中钻进,那样效率才高,在破
碎地层中钻进,要解决护壁工作,才能充分
应用好这项技术。

参考文献
[1]卢予北.空气潜孔锤在云南红层中快速
钻井工艺应用研究[J].地质与勘探,
2011,3.
[2]陈怡.空气潜孔锤钻进工艺在贵州岩溶
地区供水成井施工中的应用[J],2005,
10.
空气潜孔锤在深部地震探测中的应用
渠名新
(中国地震局地球物理勘探中心 河南郑州 450001)
摘 要:通过项目的实施,空气潜孔锤钻机在25d时间内每台钻机成孔量达到800余米,对深部地震探测爆破孔钻进中存在的问题进行了分
析,提出了有效的解决办法,文中较详细的介绍了设备选择,空气潜孔锤钻进工艺等,该工艺在地震探测中有广阔的应用前景。

关键词:深部地震探测 空气潜孔锤 物探爆破孔
中图分类号:T U2文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0066-01
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