空气潜孔锤在深部地震探测中的应用

渠名新

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：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0066-01

“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2000 m以上的山坡或山顶，每个爆破激发点的距离约为150 km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Φ89 mm，Φ194 mm球齿合金钻头2套，Φ180 mm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194 mm，下入套管坐到基岩上护壁，终孔直径是180 mm，基岩地层直接开孔180 mm到终孔。孔深控制在60～70 m之间。

3.2.2 技术参数

（1）钻压：钻压范围一般取12～17 kN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0.7 MPa。

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，装配时要确保各結合部的间隙。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200 mL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

SP2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180 mm，设计孔深60～70 m，2010年10月25日开钻，进尺很快，很顺利，当钻到17.5 m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17.5 m处，向下顺利钻进成孔，终孔65 m，7个孔有三个都是在17.5 m左右遇到类似情况，7个孔施工时间15 d，实际进尺450 m；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9 d，累计进尺390 m。

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1225 m。钻进进行的比较顺利，最大深度达到70 m。

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.