王 暢

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421001）

1 項目背景

該礦區(qū)位于四川甘洛縣沙岱鄉(xiāng)，為彝族聚居地區(qū)，地層破碎帶較多，垮塌嚴重，機臺月效率低，無法滿足地質(zhì)技術(shù)要求。這一施工難題久攻不克，導致現(xiàn)場施工進度緩慢，施工成本高，項目經(jīng)濟效益差，無法探明該礦區(qū)的礦產(chǎn)資源儲量，后續(xù)開采工作也無法部署安排。通過本次施工技術(shù)研究解決ZK7545#鉆孔施工難題，為后續(xù)工作的開展掃清障礙和提供可依據(jù)的經(jīng)驗。

2 本研究的指導思想及原則

在原有施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外已有的復雜地層施工成果，采用成熟的施工設備、施工工藝，在經(jīng)濟性原則的基礎(chǔ)上，保質(zhì)保量、安全高效的完成施工任務。本次研究原則為。

（1）從實際出發(fā)，了解原來在該礦區(qū)施工中所遇到的問題，哪些問題已有完善的處理措施，哪些問題還未得到解決，對所遇復雜地層有充分的準備。

（2）盡量選用現(xiàn)有的機械設備和鉆探技術(shù)人員熟練掌握的施工工藝，適當考慮引進新的機械設備和施工工藝。

（3）邀請各地鉆探專家，針對該礦區(qū)的復雜地層進行分析，優(yōu)化鉆孔施工設計方案，并積極與科研院所、鉆頭及生產(chǎn)沖洗液的廠家進行攻關(guān)合作。

3 本研究的成果產(chǎn)生的作用和價值

此次鉆探研究工作的主要任務是在工期內(nèi)完成合同工作量的同時，收集鉆進的原始資料，包括施工時所需的鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量、沖洗液等各項鉆進參數(shù)、鉆頭的有效進尺及消耗量、鉆桿的磨損度等，并通過對各項數(shù)據(jù)的分析，探索出一套成本低、效率高的施工工藝，以提高巖心采取率，確保完成四川爾呷地吉鉛鋅礦區(qū)2018年的鉆探工作任務，便于該礦區(qū)今后找礦工作的開展。在此基礎(chǔ)上，針對該鉆探項目的數(shù)據(jù)分析及相關(guān)資料形成總結(jié)性報告，將其作為該礦區(qū)鉆探施工可操作性資料，攻克該礦區(qū)鉆探施工技術(shù)難題，為今后類似礦區(qū)鉆探施工提供參考資料。

4 研究的主要內(nèi)容和重點

（1）在易偏斜巖層中采取何種合適的鉆進參數(shù)。

（2）在松散、破碎、垮塌嚴重及變化反復的巖層中如何選用鉆孔結(jié)構(gòu)設計，選配合適的鉆頭鉆具。

（3）在易縮徑、易塌陷巖層中如何從沖洗液入手，調(diào)配合適沖洗液，保證鉆孔的順利實施。

（4）在各種漏失情況下，采取何種堵漏措施。

5 該地層易出現(xiàn)的施工難點

（1）力學不穩(wěn)定地層，因受地質(zhì)成因和構(gòu)造運動的影響造成了地層破碎，這類地層一旦被鉆穿后，就會破壞其原來的相對穩(wěn)定或平衡狀態(tài)，使孔壁在重力作用下產(chǎn)生坍塌掉塊等孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）遇水不穩(wěn)定地層，孔壁與沖洗液接觸，產(chǎn)生松散、溶脹、剝落、溶蝕等現(xiàn)象。常出現(xiàn)鉆孔縮徑、孔壁剝落、坍塌等孔壁失穩(wěn)問題。

（3）漏失地層，由于地層中溶洞、節(jié)理發(fā)育，加上該礦區(qū)20世紀90年代亂采亂挖，亂采濫挖導致老窿、采空區(qū)零亂，造成鉆進過程中沖洗液漏失。

6 鉆孔結(jié)構(gòu)設計

考慮到該礦區(qū)地層極其復雜的實際情況，綜合以前的施工經(jīng)驗，經(jīng)鉆探技術(shù)人員與多位專家討論研究，本次鉆孔結(jié)構(gòu)設計改進為：Φ150mm—Φ122mm—Φ95mm—Φ76mm“三級套管四級成孔”繩索鉆探施工工藝。套管級配：Φ146mm—Φ108mm—Φ89mm。（Φ95繩索鉆進終孔，預留一級Φ76備用）

7 鉆進技術(shù)參數(shù)和鉆頭選擇

該地層破碎、縮徑、漏失、垮塌嚴重等，根據(jù)以往經(jīng)驗采用高轉(zhuǎn)速、高鉆壓、高泵量鉆進不利于取心和保護孔壁。轉(zhuǎn)速過高，遇大裂隙時易發(fā)生斷鉆事故；鉆壓過高，遇軟硬交替地層時易發(fā)生鉆孔偏斜事故；泵量過高，在土層和軟地層中易造成巖心被沖洗液沖刷，導致采取率不足；控制鉆頭線速度，保證鉆孔的垂直度；控制回次進尺，保證巖心采取率。經(jīng)過不斷的摸索總結(jié)出較為合適的鉆進參數(shù)，具體見下表。

表1 鉆進參數(shù)表

鉆頭線速度控制在1.5m/h～2.0m/h，回次進尺控制在1.0m～2.0m左右。

減少事故的發(fā)生和保證巖心采取率。

8 沖洗液配制及注意事項

鉆孔沖洗液循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接影響著鉆進速度、鉆探質(zhì)量、孔內(nèi)的安全程度和材料消耗。鉆孔沖洗液已成為鉆探工作實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、安全、低耗、全面完成勘探任務的一項重要因素。

（1）對泥漿要進行指標鑒定。使用現(xiàn)場泥漿測試儀（漏斗粘度計，比重秤，失水量儀）測試泥漿性能，達到設計標準后方可使用。

（2）必須預先浸泡，粘土和高分子鏈溶解和無機物溶解過程原理不盡相同。比如市場上購買的粘土大多數(shù)為鈣土，預浸泡8h以上并在純堿作用下完成水化過程；而高分子只有長時間浸泡，其大分子長鏈才能充分展開，在沖洗液中發(fā)揮吸附和交聯(lián)作用等。

（3）要特別注意添加順序。為避免因添加劑之間阻溶和不理想交聯(lián)而導致絮凝等現(xiàn)象，必須按先無機后有機，分子量由小到大等順序添加。

（4）攪拌要充分。各種添加劑之間的交聯(lián)和作用必須具備充分的接觸條件，每一種添加劑加入后至少要保持30分鐘攪拌時間。

（5）每班測試兩次泥漿比重、漏斗粘度，并做好記錄，泥漿性能達不到要求的要及時調(diào)整。

（6）勤撈取沉淀池中巖粉，盡可能避免巖粉參與泥漿循環(huán)。

（7）時刻觀察泥漿液面的變化，發(fā)現(xiàn)泥漿漏失或孔內(nèi)涌水，要及時治理。

9 護壁堵漏措施及工藝研究

鉆孔漏失主要分為滲透性漏失、裂隙性漏失、溶洞性漏失以及人為因素漏失四種漏失類型?？變?nèi)液柱壓力大于地層破裂壓力時，地層就會發(fā)生漏失。鉆進作業(yè)中，人為因素造成的漏失，往往是由于操作和泥漿流變性這兩方面所引起的，常見的有以下幾種情況。

（1）起、下鉆時，特別是下鉆時下放速度過快，或者是在鉆頭、擴孔器泥包的情況下，猛提猛放鉆桿柱，造成壓力激增將地層壓裂發(fā)生漏失。

（2）下套管時，下放速度過快，造成壓力激增，也會將地層壓裂發(fā)生漏失。

（3）沖洗液切力過高，特別是靜切力過高時，加上開泵過猛或是下鉆速度過快，會在抽塌地層造成瞬時壓力激增將地層壓塌壓漏。

在實際鉆進中一定避免上述幾種情況的發(fā)生，注意起、下鉆速度要控制好，泵量應先從小泵量向大泵量逐漸轉(zhuǎn)換。

鉆孔施工期間如發(fā)現(xiàn)漏失或坍塌嚴重時，主要采用高標號水泥固孔，進行護壁堵漏。根據(jù)礦區(qū)氣溫，一般水泥漿液的水灰比在0.45左右?？诇\時可投入水泥球或從孔口直接灌注水泥漿液，在孔深超過100m沒時則用泵送，這時水泥漿流動度要求15cm～16cm，可泵期2h，候凝時間根據(jù)實踐經(jīng)驗需16h～48h，天氣寒冷時，可適量的加入CaCl2以提高水泥速凝早強效果。

若孔段漏失在300mL/30min以下，則使用801或802堵漏劑堵漏，其配制使用方法為：先使用固相含量15%左右的基漿；粘度35秒～45秒，再加入801或802堵漏劑0.2%～5%充分攪拌形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，泵送入孔內(nèi)循環(huán)，對輕微漏失有很好的效果。

10 結(jié)論與認識

此次研究工作取得了一定效果，為今后在該地區(qū)施工提供了寶貴經(jīng)驗。但研究工作中也存在一些未能完全解決的問題，這將是該區(qū)鉆探下一步需要思考和探索的方向。如ZK7545#鉆孔在解決孔內(nèi)縮徑和粘土礦物上涌的過程中，確實按計劃實施了多種辦法，但最終未能完全攻克粘土礦物上涌這一難關(guān)；整個施工過程鉆頭消耗過大，如何找到適用且經(jīng)濟的鉆頭還是一項急需解決的問題。

通過本次鉆探工藝研究，主要取得了以下研究成果：

（1）提出了復雜地層礦區(qū)鉆探工程的設計原則、設計要點，和設計內(nèi)容。重視鉆孔結(jié)構(gòu)設計，采用多級鉆孔結(jié)構(gòu)，在正常情況下不輕易變徑，變徑后及時下入套管。

（2）根據(jù)復雜地層的特點，提出了機械設備的選擇方法。配備回轉(zhuǎn)能力和提升能力強的XY-6型鉆機和泵壓大的BW-250沖洗液泵，便于處理復雜情況。

（3）對取心鉆進技術(shù)進行了分析總結(jié)，提出了鉆進參數(shù)的調(diào)整思路和選取原則。

（4）重視沖洗液在鉆進中起到的作用，做好沖洗液實驗，選配好相應的沖洗液配方，并搭配適宜的鉆進參數(shù)，達到了良好的護壁效果。

（5）通過重視鉆頭的質(zhì)量和適用性能，攻克了該礦區(qū)堅硬地層鉆進這一難題。本項目通過北京探礦研究所、唐山市金石超硬材料有限公司等國內(nèi)知名品牌的鉆頭廠家來爾呷地吉鉛鋅礦區(qū)現(xiàn)場考察，攻克了該復雜地層。