夏建湘

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四〇八隊，湖南 郴州 423000）

開陽磷礦擬投入鉆探進尺5.8萬米，設(shè)計孔深在900—2000米之間。整裝勘查區(qū)位于貴州省中部，行政區(qū)劃隸屬于貴州省開陽縣、息烽縣和甕安縣。ZK309孔，孔深1830.18米，位于貴州省開陽縣馮三鎮(zhèn)四坪村瓦廠林組，屬高原中山侵蝕、溶蝕地形地貌，地形切割中等，最高海拔約1713米，最低海拔約1073m，區(qū)內(nèi)植被覆蓋率較高。屬長江流域烏江水系清水河上游，水系較發(fā)育。年平均氣溫12.8℃。年平均降雨量1419.51mm。

1 鉆進施工過程中存在的主要困難

鉆探工期緊，工作量大，大體要求在1年時間內(nèi)完成5萬米鉆探工作量。這就要求盡可能的提高鉆進效率，避免報廢工作量。

地層復(fù)雜，節(jié)理、裂隙及溶蝕孔洞發(fā)育、構(gòu)造斷裂帶發(fā)育、巖石破碎、存在鉆進全過程中沖洗液漏失問題。

巖性組合復(fù)雜，風(fēng)化帶、蝕變帶、構(gòu)造破碎帶、巖石軟硬不勻，結(jié)構(gòu)松散，局部存在斷層泥，水敏性地層縮徑、垮塌，施工中存在鉆進困難，孔壁不穩(wěn)，易發(fā)生掉塊、坍塌、縮徑、漏失等嚴重影響鉆進安全的孔內(nèi)事故，以往施工中發(fā)生多起因坍塌而報廢鉆孔的事故。

下部灰質(zhì)粘土巖、砂屑磷塊巖、粘土巖、白云巖斷裂帶易發(fā)生堵芯、憋泵、回次進尺少、鉆進效率低、取芯困難等問題。

2 ZK309深孔鉆探施工情況及鉆進處理

2.1 開孔前準備

平整場地時為保證鉆機坐穩(wěn)坐牢，對塔腳地基進行了加固，避免底盤不穩(wěn)導(dǎo)致孔斜和鉆塔傾覆事故，并對施工場地進行了水泥硬化。泥漿池尺寸為3m×2m×1.5m，挖筑時嚴格按尺寸數(shù)字施工，并保持方正，便于在以后施工過程中計算和觀察泥漿的消耗量。兩個沉淀池為2m×2m×1.5m.循環(huán)槽長度15m，槽高30mm,寬32mm稍大于平頭鏟寬度，便于用平頭鏟清除巖屑。整個循環(huán)系統(tǒng)均搭好雨棚，方便泥漿材料的存放、保管和杜絕雨水流進循環(huán)系統(tǒng)。鉆機安裝周正、穩(wěn)固，確保天車、立軸、孔口中心三點成一條直線，場內(nèi)設(shè)備分布合理、適用，安全設(shè)施齊全，于2013年10月8日開孔。

2.2 上部地層（151m以淺）的鉆進過程

開孔鉆遇覆蓋層主要為松散沉積地層，結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)性較差。采用優(yōu)質(zhì)低固相泥漿護壁鉆進，泥漿配比為：水1m3+低粘增效粉5%+高粘度羚甲基纖維素0.5%+廣譜護壁劑0.5%+聚丙烯酸鉀0.3%。該泥漿性能：粘度26s，密度1.05g/ cm3，失水量9ml/30min，使用效果好，鉆進順利，未出現(xiàn)漏水、孔壁不穩(wěn)的情況，鉆至16m開始見白云巖基巖，再繼續(xù)鉆進至30m位置遇完整巖心，下入第一層Ф127mm套管30m.

然后換用Ф110mm普通金剛石鉆具繼續(xù)鉆進，鉆進過程中遇白云巖、灰?guī)r漏失，并伴有掉塊現(xiàn)象，考慮到Ф110mm金剛石單管鉆具鉆進效率不高，工人勞動強度大，取芯困難，單管鉆具強度有限等因素，鉆至51m巖心完整時，下入第二層Ф108mm活動技術(shù)套管，考慮到技術(shù)套管有加深的可能，為確?；顒犹坠茼樌鸢?，在下入活動技術(shù)套管時采用了“披衣穿襪”式的處理措施，用廢機油和黃油等材料混合的自制潤滑劑涂滿套管表面，以便于起拔和加強密封效果，將套管最下端0.5m范圍內(nèi)纏繞一層干海帶，外部用麻布纏緊，用來防止巖粉進入活動套管間隙內(nèi)，套管底部也一同包起，防止下入套管過程中干海帶和麻布向上滑動，影響底部密封效果，麻布外層也涂上自制潤滑劑。經(jīng)過“披衣穿襪”式的處理措施處理后，順利的下入了Ф108mm活動技術(shù)套管51m。

然后換Ф95mm繩索取芯鉆進工藝繼續(xù)鉆進，鉆進過程中遇白云巖、砂巖、灰?guī)r破碎、漏水，隨鉆堵漏無效，至150m深位置時鉆孔全漏失，穿過該破碎、漏水層至151m位置時，起拔活動套管，起拔過程十分順利，證明采用的“披衣穿襪”式處理措施有效，接著換用Ф110mm鉆具帶導(dǎo)向擴孔至151m后，重新下入第二層Ф108mm技術(shù)套管共計151m。

2.3 Ф95mm孔徑繩索取芯鉆進工藝及處理措施

（1）護壁堵漏技術(shù)措施

該孔由于存在構(gòu)造斷裂帶發(fā)育，巖層存在裂隙發(fā)育，巖石破碎等復(fù)雜情況，鉆孔漏水一直是施工過程中重大問題之一，在鉆進140—150m孔深段過程中，由于巖心破碎，漏水嚴重等問題采用水泥封堵過一次，耗時6天，剛開始孔口返水還正常，然后又逐步失返，隨著鉆桿回轉(zhuǎn)敲打孔壁，掉塊、卡鉆現(xiàn)象仍有發(fā)生，證明這次水泥封堵周期長，效果不理想，造出的水泥孔壁不牢固，不得不在151m位置拔出Ф108mm活動套管，再擴孔至151m后，重新下Ф108mm套管151m。

根據(jù)該孔的地質(zhì)條件和地層特點，經(jīng)過現(xiàn)場分析漏失現(xiàn)象，總結(jié)施工經(jīng)驗，分析認為漏失通道為微裂隙或者裂隙，且裂隙直徑不會太大，漏失類型屬于滲透性漏失，針對漏失情況研究出一套適合該孔復(fù)雜地層鉆進的護壁堵漏技術(shù)，有效地解決了該孔的護壁堵漏問題。

第一種：觀察孔口返漿減少量在1/3內(nèi)，發(fā)生輕微漏失，可在上面泥漿配制方案基礎(chǔ)配方另外再加入隨鉆堵漏劑，具體加量視漏失程度而定（5—15kg/m3）.

繩索取芯液動潛孔錘鉆進與傳統(tǒng)鉆進技術(shù)施工效果指標對比表：

第二種：明顯觀察到孔口返漿迅速減少，減少量在1/2左右，屬中等漏失，需添加惰性堵漏材料，具體配方：水1m3+低粘增效粉4%+高粘度羚甲基纖維素0.8%+廣譜護壁劑0.3%+聚丙烯酸鉀0.2%+高效潤滑劑（GLUB）0.5%+鋸末、棉絮、纖維類惰性材料2—3%。

第三種：全漏失，該孔共出現(xiàn)全漏失5次，Ф95mm孔徑段3次，Ф75mm孔徑段2次，采用“高粘堵漏劑壓差法”專程堵漏方案均取得明顯的堵漏效果。

（2）鉆進過程

順利下入Ф108mm技術(shù)套管后，下部巖層仍存在斷裂破碎帶較多，巖石破碎、裂隙發(fā)育、水敏性地層縮徑、擴徑、坍塌等嚴重影響孔內(nèi)安全的施工隱患，為了保證鉆進效率，巖心采取率和鉆孔垂直度，采用Ф95mm繩索取芯鉆進工藝，選用高胎體長壽命的薄壁孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭（46/60的HRC30—35的鉆頭）鉆進，采用上面所述的泥漿配比方案和護壁堵漏技術(shù)，鉆進中雖然還存在漏失和輕微掉塊現(xiàn)象，但總體上保持進尺穩(wěn)定，孔壁穩(wěn)定，孔底干凈。鉆進至540m巖心完整，下入第三層Ф89mm活動技術(shù)套管540m，所下入的套管采用上面所述的“披衣穿襪”法進行處理后，下入過程安全順利。

再換用Ф75mm繩索取芯鉆進工藝繼續(xù)鉆進。鉆進至孔深700m后，開始出現(xiàn)巖粉增多，堵芯憋泵，回次進尺減少，回轉(zhuǎn)阻力增大，鉆進效率降低等諸多問題，現(xiàn)場分析認為在砂巖夾粘土巖，鈣質(zhì)粘土巖夾粘土質(zhì)砂巖斷裂帶出現(xiàn)坍塌，針對該問題調(diào)整泥漿配比方案，具體配比：水1m3+低粘增效粉3%+高粘度羚甲基纖維素0.5%+廣譜護壁劑1.5%+聚丙烯酸鉀0.5%+高效潤滑劑1%。泥漿性能：密度1.03g/ cm3，粘度28s，失水量5ml/30min。調(diào)整后的泥漿有效地抑制濾水量，快速穩(wěn)定造壁，增加破碎地層碎塊的膠結(jié)能力，對掉塊、坍塌現(xiàn)象起到了較好的抑制效果，同時降低摩阻力，提高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速可用650r/min，鉆壓控制在15KN左右，泵量50—70L/min，在該段鉆進過程中孔外出現(xiàn)一次BW—250型泥漿泵軸承損壞的機械故障和孔內(nèi)連續(xù)發(fā)生三次斷鉆桿事故，下入公錐都較順利撈出段落鉆桿，分析認為該處出現(xiàn)垮孔產(chǎn)生“大肚子”，鉆穿該層至750m，孔深位置出現(xiàn)完整巖心后，重新起拔Ф89mm活動套管，由于下套管時處理措施有效，540m套管全部順利拔出。

再換用Ф95mm繩索取芯鉆具擴孔至750m孔深位置后，重新下入第三層Ф89mm活動技術(shù)套管750m，隔離該破碎坍塌帶。

2.4 下部地層（750m以深至終孔）的鉆進

在上段鉆孔施工中，鉆進比較困難，鉆屑多且鉆渣顆粒粗大，而金剛石繩索取芯鉆進鉆孔與鉆具的環(huán)狀間隙小，泥漿粘度增大后泵壓迅速升高，泵壓高造成孔內(nèi)激動壓差大，對孔壁穩(wěn)定破壞嚴重，為此，在重新下入Ф89mm套管后，采用將Ф75mm繩索取芯鉆頭加大到Ф77mm，由于環(huán)狀間隙的增大，改善了環(huán)空流態(tài)，降低了泵壓，有利于復(fù)雜地層鉆進保持孔壁穩(wěn)定，提高鉆進效率。同時BW—250型泥漿泵已不能滿足要求，更換使用BW—320型泥漿泵。

以往我隊曾經(jīng)多次使用過液動潛孔錘鉆進技術(shù)，但因?qū)δ酀{體系的配制和管理使用未能滿足液動潛孔錘使用要求，當時液動潛孔錘質(zhì)量本身也有不足等原因，在深孔鉆進中未能發(fā)揮出明顯的技術(shù)優(yōu)勢。通過對低粘增效粉配制泥漿體系的成功有效運用，對泥漿性能的控制日益成熟，最后決定采用中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所研制的SYZX75型繩索取芯液動潛孔錘鉆具鉆進下部地層。

液動潛孔錘鉆進在碎巖過程中，既有回轉(zhuǎn)方向的回轉(zhuǎn)力，又有軸向方向的沖擊力，而這種向下作用的沖擊力，強化了鉆進規(guī)程，加大了鉆頭破巖速度，有效清除破碎地層巖心的自行卡堵，延長了回次進尺，攻克堅硬致密地層的打滑和防止鉆孔彎曲，提高了巖（礦）的采取率，具有鉆孔質(zhì)量好，鉆進效率高的巨大優(yōu)勢。

SYZX75型繩索取芯液動錘是由雙噴嘴復(fù)合液動錘與繩索取芯鉆具結(jié)合而成的。液動錘采用了容積式?jīng)_擊工作原理，大幅度地減少了沖程阻力，沖錘行程15—25mm，自由行程5—8mm，工作泵壓0.5—2mpa，沖擊頻率25—40Hz，沖擊力10—50J。沖洗液最好使用無固相沖洗液，但因該孔地層復(fù)雜，裂隙較多，巖心破碎與軟硬互層時常交替出現(xiàn)，為保證鉆進順利，仍采用優(yōu)質(zhì)低固相泥漿。同時，采用液動潛孔錘鉆進時，泥漿潤滑性能也非常關(guān)鍵，對失水量和含砂量的要求更高，泥漿配方：水1m3+低粘增效粉3%+高粘度羚甲基纖維素0.3%+廣譜護壁劑1%+聚丙烯酸鉀0.3%+高效潤滑劑0.5%。泥漿性能：密度1.02g/ cm3，粘度25s，失水量6ml/30min。

繩索取芯液動錘鉆進使用的鉆壓和轉(zhuǎn)速略低于普通繩索取芯金剛石鉆進，初壓8—10KN，正常鉆壓控制在10—13KN，轉(zhuǎn)速316—970r/min，由于繩索取芯液動錘鉆進時液動錘是靠泥漿泵產(chǎn)生的高壓流驅(qū)動，工作范圍內(nèi)可根據(jù)地層的可鉆性調(diào)節(jié)相應(yīng)的泵量，在所鉆地層條件允許的情況下，采用較大的泵量，一般為50—90L/min，正常泵壓在3—4mpa范圍內(nèi)。

使用繩索取芯液動錘鉆進以后，加大了對泥漿性能維護力度，更換了更細一級的振動篩篩網(wǎng)，增加了清除巖屑的頻率，，每班至少測定一次泥漿性能，根據(jù)泥漿使用情況及時調(diào)整維護，由于措施得力，液動錘僅小型維修過三次，實現(xiàn)了深部復(fù)雜破碎地層鉆探生產(chǎn)效率明顯提高的效果，于2013年12月26日順利終孔，終孔孔深1830.18米。

3 總結(jié)

ZK309深孔地層復(fù)雜，構(gòu)造斷裂帶發(fā)育、巖層破碎、漏失嚴重，通過使用低粘增效粉配制的低固相泥漿體系的綜合治理實踐，順利解決該孔深部復(fù)雜破碎地層的鉆進難題。該孔采用的護壁堵漏技術(shù)措施工藝簡單，實用有效，有力保障了鉆孔的順利施工。繩索取芯液動潛孔錘鉆進應(yīng)用成功，臺月效率788.32m，巖心采取率95.16%，實現(xiàn)了鉆進效率高，鉆孔質(zhì)量好，巖心采取率高，鉆頭時效高、壽命長，鉆孔垂直度高等技術(shù)優(yōu)勢，為今后的深孔復(fù)雜地層施工提供了快捷、安全的鉆進處理技術(shù)，為今后推廣使用奠定了堅實的技術(shù)支撐。