李瑞東，李培林，孫秀梅，饒劍輝，李凱，曹艷麗

(河北省地礦局探礦技術(shù)研究院，河北 三河 065201)

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康保地區(qū)鉆探實踐與體會

李瑞東，李培林，孫秀梅，饒劍輝，李凱，曹艷麗

(河北省地礦局探礦技術(shù)研究院，河北 三河 065201)

本文主要介紹了康保北沙城地區(qū)鉆探施工技術(shù)措施，針對該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角大，易引起孔斜，同時多數(shù)鉆孔為斜孔，使鉆孔防斜難度加大，采取了一系列綜合措施，順利完成施工任務(wù)。

水敏性；地層；鉆探；防斜

1 工程概況

2015年5～9月期間，我隊承擔(dān)了多金屬成礦情況鉆探驗證工作。為查明異常區(qū)多金屬成礦詳情，依據(jù)地表槽探工程結(jié)果，分別對北沙城Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)進(jìn)行深部鉆探驗證。

1.1 構(gòu)造與簡要地層特征

工作區(qū)屬于華北地塊與其北部陸緣活動帶結(jié)合部位。出露地層由老至新主要有：新太古代紅旗營子群、古元古代化德群、二疊紀(jì)、上侏羅統(tǒng)、第三紀(jì)及第四紀(jì)地層。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，褶皺構(gòu)造主要分布在化德群戈家營子組地層和二疊紀(jì)額里圖組地層中，褶皺軸向均為北東向；斷裂構(gòu)造以北東向為主，北西向次之。區(qū)內(nèi)巖漿巖極發(fā)育，以元古代晚期侵入巖、華力西期旋回侵入巖為主，少量燕山期侵入巖。

Ⅰ區(qū)上部第四系覆蓋層多由灰黃色風(fēng)塵砂，褐黃、灰綠色黏質(zhì)砂土、亞黏土、黃土等組成。厚度從0～50 m變化不等，無覆蓋層直接出露的基巖風(fēng)化嚴(yán)重。下面是較完整的花崗斑巖(巖漿侵入巖，長石30%～40%，石英50%～60%，少量黑云母，可鉆性8～9級)，下面是交替出現(xiàn)的完整板巖層(多為絹云千板狀板巖)、碎屑巖層(多為中粗粒長石巖屑砂巖，砂級碎屑約占70%～75%，充填物為方解石或石英細(xì)脈，可鉆性6～8級)，時而出現(xiàn)原巖為絹云千板狀板巖的破碎蝕變帶，主要為泥質(zhì)，較破碎，局部呈泥狀。

Ⅱ區(qū)上部有的是較薄的第四系覆蓋層，有的是土黃色砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)塊狀構(gòu)造，較為松散，巖心多呈碎塊狀，下面基巖是交替出現(xiàn)的完整板巖層，碎屑巖層。

含礦層：金屬礦物閃鋅礦，主要賦存于花崗斑巖夾層中，主要為閃鋅礦，方鉛礦，脈石礦物為石英長石；黃褐色銀鉛礦體賦存于泥質(zhì)板巖之破碎蝕變帶中，礦石呈細(xì)?；驁F(tuán)塊狀；有較強(qiáng)褐鐵礦化，綠泥石頭化，高嶺土化，巖心較破碎，部分呈泥狀局部呈蜂窩狀；方鉛礦、黃銅礦少量，多為斑點和細(xì)脈狀，局部沿裂隙面充填黃鐵礦，蝕變巖石具碳酸巖化、綠簾石化等。

1.2 鉆孔及鉆探工作量

北沙城Ⅰ區(qū)共施工2個鉆孔。ZK0-1鉆孔，方向235°，傾角85°，設(shè)計孔深200 m，終孔深度200.15 m，鉆孔與巖層夾角40～60°；ZK1-1鉆孔，方向235°，傾角85°，設(shè)計孔深350 m，終孔深度351.6 m，鉆孔與巖層夾角45～47°。

北沙城Ⅱ區(qū)分別施工了3個鉆孔。ZK2-1孔深511.5 m，傾角90°，方向180°；ZK3-1孔深421 m，鉆孔傾角85°，方向140°；ZK4-1孔深321.7 m，傾角80°，方向140°。

1.3 地質(zhì)鉆孔技術(shù)要求

(1)覆蓋層和基巖段全部取心，巖心采取率大于75%，礦心采取率大于85%；

(2)全孔按要求進(jìn)行簡易水文觀測工作，正常鉆進(jìn)時每小時觀測1次沖洗液消耗量，上鉆后、下鉆前要觀測孔內(nèi)水位，詳細(xì)記錄孔內(nèi)的漏水和消耗水情況，如遇鉆孔漏水、塌孔等異常情況，要及時作好記錄；

(3)終孔后按照規(guī)程測井及測斜，在孔深100 m以內(nèi)孔斜不大于1°，以后每增加100 m孔深孔斜不大于0.6°；

(4)鉆進(jìn)見礦、終孔要求進(jìn)行準(zhǔn)確的鉆具丈量工作，誤差若小于1.5‰要進(jìn)行合理平差，誤差若大于1.5‰時要重復(fù)丈量不少于兩次，并及時校正孔深；

(5)各項原始記錄做到及時、正確、清楚、完整，不得涂改，且劃改不得超過兩次，嚴(yán)禁在原始記錄上亂寫亂畫；

(6)所取巖心按順序排放，及時貼標(biāo)，及時鑒定，對標(biāo)志層詳細(xì)分層仔細(xì)描述；

(7)按鉆探施工通知書要求施工，現(xiàn)場進(jìn)行定點，開孔方位與設(shè)計一致，誤差不得超過5 m；

(8)勘探施工結(jié)束后，對所施工鉆孔必須進(jìn)行封閉，封孔必須封至第四系，封孔質(zhì)量按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行檢驗，必須保證合格。

1.4 技術(shù)難點

(1)該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角大，易引起孔斜，同時多數(shù)鉆孔為斜孔，使鉆孔防斜難度加大；

(2)地層多為具有水敏性地層，破碎地層尤其是含礦破碎蝕變帶，易掉塊，取心難，易發(fā)生巖心堵塞現(xiàn)象，影響鉆探效率；

(3)形成于花崗斑巖中的鉛鋅礦體層厚及夾層厚都較小，巖心易打丟；

(4)石英斑巖石英含量較高，鉆進(jìn)有一定困難；

(5)礦區(qū)地形復(fù)雜，有的鉆孔布設(shè)在60°山坡上，鉆探用水需要從山下運上去，而基巖與覆蓋層交界處易漏失；

(6)5個鉆孔1 803 m，要求100天完成野外鉆探工作，工期要求緊。

2 鉆探工藝及技術(shù)措施

借鑒以往經(jīng)驗，我們以防坍塌、防孔斜、防堵塞為重點，確定鉆孔結(jié)構(gòu)、沖洗液類型和配方、技術(shù)措施和施工工藝。

2.1 施工設(shè)備的選擇

根據(jù)鉆孔設(shè)計深度在500 m左右，以及本單位現(xiàn)有設(shè)備情況，選用主要設(shè)備有XY-44 型鉆機(jī)，BW-250型泥漿泵，穩(wěn)壓罐，液壓A型鉆塔，泥漿攪拌機(jī)，震動篩，JSN-2B型旋流振動除砂器，1000 m繩索絞車等；全孔均采用?71 mm繩索鐓粗鉆桿配相應(yīng)口徑鉆具鉆進(jìn)，套管包括?146 mm、?127 mm、?108 mm、?89 mm等規(guī)格，各種打撈錐，套管封堵泥球。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)方法

盡管該區(qū)某些鉆孔無覆蓋層，但出露基巖風(fēng)化嚴(yán)重，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，針對本區(qū)水敏地層較多情況，為及時有效下入套管來保護(hù)鉆孔孔壁，及時對漏失、水敏、坍塌掉塊地層封閉，采用了較大的開孔口徑來保證能下入多級套管，各級鉆進(jìn)用較大直徑的鉆頭，加大鉆孔孔壁與鉆桿環(huán)狀間隙。所以全部鉆孔均為一開?152 mm，配?146 mm套管，備用預(yù)留孔徑?133 mm，配?127 mm套管，二開?116 mm，配?108 mm套管，三開?96 mm，配?89 mm套管，四開?77 mm，采用繩索鉆進(jìn)。

足夠的孔壁環(huán)狀間隙適應(yīng)稠泥漿鉆進(jìn)和較大泵量鉆進(jìn)，防止泵壓增大，保證較深孔的取心率和孔底干凈，防止起下鉆時造成的泵壓沖激效應(yīng)，防止水敏地層縮徑造成起下鉆具受阻。一開采用?71 mm 鐓粗繩索鉆桿及?146 mm單管鉆具，用?152 mm鋼絲合金鉆頭鉆進(jìn)，使鉆具與孔壁環(huán)狀間隙均超過3 mm；二開采用?71 mm鐓粗繩索鉆桿及?108 mm 單管鉆具，用?116 mm鋼絲合金鉆頭鉆進(jìn)，使鉆具與孔壁環(huán)狀間隙超過4 mm；三開采用?71 mm 鐓粗繩索鉆桿及?89 mm單管鉆具，用?95 mm鋼絲合金鉆頭鉆進(jìn)，使鉆具與孔壁環(huán)狀間隙超過3 mm；四開采用繩索鉆進(jìn)，應(yīng)用?71 mm鐓粗繩索鉆桿和?73 mm外管繩索鉆具，用?77.4 mm鉆頭?77.8 mm護(hù)孔器鉆進(jìn)，使鉆具與孔壁環(huán)狀間隙實際達(dá)到2.5～3.5 mm。

2.3 套管護(hù)壁措施

根據(jù)地層情況合理確定各級鉆進(jìn)的長度及套管深度，嚴(yán)格把控下放質(zhì)量，提高套管護(hù)壁可靠性和效果。在未發(fā)生漏失、縮徑、坍塌掉塊時一直正常鉆進(jìn)，出現(xiàn)異常跡象后做好下套管準(zhǔn)備，該長度應(yīng)盡量超過換層位置3 m以上，并參照鉆孔理想柱狀圖確定套管下放的深度，防止出現(xiàn)薄夾層完整基巖，防止剛下完套管不久又出現(xiàn)漏失或坍塌。注意有蝕變破碎帶的要超過蝕變破碎帶3 m后再下套管。

2.4 換徑時注意防斜

由于跨級鉆進(jìn)，為防止孔斜使用特制的導(dǎo)向鉆具，如圖1所示。該鉆具在普通單管鉆具的上方L處連接兩級扶正器后再連接鉆桿，保證下級孔徑開鉆的對中性。

圖1 導(dǎo)向鉆具

2.5 控制鉆探工藝參數(shù)，防止孔斜

由于鉆壓過大直接引起鉆孔頂角偏斜嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速過高則易引起方位偏移。本區(qū)鉆探多數(shù)孔段采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速控制鉆進(jìn)時效，開孔時轉(zhuǎn)速152 r/min，?116 mm 鉆進(jìn)時217 r/min，?96 mm鉆進(jìn)時217 r/min，?77 mm鉆進(jìn)時316 r/min，換徑初期利用扶正鉆具時轉(zhuǎn)速也采用低一檔的；前兩開鉆進(jìn)選用泵量96 L/min，后兩開鉆進(jìn)基本為60 L/min，但應(yīng)視具體情況而定，孔壁不穩(wěn)定，有坍塌掉塊跡象立刻降低一檔泵量，同時低一級轉(zhuǎn)速。

2.6 選擇適用鉆頭

由于采用了低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、小泵量的鉆進(jìn)規(guī)程，勢必造成時效降低現(xiàn)象甚至不進(jìn)尺，為此我們專門訂做了幾種特殊鉆頭。

(1)本級鉆進(jìn)采用階梯式?116 mm鋼絲鉆頭，以提高鉆進(jìn)方向的導(dǎo)正性，仍用單管鉆進(jìn)提高鉆速，防止堵塞。

(2)鋸齒深水口金剛石鉆頭，在板巖和碎屑巖地層鉆進(jìn)中，有效低唇面面積小，所需要鉆壓很低，鉆頭不憋壓，不糊鉆，適應(yīng)高黏度泥漿，可以用較高的泵量，取得了較好效果。

(3)針對石英含量較高的石英斑巖，選用大水口低溫金剛石鉆頭。

在低轉(zhuǎn)速、低鉆壓下，采用大水口來減少切削面積，增加金剛石切削顆粒的比壓，保證有效切削，使用我院低溫配方低硬度鉆頭，使鉆頭保持較高鋒利度。

2.7 選擇低固相抑制性鉆孔沖洗液體系

由于本地區(qū)地層大部分為泥巖、砂巖等典型水敏性地層，縮徑、破碎掉塊及巖屑剝離產(chǎn)生的超徑等現(xiàn)象極易發(fā)生，也容易導(dǎo)致孔斜率增大，如何配比泥漿，快速、穩(wěn)定鉆穿此類地層也是防斜施工的重點。針對本地區(qū)水敏地層特點，采用較高密度的泥漿以形成壓差，有利于抑制和穩(wěn)定掉塊、巖屑剝離地層孔壁。本泥漿體系具有失水量小、在孔壁形成的泥皮致密等特點，降低了水敏地層不穩(wěn)定情況的發(fā)生。配置1 m3泥漿：800 L 水+100 kg鈉土+0.2‰～0.4‰高黏CMC 1～2 kg+2‰護(hù)壁劑10 kg+5‰腐植酸鉀25 kg+純堿。泥漿性能：密度1.05 g/cm3，漏斗黏度28～35 s，pH值9～10，濾失量8～10 mL/30min，泥皮厚度0.6 mm。

為保證沖洗液的日常維護(hù)管理，配備專職泥漿工程師，每個小班配有專人配制和監(jiān)測鉆孔沖洗液性能，對孔內(nèi)返出的鉆孔沖洗液性能測試2～3次，并且作好記錄，根據(jù)測試數(shù)據(jù)變化情況調(diào)整處理劑的加量，加純堿控制pH 值在9～10。每個小班用新配制的鉆孔沖洗液替換掉1～2 m3孔內(nèi)返出的沖洗液，始終保持鉆孔沖洗液性能滿足地層護(hù)壁要求。加強(qiáng)觀察和檢測，發(fā)現(xiàn)性能降低時要及時調(diào)整，發(fā)現(xiàn)地層變化時也要及時調(diào)整。如由于縮徑造成起下鉆具阻力增大時，應(yīng)適當(dāng)多加入腐植酸鉀，減少濾失量；在破碎掉塊地層應(yīng)適當(dāng)增加膨潤土、護(hù)壁劑以增加孔壁穩(wěn)定性；在巖粉剝離較多超徑地層應(yīng)增加膨潤土、CMC以增大泥漿密度、黏度。

在沖洗液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)施方面，挖了兩個2 m×2 m×1.5 m泥漿池(鋪有防滲塑料膜)，兩個10 m長循環(huán)槽，配備離心式除泥機(jī)和旋流除砂器，有效降低沖洗液中的固相含量。

2.8 提下鉆操作，及時回灌

為防止由于抽吸作用造成孔壁坍塌，提下大鉆和繩索取心鉆進(jìn)提內(nèi)管時必須同時回灌沖洗液。在井口套管上制做一個回灌裝置，使沖洗液基本以鉆進(jìn)狀態(tài)的泵量進(jìn)行回灌，沿鉆具與孔壁環(huán)狀間隙充入孔內(nèi)。

2.9 繩索鉆進(jìn)加強(qiáng)鉆具維護(hù)

每班都要檢查兩套輪換使用的內(nèi)管總成，保持軸承轉(zhuǎn)動靈活，卡簧與巖心直徑每回次都要對比，及時更換卡簧，使取心率保持較高水平。

3 效果和體會

(1)該礦區(qū)5月20日進(jìn)場，5月23日開鉆，9月10日完工，其中ZK3-1鉆孔由于測井延誤一周，如期完成鉆探任務(wù)。破碎帶有少數(shù)回次取心率85%～90%，其余100%；整孔孔斜除ZK2-1(500 m)1.7°外，均低于0.6°；施工ZK0-1鉆孔時，3層礦層均極破碎，通過調(diào)整泥漿性能護(hù)住孔壁，順利終孔；測井時由于縮徑使測井探頭投放不到位，通過掃一段、測一段的方法完成全部測井。之后的鉆孔對破碎帶加強(qiáng)了水泥灌注，使其他鉆孔測井順利。本次施工基本遵循施工工藝設(shè)計，通過嚴(yán)格操作，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督，較好地克服了該區(qū)施工困難，取得了較好效果。

(2)在松散的第四系和水敏性較強(qiáng)、易縮徑的第三系地層中鉆進(jìn)，應(yīng)選擇較大的外管與孔壁環(huán)狀間隙，降低頻繁的提下鉆具對松軟地層孔壁破壞作用，防止孔壁坍塌、掉塊引起超徑和鉆桿折斷事故。

(3)鉆進(jìn)中不要只追求高時效，而要以保持泥漿的性能為主要控制點，一旦固相含量增加，就應(yīng)降低鉆進(jìn)時效，優(yōu)化泥漿性能，加強(qiáng)循環(huán)，排除孔底積聚巖屑。

(4)選擇具有針對性沖洗液配方，保護(hù)松軟煤系地層鉆進(jìn)孔壁，但目前尚沒有哪一種配方能真正長時間起到護(hù)壁作用，需要隨時監(jiān)測和調(diào)整。

(5)下入套管一定要牢固，防止折斷和脫扣，提前檢查待下套管質(zhì)量，微小的疏忽會帶來重大的事故；不要輕易起拔套管進(jìn)行二次下入，更不要隨意更改已下完套管狀態(tài)和規(guī)格，應(yīng)盡可能一次性深下套管。

(6)簡化事故處理方法，選用更穩(wěn)妥無風(fēng)險的方法。鉆進(jìn)中如發(fā)現(xiàn)在某一孔段有2～3次斷鉆桿事故發(fā)生，判斷可能是孔壁坍塌超徑。由于有預(yù)留一級孔徑，可直接下入次一級套管，避開了較軟地層灌注后透孔、掃孔工作消耗大量時間和易發(fā)生孔斜的風(fēng)險。

2016-09-28

李瑞東(1985-)，男，助理工程師，從事鉆探工程施工和技術(shù)研究工作，河北省三河市燕郊經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)京榆大街239號，E-mail：251913142@qq.com。

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1009-282X(2016)06-0039-03