羅康杰，戈良淼

（江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì)，江西 鷹潭 335000）

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

城門山銅礦礦區(qū)鉆遇地層巖性自上而下為：第四系表土層、灰?guī)r、花崗閃長斑巖、大理巖化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、含銅黃鐵礦、石英砂巖，詳見表1。主要鉆遇地層為灰?guī)r，巖石溶蝕裂隙發(fā)育，局部漏失、破碎嚴(yán)重，可鉆性在6 ～8級(jí)；石英砂巖、含燧石結(jié)核灰?guī)r堅(jiān)硬致密，脆、碎，可鉆性在10 級(jí)左右；花崗閃長斑巖等強(qiáng)風(fēng)化帶遇水極易分解，松散剝落，鉆孔掉塊、垮渣、坍塌頻繁，可鉆性在4 級(jí)左右[1]。

2 鉆探施工難點(diǎn)

（1）灰?guī)r地層裂隙發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象明顯，溶洞甚至串珠式溶洞極其常見，孔內(nèi)漏失嚴(yán)重，施工鉆孔多為不返水孔，因此堵漏是難題，且溶洞內(nèi)含有充填物，導(dǎo)致跑斜、斷鉆、卡鉆比較突出。

（2）鉆孔超徑和縮徑問題同時(shí)存在?；◢忛W長斑巖破碎地層遇水極易掉塊坍塌形成“大肚子”，造成泥漿返速低，使巖粉不能有效地被排除，從而在孔底堆積，導(dǎo)致孔底回轉(zhuǎn)阻力大，易造成憋泵憋鉆、斷鉆桿事故或?qū)е录訔U困難和埋鉆。鉆孔縮徑則直接導(dǎo)致卡鉆[2]。

（3）本礦區(qū)地質(zhì)技術(shù)要求終孔時(shí)靶區(qū)為不得偏離勘探線距10m 范圍內(nèi)，技術(shù)要求高，因此防斜糾斜是難題。

（4）燧石結(jié)核灰?guī)r、石英砂巖屬堅(jiān)硬打滑地層，進(jìn)尺慢，時(shí)效低，而且該地層軟硬不均，易跑斜[3]。

3 鉆探工藝

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)深度和鉆遇地層巖性設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)。本礦區(qū)鉆孔設(shè)計(jì)最深孔達(dá)1185m，采用的鉆孔結(jié)構(gòu)為：Φ150mm 口徑開孔，鉆穿第四系表土層入基巖下Φ146mm 套管,然后改Φ130mm繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至100m 左右，該層盡可能的穿過溶洞裂隙帶，在地層完整處下Φ127mm 套管，換Φ110mm 繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至250m 左右，該層盡可能穿過強(qiáng)風(fēng)化破碎帶，換Φ95mm繩索取芯鉆具鉆進(jìn)，由于灰?guī)r地層變化性大，Φ95mm 口徑能盡量施工就多施工，如無法繼續(xù)施工需換徑則在完整地層下Φ89mm 套管，換Φ75mm 口徑鉆進(jìn)至終孔。

3.2 鉆探設(shè)備選型

礦區(qū)根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)孔深和地層負(fù)雜情況來合理選擇鉆探設(shè)備，見表2。

表2 鉆探設(shè)備型

3.3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的確定受到鉆遇巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、鉆頭類型、鉆孔直徑、孔身結(jié)構(gòu)和深度的影響， 依據(jù)本礦區(qū)實(shí)際情況，使用的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

3.4 鉆進(jìn)方法

上部第四系表土層，為保證巖芯采取率，采用無泵硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，入基巖下入孔口管后，換金剛石繩索取芯鉆具鉆進(jìn)。但在鉆進(jìn)過程中，鉆遇含燧石結(jié)核灰?guī)r時(shí)，地層硅化不均勻，導(dǎo)致地層軟硬不均，極易跑斜；在鉆遇溶洞，且溶洞內(nèi)多含有充填物時(shí)，也容易跑斜。由于地質(zhì)技術(shù)要求高，通過控制鉆壓和大管鉆進(jìn)來防斜的傳統(tǒng)方法仍不足以解決問題。在礦區(qū)施工過程中已有多個(gè)鉆孔因跑斜而報(bào)廢，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。為此礦區(qū)引進(jìn)繩索取心液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)方法防斜和螺桿鉆具糾斜[4]。

礦區(qū)ZKJ5-1 孔施工至300m 時(shí)測斜數(shù)據(jù)顯示鉆孔已偏離靶區(qū)允許范圍，在面臨報(bào)廢鉆孔的情況下，機(jī)臺(tái)引進(jìn)螺桿鉆具糾斜，在380m 時(shí)成功地使鉆孔軌跡偏回靶區(qū)。糾斜后采用液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)方法防斜，與普通繩索取芯鉆進(jìn)，液動(dòng)潛孔錘采用螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于鉆進(jìn)時(shí)鉆桿不回轉(zhuǎn)，大大減輕了鉆具磨損，降低了損耗，有利于孔壁穩(wěn)定，對(duì)減少孔內(nèi)事故，提高鉆桿壽命都有很大幫助，而且是低鉆壓鉆進(jìn)，有利于保斜穩(wěn)斜。此外液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)可克服含燧石結(jié)核灰?guī)r等堅(jiān)硬打滑地層，提高機(jī)械鉆速，解決時(shí)效低的問題。

3.5 鉆孔沖洗液

礦區(qū)鉆遇的地層主要是灰?guī)r和強(qiáng)風(fēng)化的花崗閃長斑巖，巖層的產(chǎn)狀陡，部分孔段粘土礦物含量高，水敏性強(qiáng)，強(qiáng)度低，受機(jī)械振動(dòng)影響易碎裂，怕沖蝕。因此礦區(qū)采用的鉆井液體系主要為無固相和低固相鉆井液兩類。無固相鉆井液體系中主要以聚丙烯酰胺、植物膠、Na-CMC、皂化油為添加劑，低固相泥漿體系主要以優(yōu)質(zhì)鈉土、純堿、磺化類產(chǎn)品為添加劑。在取芯完整地層采用無固相鉆井液體系即可，在強(qiáng)風(fēng)化、破碎易坍塌地層則須采用低固相泥漿體系護(hù)壁。常規(guī)條件下的泥漿性能要求如下：密度1.02g/cm3～1.03g/cm3，濾失量≤15mL/30min，漏斗粘度15s ～20s，含砂量≤0.5%，pH 值8 ～9。

礦區(qū)ZKJ6-4 孔開始采用無固相鉆井液體系，但在315m 至401m 孔段為極其風(fēng)化的花崗閃長斑巖。鉆孔超徑和縮徑問題同時(shí)存在。斑巖破碎地層遇水掉塊坍塌形成“大肚子”，造成泥漿返速低，使巖粉不能有效地被排除，從而在孔底堆積，導(dǎo)致孔底回轉(zhuǎn)阻力大，易造成憋泵憋鉆以及加桿困難。在無法繼續(xù)施工的情況下（孔深為384m）強(qiáng)行變徑為Φ75mm，由于未完好封隔斑巖，最終導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。ZKJ6-4 孔重新開孔后吸取教訓(xùn)，改用低固相泥漿體系護(hù)壁，配方為：5%鈉土+0.5%純堿+0.5%Na-CMC+0.5%聚丙烯酰胺+2%磺化瀝青+2%防塌潤滑劑，這種鉆井液具有良好的防塌性，強(qiáng)封堵性，強(qiáng)抑制，良好的潤滑性。

3.6 護(hù)壁堵漏

礦區(qū)灰?guī)r地層溶蝕、裂隙發(fā)育，每個(gè)鉆孔均存在嚴(yán)重漏失現(xiàn)象，甚至溶洞性漏失。對(duì)于裂隙漏失，常規(guī)堵漏方法即可解決，但對(duì)于溶洞性漏失，特別是大溶洞和串珠式溶洞，灌水泥等常規(guī)堵漏方法就捉襟見肘了。如礦區(qū)ZKJ6-6 孔和ZKJ4-6 孔每個(gè)孔都有近10 個(gè)溶洞，其中3m 以上溶洞達(dá)5 個(gè)，如若不進(jìn)行封隔，將存在跑斜、斷鉆、卡鉆等事故的隱患。在此推薦使用中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所研制的新型堵漏工具—攔截式堵漏工具，它有效的解決了堵漏材料無法在溶洞性漏失通道中堆積、架橋形成有效封堵的難題。攔截式堵漏工藝是將顆粒型或凝固型堵漏材料放入攔截袋中，再將攔截袋送入孔中，顆粒堵漏材料因攔截袋可以有效集結(jié)，從而在大裂隙或溶洞中形成架橋進(jìn)行堵漏；而凝固型材料因攔截袋可以減少孔內(nèi)水稀釋、置換，可有效快速凝結(jié)實(shí)現(xiàn)封堵[5]。

當(dāng)然最有效最簡單的封堵溶洞的方法是下入套管隔離，但灰?guī)r地層復(fù)雜多變，每多下一級(jí)套管，鉆孔直徑就要減小一級(jí)，為了保證終孔鉆進(jìn)取心直徑能滿足地質(zhì)要求，就須加大孔徑級(jí)數(shù)，其結(jié)果是既增加了鉆探成本，又增加了施工時(shí)間，膨脹套管護(hù)壁技術(shù)可避免此類情況發(fā)生。膨脹管護(hù)壁技術(shù)是從石油鉆井領(lǐng)域的引進(jìn)的前沿技術(shù)，現(xiàn)已研發(fā)了地質(zhì)鉆探膨脹波紋管護(hù)壁器具及工藝，并已投入應(yīng)用。通過液控?cái)U(kuò)孔、送入波紋管、切割和規(guī)圓，波紋管膨脹工藝可以徹底解決鉆孔內(nèi)漏失、坍塌、溶洞、縮徑等復(fù)雜地層鉆進(jìn)的難題，而在裸孔內(nèi)護(hù)壁不損失鉆孔直徑的特點(diǎn)，可以大大簡化井身結(jié)構(gòu)，解決因地層復(fù)雜套管層次不足時(shí)導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢的問題[6,7]。

4 結(jié)語

（1）合理的鉆孔結(jié)構(gòu)是保障鉆孔順利施工的關(guān)鍵，應(yīng)優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)，提高時(shí)效。

（2）除了把好設(shè)備安裝關(guān)防斜外，采用繩索取心液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)，即可有效防斜穩(wěn)斜，也可克服堅(jiān)硬打滑地層，明顯提高鉆進(jìn)效率。

（3）加大對(duì)鉆孔沖洗液的投入，合理的泥漿體系能起到很好的護(hù)壁堵漏和潤滑鉆具的作用。

（4）引進(jìn)石油系統(tǒng)膨脹管技術(shù)，可以大大簡化井身結(jié)構(gòu)，臨時(shí)封隔漏失、掉塊、坍塌等復(fù)雜地層，解決因地層復(fù)雜套管層次不足的問題。

（5）運(yùn)用攔截式堵漏工具，可以有效解決溶洞性漏失的難題。