朱金軍

（西北有色地質(zhì)勘查局七一七總隊，陜西寶雞721004）

1 礦區(qū)概述

白楊溝鉛鋅礦深部普查項目，主要驗證208線在深部礦體傾向延伸的連續(xù)性，確定礦體產(chǎn)狀并查明品位特征，為下一步繼續(xù)擴大控制該礦體提供依據(jù)。鉆遇地層自上而下為：鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖、含炭石英砂巖、鐵白云質(zhì)砂巖破碎帶、含炭鈣質(zhì)千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r，局部孔段巖層松散破碎，水敏性強，千枚巖層理比較發(fā)育。

2009年至今設計較深孔4個，深孔3個，每個鉆孔破碎帶有多層，破碎帶最厚的一個鉆孔達到160m。

2 地層以及鉆探難點

鉆探所遇地層及地質(zhì)構(gòu)造條件比較復雜，局部孔段特別巖層破碎和松軟，鉆探施工中的難點如下：

(1)施工中遇見的破碎帶厚，位置深，如ZK20805孔破碎層達到160m，位置為680～840m之間，巖層水敏性強，孔內(nèi)坍、掉、漏、超徑嚴重，局部孔段還有不同程度的縮徑；易造成鉆折卡埋鉆等事故，鉆進阻力大，取芯困難。

(2)每個鉆孔中部都有不同程度的涌水、漏水等情況，泥漿消耗嚴重；涌水孔段，泥漿性能無法保持，通過泥漿護壁較困難。

（3）涌水孔段、使用的泥漿比重大、造成內(nèi)管難以投放到位。

（4）取芯困難等。

3 使用的鉆探設備

鉆機：HXY-44T；水泵：BW250兩臺（一臺水站，一臺機場用）；PQ深孔鉆桿200m；HQ深孔鉆桿400m；S75深孔鉆桿1300m；SA56深孔鉆桿1500m；?114mm套管200m；?89mm套管400m。

4 鉆孔結(jié)構(gòu)以及鉆進方法

除開孔外,全孔采用金剛石繩索取芯鉆進,開孔多為第四系考慮到孔的深度，鉆孔結(jié)構(gòu)采用?150mm×?122mm×?91mm×?75mm×?56mm多徑成井工藝，逐級換徑，鉆進至基巖后，下入?146mm孔口管，換用PQ繩索取芯鉆具鉆進至150m入?114mm套管，再換HQ（?95mm）金剛石繩索取芯鉆具鉆進350m下入?89mm套管，換用?75mm繩索取芯鉆具鉆進至1128.27m后由于要求繼續(xù)延伸，由于該孔在680～840m段地層破碎嚴重，孔內(nèi)阻力太大，采用低速鉆進中已多次發(fā)生因夾鉆憋滅柴油機事故，其中一次夾鉆憋滅柴油機后孔內(nèi)鉆桿反轉(zhuǎn)引燃柴油機反轉(zhuǎn)，繼續(xù)施工受到嚴重制約。為了避免破碎段發(fā)生夾鉆或斷鉆事故可能導致延伸鉆進無法實施，經(jīng)過綜合考慮和研究決定使用?75mm鉆桿隔離保護破碎孔段，改用SA56小口徑繼續(xù)鉆進施工。

由于該礦區(qū)的鉆孔較深，且地層復雜，要求鉆具的同心度要好，鉆具的級配和鉆進參數(shù)要合理。我們采用的鉆具級配和鉆進參數(shù)見表1和表2。

表1 鉆具參數(shù)級配一覽表

表2 鉆進參數(shù)

5 鉆具級配及鉆頭選擇

5.1 鉆具級配

PQ、HQ、YS75、SA56金剛石繩索取芯鉆具擴孔器的外徑比鉆頭外徑大0.3～0.5mm，在軟巖層中不大于0.5mm，在硬巖層中不大于0.3mm；卡簧的自由內(nèi)徑應比鉆頭的內(nèi)徑小0.2～0.3mm或用上回次的巖芯選配卡簧，即卡簧能抱緊巖芯又能在巖芯上推動為合適。繩索取芯鉆具的上間隙為2～3mm，下間隙為3～5mm，在軟巖層或破碎層中，下間隙應適當增大?？ɑ勺c內(nèi)管一定要擰緊，防止倒扣造成打撈巖芯失敗。

5.2 金剛石鉆頭選擇

根據(jù)巖層的完整程度、巖石的可鉆性正確選用金剛石鉆頭，選用繩索取芯金剛石鉆頭參數(shù)為：粒度為46～60目，金剛石品級為SMD優(yōu)。在中硬或松軟巖層中鉆進選胎體硬度30～35HRC；在堅硬巖層中鉆進，選胎體硬度25～28HRC；完整或較完整地層鉆頭唇面選用平底或圓弧。舊金剛石鉆頭、擴孔器進行了排隊使用，在400～1100m之間可以采用深孔高胎體鉆頭，在1100m之后由于胎體較脆，不適宜用深孔鉆頭，采用深孔鉆頭容易造成鉆頭胎體脫落。

6 鉆探取芯技術措施

該礦區(qū)由于破碎帶較多，有些破碎帶較厚，最厚的達160m，還有一部分孔段巖層松軟水敏性強，遇水松散，為確保巖礦芯采取率，我們在施工過程中，全孔釆用大比重固相泥漿護孔，選用小泵量，調(diào)小下間隙以減小沖洗液對巖礦芯的沖蝕；保證鉆具的同心度、單動性能良好，減少了鉆具對巖礦芯的磨損；每次投內(nèi)管前，對內(nèi)管總稱各部位的絲扣連接、單動性進行了認真細致的檢查和調(diào)試，避免了打撈巖芯失敗和巖礦芯的磨損，保證巖芯采取率；在施工過程中根據(jù)施工情況，及時調(diào)整鉆進參數(shù)，控制回次進尺長度(進尺長度不超過1.00m)；在礦層、礦層頂?shù)装搴椭匾獦酥緦又?，巖礦芯沒有采取上來時，須專程撈??；回次進尺不大于0.5m；每次投放內(nèi)管后，都用打撈器進行跟蹤，確保內(nèi)管到位；這些措施在施工中。取得了較好的效果，完工的鉆孔，巖礦芯采取率都達到了設計要求。

發(fā)現(xiàn)泵壓升高或不進尺，立即提鉆檢查，查明原因，排除故障。不盲目加壓或提高轉(zhuǎn)速繼續(xù)鉆進；打撈上來的巖芯仔細檢查，發(fā)現(xiàn)巖芯脫落，及時提大鉆處理了，防止了下一回次內(nèi)管不到位，造成巖芯磨損；巖礦芯依次整理擺放，長度超過50mm都進行了編號，巖芯號、巖芯隔板完整準確。

7 護壁堵漏措施

由于在復雜地層中的深孔鉆探(特別是斜孔)施工，必須解決好護壁和潤滑的問題，才能確?？變?nèi)安全和鉆進效率；白楊溝礦區(qū)孔段破碎帶多，破碎帶較厚，有些破碎帶地層巖性為粉砂質(zhì)千枚巖，遇水極易垮孔、縮徑。護孔辦法上部350m前采用套管護孔，中下部采用固相泥漿護孔，泥漿材料主要采用植物膠、纖維素、腐植酸鉀、聚丙烯酰胺和膨潤土。

泥漿配方如下：

0.25m3泥漿+（30～33kg）膨潤土+（1～1.3kg）腐植酸鉀+（1.5～1.6kg）纖維素（低粘）+（0.14～0.3kg）燒堿+（0.06～0.08kg）聚丙烯酰胺（2200萬分子量）+（2～3kg）特效潤滑劑。

泥漿性能：比重1.15g/cm3，粘度（蘇式漏斗）38s，失水量3.25L/min，pH為8。

在鉆進至松軟巖層孔段出現(xiàn)自造漿，泥漿比重增大，這時候泥漿比重達1.26g/cm3，粘度（蘇式漏斗）54s。為了改善這種情況，在鉆進過程中，補充新泥漿的時候，泥漿配方調(diào)整為：

0.25m3泥漿+（22～25kg）膨潤土+（0.9～1.2kg）腐植酸鉀+（1.2～1.5kg）纖維素（800萬分子量）+（0.14～0.3kg）燒堿+（0.05～0.07kg）聚丙烯酰胺（2200萬分子量）+（2～3kg）特效潤滑劑。

此時泥漿性能：比重1.06g/cm3，粘度（蘇式漏斗）34s，失水量3.25L/min,pH為8。

在涌水孔段的位置較深，在1128m后長涌水，涌水量為3.8L/min。涌水地段主要采用無固相泥漿，泥漿配方為：0.25m3水+（1.5～1.6kg）纖維素（低粘）+（2～3kg）特效潤滑劑+（0.05～0.07kg）聚丙烯酰胺（2200萬分子量）。

在鉆進過程中，加強泥漿的管理隨時觀測泥漿的變化,及時測量泥漿的性能參數(shù)，根據(jù)地層的變化情況,調(diào)整泥漿的配比，保證泥漿的性能,勤清除泥漿中的巖粉,防止泥漿惡性循環(huán),在深孔施工時,可以配制一臺旋流除砂器投入使用,較為經(jīng)濟、環(huán)保，還可以保證了泥漿的性能。

在復雜地層的深孔施工中,為了保證孔壁的相對穩(wěn)定,除了保證泥漿的性能外,我們還使用了高胎體金剛石鉆頭,減少換鉆頭的提鉆次數(shù),在提鉆和打撈巖芯時,操作不但要穩(wěn),而且還降低提升速度，避免“活塞效應”對孔壁造成破壞，保證了孔壁的相對穩(wěn)定和施工的正常進行。

復雜地層的鉆孔施工，套管護壁是最為有效的護孔方法，為了降低生產(chǎn)成本，除密封好孔口，防止巖粉進入，提高套管的回收利用率外，孔口管和第二級套管可使用普通鋼管，在ZK20805孔，PQ鉆進后，我們使用了?114mm×4.5mm的普通鋼管做套管，用?114mm×8mm的鋼管料加工中接箍，這樣在?114mm套管內(nèi)形成“糖葫蘆”狀，減少了HQ鉆桿柱與?114mm套管壁的接觸面積，從而減少了PQ鉆桿柱和?114mm套管的磨損，降低了鉆進時的阻力，也降低了生產(chǎn)成本。

8 結(jié)束語

（1）針對白楊溝礦區(qū)的鉆遇地層特點，采取了金剛石繩索取芯鉆進方法，效果明顯，臺效較高。

（2）根據(jù)不同深度的鉆孔，分別采用了不同的護壁堵漏技術措施，上部地層以套管護壁為主，下部主要以泥漿護壁為主。

（3）在下部遇到涌水、漏失地層時，及時合理調(diào)整泥漿配方，平衡地層壓力，并加強對泥漿的管理，才能使施工順利進行。

（4）復雜地層的金剛石繩索取芯鉆進，沖洗液使用固相泥漿，鉆進轉(zhuǎn)速在800r/min以下，在鉆桿內(nèi)壁不會形成泥皮。

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