岩溶地区回转钻进岩心钻探的安全控制分析
摘要：随着我国地质事业的快速进步与发展，岩溶地区的钻探越来越受重视。由于岩溶地区钻探施工较易引发人身伤害事故和钻孔质量事故，故而其钻探安全也成为了广受关注和亟待解决的问题。其中，回转钻进岩心钻探是岩溶地区钻探的常见形式，如何对其施工安全进行有效控制，在很大程度上影响了岩溶地区勘查及施工工作状况。本文简单介绍岩溶地区回转钻进岩心钻探，分析其中的安全问题，并就相应安全控制策略展开探讨。
Abstract： With the rapid progress and development of China"s geological undertakings， drilling in karst areas has received more and more attention. Because drilling construction in karst areas is more likely to cause personal injury accidents and drilling quality accidents， the safety of drilling has become a problem that has received much attention and urgent solutions. Among them， rotary drilling core drilling is a common form of drilling in karst areas. How to effectively control its construction safety has affected the exploration and construction work of karst areas. This paper briefly introduces the core drilling of rotary drilling in karst areas， analyzes the safety problems， and discusses the corresponding safety control strategies.
关键词：岩溶地区;回转钻进;岩心钻探;安全
Key words： karst area;rotary drilling;core drilling;safety
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0041-02
0 引言
在岩溶地区的地质勘查过程中，存在不少安全问题，在钻探施工中表现得尤其突出。这是因为岩溶地区本身就包含有溶洞、溶沟、溶隙、洼地等，很容易出现人员滑倒跌落导致人身伤害事故，而在钻进过程中则易出现漏失严重、跑掉钻、溶洞下部打成梅花眼等导致钻孔质量事故。因此在岩溶地区采取回转钻进技术进行岩心钻探时，必须要做好安全控制工作，最大程度上保障钻探施工安全，并在此基础上提高钻探质量。
1 岩溶地区回转钻进岩心钻探概述
1.1 岩溶地区特性
岩溶又被称作喀斯特，意指地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用及其形成的水文现象和地貌现象。在岩溶发育地区，地表水系不发育，却蕴含着丰富的地下水资源。一般来说，岩溶地区包含有大量溶洞、溶沟、溶隙、洼地等受地下水和地表水作用而形成的独特地貌，使得地层中包含或大或小的缝隙甚至孔洞。因此在岩溶地区进行钻探施工时，如果对岩溶地区地质信息了解不足，很容易受到这些溶洞等的影响，进而出现安全事故。
1.2 回转钻进岩心钻探
岩心钻探是指利用筒状钻头和钻具在孔底沿周围环状破碎岩石，在孔底中心部分保留一个柱状的岩心，从孔内取出岩心用以研究地质和矿产情况的方法。当前最常见的岩心钻探技术包括金刚石绳索取芯技术、冲击回转钻进技术和空气泡沫钻探技术，其中金刚石绳索取芯技术在岩溶地区岩心钻探中有着一定应用。这种技术同硬质合金与牙轮钻进技术相比，拥有更为明显的优势，合理的钻具也能降低井内事故的发生概率。而在具体应用的过程中，当岩心装满或者是堵塞的时候，钻具会出现信息，这时候相关人员只需要将主动钻杆移动的孔口中即可，接着利用绳索将专用的打捞器从钻杆中下入到钻杆以内。最后，将空的内管一同投入，实现连续的钻进。需要注意的是，对于普通取心钻井的孔，深度是900m，那么在提取岩心的过程中，一般需要花费1h左右，甚至更多。同时，金刚石绳索取芯技术还有另一个优势，降低劳动强度，在岩心钻探的时候，起下钻本身就是一项非常复杂的工作，需要4-5人一同配合，连续操作几十分钟。而在采用了这种方式以后，大幅度的延长了起下钻的时间间隔，达到了降低劳动强度的目的。
2 岩溶地区回转钻进岩心钻探存在的安全问题
2.1 岩溶地区自身特性所引致的安全问题
岩溶地区长期受地下水和地表水影响，地层中包含有大量溶洞、溶隙等，同时，岩溶地区地下岩溶水分布较为复杂，再加上溶洞、暗河等，在岩心钻探过程中较易出现渗漏情况，进而对钻探施工正常進行造成影响。因此在岩溶地区回转钻进岩心钻探过程中，很容易受地质自身特性影响而出现安全问题，必须落实安全控制工作。
2.2 回转钻进规程不合理所引致的安全问题
在岩溶地区回转钻进岩心钻探过程中，钻进规程不合理同样会引致安全问题。钻压、转速、冲洗介质的流量和压力是最为关键的规程，但凡某一项不合理均有可能导致钻探施工出现问题。首先是钻压，如果钻压过大，很可能会对钻孔及地层造成破坏，进而引发安全问题;如果钻压过小，则有可能会出现难以钻进的情况。至于转速，如果转速过高，会增加摩擦并导致钻头磨损，轻则影响钻进效率，重则因此而产生施工安全问题。如果转速过小，则会影响钻进效率，钻进速度减慢，导致钻探施工工期增长，也更容易受到施工环境影响，尤其是溶岩地层风险将会明显加大。最后是冲洗液流量和压力，但是当冲洗液流量或压力过大时，则有可能对钻孔及地层造成破坏，引发安全事故。
2.3 人为施工所引致的安全问题
岩溶地区回转钻进岩心钻探必须采用合适的设备，应用科学的工艺，同时确保施工操作符合标准。但是在实际施工过程中，人为操作的失误是导致安全问题的重要原因。其中，施工人员没有对岩溶地区地质情况加以全面了解就贸然施工，没有选择合适的钻头，没有设置好钻压、转速、冲洗液流量及压力，违规操作，没有做好施工现场机械伤害、物体打击、高处坠落、触电、爆破、火灾、自然灾害甚至交通事故防护措施，都有可能导致不同程度的安全事故，对施工设备及施工人员安全都有着巨大威胁。因此在实际钻探过程中，必须提高施工人员安全素养与专业能力，确保其能够严格依照相应施工规范与标准进行操作，充分保障钻进施工安全。
3 岩溶地区回转钻进岩心钻探安全控制策略
3.1 全面、充分掌握地质信息
在岩溶地区进行岩心钻探之前，必须对地质信息进行全面而充分的了解和分析，从而为钻探施工方案的确定提供基础支持。对此，钻探队伍需要对岩溶类型、充填物、边界、地下水分布、洞隙形态等基础地质信息加以探明，并且需要依靠水量、水压测试对钻孔位置进行确定。当然，溶洞分布及形态、岩面形态及覆盖层厚度、地下水赋存条件、水位变化及运动规律、地貌、溶岩构造、岩性、断层、岩溶塌陷等也是必须掌握的地质信息，从而在宏观了解岩溶发育分布及特点的前提下完善回转钻进岩心钻探方案。在这个过程中，往往需要用到测绘、物探手段、原位测试技术、遥感技术等方法，才能全面探明和掌握地质情况，并确定钻孔分布、方式及深度。
3.2 科学选择钻进设备
金刚石绳索取芯技术在应用的过程中，应该确保孔内安静，而且钻具和相关设备都要处于一个良好的状态，钻具径向、回转和钻速等都要做到追问，不仅要确保钻头的初磨好，在磨出刃的时候，也一定要将其处于一个良好的状态以内。钻井的过程中，也要注意钻头的初磨工作，尤其是倒杆后，车前要进行适当的上顶，然后慢慢的合车。操作人员要额外注意底唇和岩石点相互接触时，给予钻头充分的注意，确保操作的正确性。
3.3 合理设置钻进规程
在钻探方案及钻进设备确定后，还需要对钻进规程进行合理设置，从而在保障钻进施工顺利进行的同时，避免因规程不合理而导致的施工安全问题。根据实际施工条件的不同，钻进钻压、转速、冲洗液流量及压力均有所不同，需要钻探队伍酌情决定。另外，冲洗液性能参数的确定应当以保障其润滑性及良好流变特性为主，故而其密度通常被控制在1.0～1.25g/cm3，而含砂量则要控制在0.6%以下，漏斗粘度不超过30s。而且冲洗也中不得包含固体润滑球等颗粒状惰性材料，以免对钻进设备造成磨损，同时减少冲洗液中的沉淀物，防止孔洞塌陷。孔内返回的冲洗液必须使用振动筛、离心机等加以净化，从而保障循环使用的安全性。
3.4 做好钻孔漏失、坍塌等的防护工作
在实际钻探过程中，施工队伍应当充分考虑岩溶地区地质特性，做好钻孔漏失、坍塌等的防护工作。其中，钻孔漏失多采用套管隔离、快干水泥封孔、冲洗液加入堵漏材料（如羧甲基纤维素）等方式，由于岩溶地区地质较为复杂，钻探队伍在实际钻进时，需要掌握岩溶地区地质及水位情况，并通过现场漏失情况来选择适宜的防止漏失的措施。而要防止钻孔坍塌问题，钻进队伍同样需要落实相应的防塌措施，如下套筒、合理控制泥浆比重与钻进速度、监视钻进过程中的漏水及跑浆情况等。
3.5 落实施工现场防护措施
各种现场危险因素对岩溶地区回转钻进岩心钻探的安全影响极大，必须做好相应防护措施。对于常见的机械伤害、物体打击、高处坠落、触电、爆破、火灾、自然灾害乃至交通事故等现场危险因素，钻探队伍要全面加强安全排查与整治，及时发现施工现场存在的危险因素并加以排除。在此基础上，还需要落实安全培训与安全技术交底，提高施工人员的安全素养及专业能力，从而防止安全事故的发生。当然，建立安全操作规程是必不可少的，钻探队伍需要根据钻进施工所涉及到的所有行为设置科学的安全操作规程，如搬运、升降钻具、爆破作业、钻探冲洗液配制、防雷电等，同时加强钻探安全管理，充分保障回转钻进岩心钻探安全。
3.6 严格依照施工规范及标准操作
在实际钻进施工过程中，相关人员必须严格依照施工规范及标准操作，才能充分保障施工安全。例如在利用金刚石绳索取芯技术进行斜孔钻探的时候，必须要按照操作的规程去进行操作，而且还要对钻具进行组装、调配和保养。使用钻头的时候，不仅要注重孔内的钢筋，而且还要做到操作上的稳定性，注重钻头的初磨工作。如若出现了堵塞的情况，就要按照泵压和负荷的实际值去对岩层特性和孔内情况进行综合性的判断，及时对钻井参数进行适当性的调整，而且在提钻的时候，也要对钻头的磨损程度进行仔细的坚持啊，确保参数的合理性和科学性。
4 结束语
综合上述分析可知，岩溶地区回转钻进岩心钻探存在较多危险因素，对钻进质量与效率造成了严重影响，更对施工设备及人员的安全造成了巨大威胁。因此在实际施工中，钻探队伍需要全面掌握地质信息，并通过科学选择钻进设备，合理设置钻进规程，做好钻孔漏失、坍塌等防护工作，落实施工现场保护措施，严格依照施工规范及标准操作等方式，对钻进安全进行有效控制。
参考文献：
[1]张玉付，刘志强.岩心钻探危险因素辨识及其对策[J].黑龙江科学，2018，9（20）：126-127.
[2]冷吉诚.岩溶地区工程地质钻探方法探讨[J].低碳世界， 2017（3）：104-105.
[3]石绍云，邓伟，吴金生.大庆油田浅层气地区小口径岩心钻探井控防喷技术研究[J].探矿工程-岩土钻掘工程，2018，45（6）.
[4]李国民.岩心钻探工程设计实务[M].冶金工业出版社，2015.
[5]杨英，杨剑.岩心钻探方向之孔内事故处理[J].科技创新与生产力，2018（3）.
[6]朱克冰.淺谈岩心钻探施工工艺方面新技术的应用思路构建[J].价值工程，2014，33（20）：121-122.
上一篇：论工程地质钻探的钻进技术