王 瑞，羅 龍，曹灶開，楊 科，樊臘生

（1.中國地質調查局?？诤Ｑ蟮刭|調查中心，海南?？?71127；2.中國地質調查局應用地質研究中心，四川成都610036；3.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川成都610036）

1 概況

礦區(qū)位于甘肅文縣縣城西北方向，屬秦嶺山系南緣，地形切割較強烈。大陸溫帶季風氣候，年平均氣溫15.2°C，年平均降水量425.8mm，工作區(qū)人口較為密集，以漢、藏、回族為主。礦區(qū)內主要為卡林型金礦，伴生有輝銻礦、黃鐵礦。

礦區(qū)主要受湯普溝—觀音壩斷層控制，區(qū)內褶皺、斷層較為發(fā)育，破碎蝕變強烈，主要由第四系殘坡積物、碎裂巖、鈣（炭）泥質千枚巖、灰?guī)r、斜長花崗斑巖、硅質巖及石英砂巖脈組成。其中，第四系覆蓋層厚度較大，且發(fā)育大量滾石，滾石以灰?guī)r為主；千枚巖呈淺灰色、細粒鱗片變晶結構，千枚狀構造，絹云母化、硅化較強，千枚理發(fā)育，局部碎裂；灰?guī)r呈隱晶質結構，塊狀構造，致密堅硬；斜長花崗斑巖呈淺灰色、斑狀結構，塊狀構造，硅化較強，局部破碎；硅質巖及石英砂巖硅化極強，分布較少。地層軟硬互層交替變化頻繁，各向異性明顯，地層傾角60°～80°。

第四系覆蓋層厚10～50m，由殘坡積物和馬蘭黃土組成。馬蘭黃土為淺黃色粉砂質亞粘土，厚度0.8～20m，馬蘭黃土下部多為殘坡積物，主要由巖石碎塊（千枚巖、灰?guī)r、砂巖、斜長花崗斑巖等碎塊）和粘土組成，巖石碎塊常為硅化灰?guī)r，大小不一，磨圓度中等，礦段漏失層約1～300m。礦區(qū)巖層可鉆性分類見表1。

表1 陽山礦區(qū)巖石可鉆性等級分類

該礦段設計ZK3024鉆孔，設計孔深970m，設計傾角90°，位于陽山礦帶安壩礦段30號勘探線上，含灰?guī)r滾石，掉塊頻繁，漏失嚴重，軟硬互層頻繁，局部孔段采芯難。針對該礦段的鉆探技術難點，我們收集了已施工鉆孔資料，積極聘請專家進行指導，開展鉆探技術研究，總結相關經(jīng)驗，取得了一定效果。安壩礦段鉆孔施工情況如圖1所示。

圖1 安壩礦段鉆孔施工情況圖

2 鉆探施工的技術難點

該礦段由于地層較為復雜，給鉆探施工帶來較大困難，主要表現(xiàn)為：①燒鉆事故易發(fā)。由于孔內漏失嚴重，孔內水位較低，對鉆具不能起到很好的冷卻作用，容易造成燒鉆事故；②鉆進時阻力大。由于沖洗液的漏失，在井內無沖洗液循環(huán)，在鉆桿與孔壁之間加大了摩擦阻力，鉆進較為困難；③巖粉難以排除。由于無沖洗液攜帶巖粉排出井外，許多巖粉粒在井內反復破碎，加大了孔底阻力，降低了鉆井效率，且容易造成埋鉆、卡鉆事故；④孔壁易坍塌。由于沖洗液漏失，鉆桿與孔壁摩擦阻力大，加之沒有沖洗液平衡地層應力，孔壁易坍塌，護壁較為困難。⑤巖芯管投放困難。由于孔內沖洗液的漏失，不能直接將內管投放到位，只有采取相關措施才能投放到孔底，增加了輔助時間，嚴重影響了施工效率。

3 鉆探技術對策

為了能更好地解決葛條灣—安壩礦段覆蓋層鉆探技術難題，減少覆蓋層鉆探施工的井內事故，降低鉆探施工成本，提高施工效率，我們主要從設備、鉆進方法、鉆具組合、沖洗液等方面著手，針對性地采取相關措施。

3.1 設備選擇

葛條灣—安壩礦段ZK3024設計孔深在800～1000m，地層條件復雜，鉆進難度大。從生產能力、經(jīng)濟性、安全性等方面考慮，采用HXY-6B型巖芯鉆機、BW-250型泥漿泵、HCX-18型直斜兩用塔、SQ114/8型液壓動力鉗、1.2m3泥漿攪拌桶等設備進行施工，電網(wǎng)供電。

3.2 鉆進方法

由于該礦段覆蓋層較厚，地層復雜，在征得地質同意的情況下，為了快速穿過漏失層，提高鉆進效率，采用三級套管進行封隔（?168mm→?146mm→?114mm），全面鉆進工藝快速穿過漏失層。

3.3 鉆具組合

（1）?172mm開孔，穿過馬蘭黃土，下入?168mm孔口管。

（2）?152.4mm牙輪鉆頭（?152.4mm復合片全面鉆頭）+雙母變絲接頭+?149mm穩(wěn)定器+?120.7mm×?50.8mm石油鉆鋌1～2根（單根長度9.15m、單根重量720kg，單位重量約79kg/m）+變絲接頭+PQ鉆桿，全面鉆進至120～150m左右，下入?146mm套管封隔坍塌、掉塊。

（3）?133mm牙輪鉆頭+雙母變絲接頭+?130mm穩(wěn)定器+?104.8mm×?50.8mm石油鉆鋌1～2根（單根長度9.15m、單根重量475kg，單位重量約52kg/m）+變絲接頭+PQ鉆桿，全面鉆進至300m左右（進入基巖），下入?114mm套管。鉆具級配如表2所示。

表2 鉆具級配

3.4 鉆具組合使用分析說明

（1）?152.4mm口徑準備?120.7mm鉆鋌（310mm母扣×311mm公扣，螺紋為NC38）更好，不用鉆鋌也可施工，只是鉆孔頂角偏大一些。

(2)?133mm口徑需要準備?133mm鑲齒牙輪鉆頭，采用“?133mm牙輪鉆頭（331mm公扣）+雙母變絲接頭（310mm母扣×330mm母扣）+變絲接頭（PQ母扣×311mm公扣）+PQ鉆桿”的鉆具組合，鉆機加壓全面鉆進。

（3）在?122mm口徑全面鉆進困難的情況下，可以轉換為PQ鉆進。

(4)?133mm裸眼段下入?114mm套管，間隙大了一些，在后續(xù)HQ鉆進時存在斷、脫?114mm套管的風險。

3.5 沖洗液選擇

由于該礦段覆蓋層較厚，且嚴重漏失，坍塌、破碎，地層較為復雜，沖洗液的選擇尤為重要，總結以往鉆孔的施工經(jīng)驗，為了能更好地潤滑鉆具、降低鉆探成本，在孔內漏失情況下，全面鉆進時，300m以內主要采用PHP(水解聚丙烯酰胺)+清水鉆進，有效地降低了成本，又能較好地保證了孔壁的穩(wěn)定。

4 孔內事故預防及處理原則

4.1 鉆桿折斷脫扣事故預防

在該礦區(qū)復雜地層鉆進過程中，主要的井故就是鉆桿折斷脫扣，經(jīng)統(tǒng)計，在采用繩索取芯鉆進時，有的孔發(fā)生鉆桿折斷脫扣事故達十多次，如果頻繁的發(fā)生鉆桿折斷脫扣，將會嚴重地影響施工進度，甚至導致鉆探施工中斷，導致鉆孔報廢，造成較大損失。所以防止鉆桿斷脫扣，在中深孔鉆進中選得尤為重要。在該孔施工過程中主要采取以下措施防止鉆桿折斷和脫扣。

（1）各種管材、接頭、接箍均須按新舊程度分類存放和使用，磨損嚴重時要及時更換。提升下降鉆具時，隨時留心觀察鉆具磨損程度，發(fā)現(xiàn)不合格要及時更換。管材的彎曲和磨損應符合規(guī)定。

（2）鉆桿、巖芯管有裂紋、嚴重磨損和明顯變形、連接晃動等現(xiàn)象，均不得下入孔內使用。對已長期處理過井故的鉆桿由于容易出現(xiàn)疲勞破壞，在深孔鉆進時，不得采用。

（3）鉆進遇阻力過大，鉆具發(fā)生急劇反轉時，不要急劇提動鉆具和強行開車。應先將鉆具慢擰上扣，再做處理。

4.2 井內事故的處理原則

由于該礦段地層較復雜，鉆孔較深，地層漏失，采用全面鉆進時巖粉不容易排除，且在孔底重復破碎，鉆桿阻力較大，斷鉆、脫扣風險較大。為有效預防處理事故、避免事故的復雜化，制定了鉆桿折斷、脫扣處理的原則：

（1）發(fā)生事故后，要冷靜處理，準確計算孔深、機上余尺、井內鉆桿數(shù)量等相關數(shù)據(jù)，不得在不明原因情況下強拉、硬拽，主要是為了防止在不明井下情況的條件下處理可能導致二次井故的發(fā)生，造成井故加井故的局面，使事故復雜化，處理困難或難以處理。

（2）打撈事故鉆桿時，要選用鉆桿性能較好的鉆桿進行打撈，打撈前要正確計算好事故位置，提高打撈成功率。

（3）要制定好事故的處理方案，既要保證方案的可行性、安全性，又要保證方案的連續(xù)性，為處理事故爭取時間，防止再生事故。

5 結論

(1)在該礦段，為了能快速地穿過該失返性漏失層（覆蓋層），提高鉆進效率，采用“全面鉆進+多級套管”的方法較為有效。

(2)在覆蓋層采用全面鉆進速度較快，為了防止孔斜，盡可能采用鉆鋌加壓，保持鉆具穩(wěn)定性和安全性。

(3)在嚴重漏失地層鉆進，如果漏失速度較快，全面鉆進時鉆頭的冷卻速度慢，孔內巖渣、碎塊不能排出孔外，容易造成巖屑重復破碎，影響鉆進效率。