歐春林

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南會澤 654212)

PAA泥漿在會澤礦區(qū)水平鉆孔中的應用

歐春林

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司,云南會澤 654212)

會澤礦區(qū)水平鉆孔地層復雜,鉆孔坍塌、縮徑嚴重,試驗采用PAA泥漿,取得較好效果。介紹了PAA泥漿的配方、配制方法和應用效果。

水平鉆孔;PAA泥漿;會澤礦區(qū)

1 礦區(qū)地質簡述

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤鉛鋅礦床屬碳酸鹽建造中沉積—成巖期后熱液改造迭加型層控礦床,礦區(qū)位于滇東北褶斷束東緣之礦山廠——金牛廠背斜逆斷層構造帶北東端。礦區(qū)由礦山廠和麒麟廠礦床組成,兩個礦床平距3 km。鉛鋅礦體賦存于下石炭統(tǒng)擺佐組地層中,粗晶白云巖及斷層附近是礦體賦存的有利部位。斷裂構造主要為NW向陡傾斜橫斷裂,傾角>70°。

地層產狀:走向NE,傾向SE,傾角50°左右,地層局部被斷裂錯斷,層間破碎帶出現于上、下盤及圍巖中,上盤為石炭系威寧組,下盤為石炭系大塘組。

礦區(qū)主要巖層為:(1)灰?guī)r,斷層附近的灰?guī)r破碎,嚴重者呈砂狀;(2)白云巖,斷層附近的白云巖破碎,嚴重者呈砂狀;(3)泥質膠結角礫狀灰?guī)r,鉆探時坍塌、掉快、縮徑;(4)紫紅色頁巖,鉆探時縮徑、坍塌;(5)黑色碳質頁巖,鉆探時坍塌、縮徑;(6)石英砂巖,堅硬,鉆探時易掉塊。

2 問題的提出

2053 中段大水平孔地質找探礦工程,是馳宏公司會澤勘探隊2007年施工的重點工程。該工程要穿過東頭斷層及其他多條斷層。巖層主要為宰格組全風化灰?guī)r、白云巖,巖層破碎(呈砂狀),鉆孔坍塌、掉快嚴重,特別是在鉆桿回轉對孔壁的刮削作用下,大量坍塌物涌出鉆孔,鉆孔超徑嚴重。鉆進過程中,經常發(fā)生卡鉆、埋鉆、鉆桿折斷及鉆具掉入鉆孔超徑處事故。DZK2053-51-1孔,設計深度200 m,鉆進至142.56 m時,發(fā)生卡鉆事故,擴孔拿出鉆具,終孔深度為208.5 m;DZK2053-54-1孔,設計深度210 m,鉆進至163.8 m時,發(fā)生卡鉆事故,擴孔后因鉆孔超徑嚴重,找不到事故鉆具,報廢重打。特別是DZK2053-57-1孔,設計深度210 m,鉆進至128.6 m時,鉆具折斷,用“91 mm鉆具擴孔,擴至123.6 m時,防事故接手滑牙,鉆具掉在孔內,用絲錐對不上,只得報廢重打;重打后,鉆進至131.9 m時,又發(fā)生卡鉆事故,處理無效。由于2053中段鉆進過程中連續(xù)發(fā)生孔內事故,引起了會澤資源接替工程指揮部及會澤生產區(qū)的重視,成立了攻關小組,廣泛征求處理意見,最終擬定用PAA泥漿+套管護壁,并列入了會澤生產區(qū)的工作計劃。

在水平孔中使用泥漿護孔,會澤生產區(qū)沒有成功的經驗,相關文獻也認為在水平孔中泥漿沒有液柱壓力,不能護壁,但是通過勘探隊的試用,確能起到明顯的效果。

3 PAA泥漿的配方及配制

3.1 PAA泥漿的配方

PAA泥漿的配方是:粘土粉4.2%～8.3%,純堿0.25%～0.5%,PAA 1.5‰～3‰,助劑A 0.04‰～0.08‰(PAA用量的2.6%),助劑B 0.15‰～013‰(PAA用量的10%)。

3.2 PAA泥漿的配制

(1)先將PAA粉劑溶解成5%的溶液(在200 L水中加入PAA粉劑10 kg);

(2)將0.26 kg助劑A加入5 L水中,溶解后再加入PAA溶液中;

(3)將1 kg助劑B加入5 L水中,溶解后加入PAA溶液中;

(4)在0.6 m3攪拌機中加水適量,先加入25～50 kg粘土粉,再加入1.5～3 kg純堿,攪拌后,加入5%PAA溶液(已加入助劑A和助劑B)18～36 kg,攪拌后使用;

(5)應經常清除循環(huán)系統(tǒng)巖粉。

3.3 PAA泥漿的性能

粘度20～25 s,表觀粘度6～10 MPa,低壓失水量(0.1 MPa)5～10 mL/30 min,pH值7.5～8.5,坍塌層巖樣浸泡:久泡不散。

4 試用過程

PAA泥漿的試用是在地層最復雜的DZK2053 -57-1孔進行。該孔要穿過3個斷層的交匯地帶,巖層極為破碎(呈砂狀),原已施工的2個鉆孔都因地層破碎出現孔內事故,沒有達到設計孔深而報廢,因此,這次試用PAA泥漿格外重視。試用前,制訂了詳細的施工技術措施,并對全體施工人員進行了技術交底和討論。

該孔采用“130 mm硬質合金鉆頭開孔,下入“127 mm孔口管后,采用“75 mm/“58.5 mm雙動雙管硬質合金鉆進。根據已施工鉆孔的地層情況, 70 m前采用清水作沖洗液,70 m后采用PAA泥漿作沖洗液。

鉆進至189.1 m時,因孔壁松散,在100.5～105.4 m處出現空洞(鉆孔嚴重超徑),掃孔過程中,鉆具從防事故接頭處滑脫,用“110 mm擴孔鉆具擴孔(擴孔過程中未遇到事故鉆具),擴孔至110 m后,下入“108 mm套管。之后,未找到老孔。用“75 mm/“58.5 mm雙動雙管硬質合金鉆具及“75 mm單動雙管金剛石鉆具鉆進至終孔(210.5 m)。

5 護壁機理探討

5.1 懸浮鉆粉(或坍塌物)機理探討

如果采用清水鉆進,鉆粉(或坍塌物)由于重力的作用,沉淀于孔壁下端,上下管時需要掃孔,嚴重時造成卡鉆或埋鉆事故。

采用PAA泥漿鉆進后,由于PAA分子與粘土顆粒的“橋聯(lián)”作用,使PAA分子在泥漿中形成網狀結構,從而使PAA泥漿粘度較高,懸浮鉆粉(或坍塌物)的能力較強。鉆粉(或坍塌物)很容易被帶出孔外,從而減少了卡鉆或埋鉆事故,也減少了上下管掃孔工序,提高了鉆進效率。

5.2 護壁機理探討

由于PAA高分子的作用,使泥漿失水量減少,粘度提高。PAA泥漿在鉆具的回轉作用下,產生離心力,使泥漿被甩向孔壁。由于PAA分子的活性基-CONH2與孔壁有很好的吸附作用,使PAA泥漿與孔壁產生膠結,避免了巖層水化膨脹而坍塌,從而達到保護孔壁的目的。

6 使用情況

PAA泥漿在DZK2053-57-1孔使用成功后,馳宏公司會澤鉛鋅礦區(qū)擴大了PAA泥漿的使用范圍,解決了水平鉆孔復雜地層的鉆進問題。

1571中段DZK1571-169-2孔,大部分是在石炭系馬坪組地層中鉆進,巖性為紫紅色泥質夾角礫狀灰?guī)r、紫色頁巖,鉆孔坍塌、縮徑嚴重,在使用PAA泥漿以前,需要使用多層套管護壁,該孔采用PAA泥漿,只用了一層套管,就順利施工至終孔。

1211中段DZK1211-102-2孔,大部分巖層屬石炭系馬坪組地層,巖性為紫紅色泥質夾角礫狀灰?guī)r,加之鉆孔涌水,坍塌、縮徑嚴重,該鉆孔原來是承包給山東某隊施工,但他們施工沒有成功,退出后,由馳宏公司勘查公司施工,采用PAA泥漿配合使用套管,順利終孔。

1764中段DZK1764-042-3孔,巖層為二疊系梁山煤系地層,巖性為石英砂巖,炭質頁巖。石英砂巖堅硬,炭質頁巖松軟、易水化膨脹,鉆進中鉆孔垮塌嚴重。在使用PAA泥漿以前,多次施工都沒有成功。使用PAA泥漿后,取得了明顯的效果。后來,該孔由于修改設計,提前終孔。

會澤鉛鋅礦區(qū)部分使用PAA泥漿情況見表1。

7 效益分析

7.1 社會效益

在使用PAA泥漿作為水平鉆孔沖洗液以前,地層復雜的鉆孔孔內事故較多(如DZK2053-57-1孔連續(xù)兩次出現鉆孔報廢),甚至無法施工(如DZK1451-38-2孔坍塌物達60多米,無法掃孔到底,只得?？?。使用PAA泥漿后,能夠使有些無法施工的鉆孔得以正常進行鉆進,達到地質目的。

表1 會澤鉛鋅礦區(qū)水平鉆孔使用PAA泥漿情況表

7.2 經濟效益

(1)以2053中段為例,2053中段共計施工鉆孔2053.6 m,報廢進尺472 m,占23%,如果全年施工類似復雜的鉆孔5000 m,則可能報廢進尺1150 m。

根據勘查公司施工鉆孔的情況,鉆孔單價為680元/m,則全年可節(jié)約成本78.2萬元。

(2)使用PAA泥漿增加的費用:施工DZK2053 -57-1孔共用去粘土粉1550 kg,純堿100 kg,PAA 50 kg,合計2284.85元,每米進尺PAA泥漿費用為10.85元/m。

通過以上分析,使用PAA泥漿,對減少孔內事故,提高效率,降低成本是非常有效的。

8 結語

PAA泥漿在會澤礦區(qū)水平鉆孔中使用是有效的,效益是明顯的,應推廣使用。但在使用過程中存在如下問題:(1)PAA溶解性較差,需加熱溶解;(2)采用金剛石鉆進時,泵壓較高,需降低粘土含量。

[1] 鄢泰寧.巖土鉆掘工程學[M].湖北武漢:中國地質大學出版社,2001.

[2] 地工[1982]558號,巖心鉆探規(guī)程[S].

[3] 裴向軍.PAA無固相沖洗液在水敏巖層鉆進中的應用[J].地質找礦論叢,2001,(6).

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Application of PAA M ud in Horizontal Borehole of Huize M in ing Area

OU Chun-lin(Yunnan Chihong Zn&Ge Co.,Ltd.,Huize Yunnan 654212,China)

The formation conditions are complicated in Huize mining area with borehole collapsing and serious diameter shrinking.PAA mudwas applied for horizontal borehole drilling with good effect.The paper introduces the PAA mud about the formula,the compound method and the application effect.

horizontal borehole;PAA mud;Huize mining area

P634.6

A

1672-7428(2010)12-0019-03

2010-06-05

歐春林(1962-),男(漢族),云南鎮(zhèn)雄人,云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤技術處鉆探管理,探礦工程專業(yè),從事鉆探管理工作,云南省會澤縣者海鎮(zhèn)馳宏公司會澤技術處,ouchunlin1226@163.com。