极寒天气条件下的钻探施工工艺技术

极寒天气条件下的钻探施工工艺技术

陈海蓉

山东省第八地质矿产勘查院，山东日照 276826

摘要：目前，正循环取心钻探施工离不开水，如何在零下28℃条件下有效地开展工作，一直以来是困扰钻探行业的难题。我院在青海省格尔木市大柴旦镇滩涧山金矿钻探施工中进行了有效尝试，通过科学管理，精心施工实现了台月效率1000米的优异成绩，为低温条件下进行钻探施工积累了一定经验。

关键词：极寒；钻探施工；保温

中图分类号：TE142 文献标识码：A 文章编号：1671-5659（2015）40-0143-02

2012年初，我院承担了青海省格尔木市大柴旦镇滩涧山金矿的生产勘探项目（钻探部分），该项目工期紧（50天）、任务重（3000米）、斜度大（大多数钻孔顶角为45°左右）、孔浅（我院施工18个钻孔总进尺为940.45m），最为关键的是整个施工期都处于小寒、大寒节气内，加之3500米的海拔高度，室外温度为-28℃～-6℃。现将有关施工工艺技术介绍如下：

1 矿区地质、构造概况

区内地层主体为元古代和奥陶-志留纪地层，山边及凹陷区均为新生代第四纪陆相沉积。钻遇地层主要为：（1）冲洪积砂、砾石；

（2）中砾岩夹含砾粗砂岩、中细粒砂岩；

（3）灰～灰白色变石英砂岩；

（4）青灰色大理岩夹灰白色绢云石英片岩及绢云方解片岩。

2 主要技术要求和施工难点

2.1 合同要求

（1）钻孔倾角30°～90°；

（2）钻孔岩、矿心采取率应不低于95%；

（3）天顶角和方位角每钻进50米观测一次，见厚大矿体和终孔时均进行观测，钻孔弯曲度要求100米不超过0.5°，方位角全角变化率不超过2°。

2.2 钻探施工难点

（1）保证岩矿采取率；

（2）钻探施工的连续作业；

（3）保证钻孔弯曲度符合设计要求。

3 钻探施工技术管理

3.1 设备类型

该项目特点是孔浅，搬家频繁；钻孔顶角大，立轴式钻机达不到要求。因此我院选用CS1000P6L进口动力头式阿特拉斯钻机，实践证明效果良好。

3.2 钻进方法与钻进技术参数

根据矿区地质结构与构造、岩石力学特性，结合钻探设备、护壁堵漏措施及合同要求等因素，采用金刚石绳索取心钻进方法。

钻进技术参数在实际施工过程中要根据具体情况及时地调整，只有三者之间达到良好配合，才能提高钻进效率。具体参考数值见表1：

表1 钻进技术参数表

3.3 钻孔结构

开孔采用PQ钻具钻进，钻至完整岩石3～5米后，下入φ114mm套管隔离上部松散层、覆盖层等不稳定地层，然后改用HQ钻具钻进至终孔。钻孔结构图如图1：

图1 钻孔结构图

3.4 冲洗液的使用

冲洗液在钻进过程中起到保证孔内安全；携带岩粉，避免重复破碎；冷却钻头，提高钻进效率等作用。据矿区地层条件，该项目中采用水解聚丙烯酰胺低固相淡水泥浆。其主要性能指标见表2：

表2 冲洗液性能指标表

3.5 钻孔测斜

采用LHSR单点照相测斜仪实时测量钻孔弯曲度。发现孔斜超标及时采取纠斜措施补救。

4 钻探施工组织管理

4.1 人员管理

高原地区施工较之于内地劳动强度大，我院按照三班三岗制（班长岗、记录岗、水泵泥浆岗）配置生产人员，另外配一名项目管理人员、一名机长、一名机修人员（相当于动力岗）、一名炊事员。

4.2 安全管理

在寒冷季节施工，安全管理上除正常规定的内容外，重点要做好防寒与防火的安全工作。

（1）项目上配备兼职安全员，机台人员选择技术好、思想觉悟高的职工。劳保用品配备要充分考虑到防寒与施工方便这两个条件。

（2）临时供水管路除外部包扎好外还要在低洼处安装放水阀门，当停止供水时，放净管内积水。

（3）柴油机、水泵等设备临时停用时，必须放净积水，以防冻裂机器。

（4）机场内火炉必须离开塔衣、场房顶1米以上的安全距离，炉座要垫有砖石或隔热板。

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图3 分段式扭结AT所主接线图

在上述改进的方案设计中，上、下行牵引网各增设一组锚段关节，采用电动隔离开关（6QS，7QS）操作方式，将供电臂分段为两部分。AT所上、下行馈线通过馈线断路器（1QF～4QF）分别连接至锚段关节两侧。在上下行牵引网间设置电动隔离开关（3QS），通过此隔离开关，可实现上下行并联供电或分开供电。当牵引网发生故障时，锚段关节上的电动隔离开关断开，牵引网分段运行，将事故范围从整个供电臂失电减少至1/2个供电臂失电，此时，非故障范围内的牵引网段可继续保持AT供电状态，保证了故障保护的选择性和可靠性。

4 结论

结合成贵铁路要求，介绍了一种新的供电模式对AT牵引网进行分段保护与控制，保证在短路故障发生后及时隔离、查找、排除离故障支路，满足整个供电系统的安全、可靠、高效运行。

参考文献

[1]李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都：西南交通大学出版社，2007.

作者简介：陈刚（1977），男，四川人，高级工程师，主要

从事牵引变电系统设计、优化设计方面的研究。

5 钻探质量保证措施

5.1 保证岩矿心采取率的措施

（1）取心工具应妥善保管，使用前要认真检查，用后要清洗、检查、保养。

（2）在取心困难的岩矿层中钻进时应降低转速、压力和泵量，严禁随意提动钻具，防止造成岩矿心重复破碎而流失。

（3）在破碎地层中钻进时，应适当控制回次进尺长度（小于1.5米）和回次时间（1小时）。

（4）精心操作，动作平稳，防止提钻过程中岩矿心脱落。

（5）不能发生钻进回次进尺长度超过岩心管长度的情况。

5.2 保证施工连续作业的措施

施工连续作业的困难是如何克服严寒天气，针对这一问题我们采取如下措施：

（1）在厂房内架设两个大火炉，同时加强厂房的保温效果来实现机台保温。

（2）蓄水池用建筑架子管、棉蓬布搭建一个小房子，里面架设火炉，确保蓄水池不结冰。

（3）泥浆池用3m3（孔比较浅）水源箱替代普通泥浆池，作业期间要给泥浆池加热，确保冲洗液正常循环。

（4）作业期间效率要高，施工预案要全面，一切工序要及时完成，避免出现因工作停待导致内管冻结、孔内结冰等情况。

5.3 预防钻孔弯曲的措施

（1）确保安装质量：地基修筑要求水平，主要受力部位承载能力无显著差别。钻机安装要求水平周正、要用水平仪校正。保证三点一线。

（2）合理选择钻具结构和级配，采用“满眼钻进”。

（3）开孔应选用锋利的钻头，钻杆不得有偏摆，钻压要均匀，要随钻孔加深加长岩心管长度。

（4）扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器，要确保钻具的平直度。

（5）换径时导正管长度要大于4米，第一回次的小径岩心管长度要小于1米。

6 结语

本文介绍了高原地区、寒冷天气条件下钻探施工工艺技术及管理措施，通过项目安全生产、台月效率等相关数据看出，本项目采取上述方法措施得当，可以给类似项目起到很好的借鉴作用。

参考文献

[1]王铮.极寒必备——膳魔师JNL超轻系列漠河试用报告[J].越野世界，2014（4）：120-121.

[2]张俊双，郭金刚，李硕，等.极寒天气下输电线路在线监测装置可靠性研究与应用[J].中国水运月刊，2015，15（7）：135-136.

[3]金虹，陈凯，邵腾，等.应对极寒气候的低能耗高舒适村镇住宅设计研究——以扎兰屯卧牛河镇移民新村设计为例[J].建筑学报，2015（2）：74-77.

[4]东方IC.北疆哨兵穿上充电保温鞋[J].检察风云，2015（5）：6.

[5]张露江，王笃君，胡胜，等.高寒地区初生犊牛饲养管理要点[J].畜牧兽医科技信息，2012（03）：51.

作者简介：陈海蓉，女，1972.5，汉，四川南充人，山东省第八地质矿产勘查院，成都地质学院探矿工程专业，高级讲师，主要从事小口径钻探、岩土工程设计等工作。

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