圍山城金銀礦深部及外圍普查大斜度鉆孔鉆探技術

2016-02-24 00:49:06劉清江

現代礦業 2016年11期

劉清江

(河南省地礦局第二地質勘查院)

劉清江

(河南省地礦局第二地質勘查院)

在自然造斜地層鉆進過程中，彎曲度偏差超標是影響鉆孔質量的重要因素。河南桐柏縣圍山城金銀礦深部及外圍普查區內巖石可鉆性級別低，鉆速可達3～5 m/h。但由于巖層傾角大，軟硬互層多，鉆進中極易出現鉆孔彎曲度超標現象，極大影響了鉆孔質量，嚴重時易造成鉆孔報廢。為此，在分析區域地質特征的基礎上，經過改進鉆進工藝，提高了大斜度鉆孔的鉆探效率和質量，對于類似鉆探工程有一定的參考價值。

大斜度鉆孔鉆孔彎曲度鉆進工藝鉆探效率鉆孔質量

圍山城金銀礦深部及外圍普查工作區位于河南省南部桐柏縣朱莊至陳莊一帶，行政區劃大部分隸屬河南省桐柏縣，西部延伸入河南省泌陽縣境內，面積31.8 km2。工作區距桐柏縣城35 km，有柏油公路直達，經縣城向東80 km至信陽市與京廣鐵路和107國道相銜接，向西120 km至南陽市與焦枝線相連。312國道、滬陜高速和寧西鐵路EW向縱貫測區南北兩側。工作區內村村通硬化公路縱橫交錯，交通條件十分便利。區內普查鉆孔布置采用勘探線法，以200 m×200 m間距進行工程控制，結合企業生產需要，局部適當加密至100 m×100 m間距。勘探網為正方形。礦區共設計鉆孔16個，均為斜孔(傾角80°，個別75°)，孔深300～1 200 m不等，設計總鉆探工作量10 000 m。

1 工作區地質特征

工作區位于秦嶺造山帶東段核部，是由多個形成于不同構造環境，有著各自獨立建造特征和變形、變質及構造演化序列的構造地層地體，經多次聚合后拼為一體的復雜構造帶。北部為華北地臺南緣褶皺帶，中部為北秦嶺褶皺帶，南部為南秦嶺褶皺帶。圍山城金銀礦帶位于北秦嶺褶皺帶內。

(1)地層。①下古生界大栗樹組(Pt1d)，為一套變質細碧-石英角斑巖系，以灰綠色斜長角閃巖、斜長角閃片巖為主，夾綠泥陽起片巖、綠泥滑石片巖、磁鐵角閃變粒巖及含榴黑云變粒巖，底部具混合巖化特征；②上古生界歪頭山組(Pt3w)，為一套中—淺變質的火山碎屑-沉積巖系，可劃分出下、中、上3部分共17個巖性段，因受老洞坡背斜以及橫跨其上的朱莊背斜影響，歪頭山組內地層走向變化較大，各巖性段巖石依次環繞朱莊及老洞坡背斜呈環帶狀展布，各巖層間呈諧合接觸，巖層中變余微細層理和沉積韻律較清晰；③第四系(Q)，多分布于山溝、河床及其兩側的階地中，此外還有山坡及低洼處，前者為沖、洪積物，后者為殘、坡積物，由砂礫石、亞砂土、亞黏土及腐殖土組成。

(2)構造。圍山城金銀礦及外圍的基本構造形態表現為軸跡NE向老洞坡背斜和軸跡NW向朱莊背斜所構成的穹窿狀構造，褶皺之后層間剝離斷裂及各種性質斷裂十分發育。朱莊背斜翼角20°～60°，軸面近直立或略向SW傾斜；樞紐NW向波狀起伏，傾伏角17°～36°。老洞坡背斜為樞紐向NE傾伏(傾伏角10°～35°)的緊閉同斜褶皺，軸面NW傾，傾角約35°。

2 鉆孔結構與鉆進方法

對鉆孔結構的總體要求是盡可能確保三級口徑鉆至設計孔深，上部覆蓋層孔段用套管隔離，換徑后盡可能往深處鉆進，穿越一層復雜層(坍塌、掉塊、漏水、縮徑等)后換徑，鉆進至設計孔深，中間口徑為預留口徑，在第三級口徑鉆遇復雜地層時，可拔出第二層套管，擴孔鉆進至完成地層，再下入第二層套管[1-3]。鉆孔方法為上部覆蓋層孔段用φ110 mm金剛石取心鉆頭鉆進，當鉆至完整巖石時，下入φ108 mm套管(反絲)，用φ95 mm金剛石繩索取心鉆進，穿過多層采空區和漏失地層后下入φ89 mm套管(反絲)，用φ76 mm金剛石繩索取心鉆進，從而達到地質目的終孔。

鉆探施工中采用的泥漿類型為：①膨潤土泥漿，主要用于覆蓋松散層、漏失嚴重及掉塊地層的施工，配制方法(加土量的質量之比)為鈣基膨潤土25%+植物膠2%+CMC(羧甲基纖維素鈉)1%+純堿2%+防塌劑1.5%+高黏堵漏劑0.5%，性能指標為比重1.10～1.30，漏斗黏度30～35 s，失水量15～20 mL/30 min，pH值8～8.5，特點為黏度較高、比重較大、失水量較小、含沙量較小、泥漿穩定性較好；②低固相沖洗液，用于孔壁較完整、地層微漏失層，配制方法(加土量的質量之比)為鈣基膨潤土2%+水解聚丙烯酰胺0.3%+CMC(羧甲基纖維素鈉)0.5%+純堿1%+防塌劑1.5%+高黏堵漏劑0.5%，性能指標為比重1.05～1.08，pH值9～10，漏斗黏度20～30 s，失水量5～8 mL/30 min，特點為黏度較高、比重較小、失水量小、含沙量小、潤滑性好、泥漿穩定性好；③無固相乳狀沖洗液，主要用于地層孔壁完整、不漏水、不掉塊地層，配制方法為水解聚丙烯酰胺0.5%+高黏堵漏劑0.3%+廣譜護壁劑5%+皂化油2%，性能指標為比重1.02～1.05，pH值8～10，漏斗黏度25～30 s，失水量5～8 mL/30 min，特點為黏度較高、比重小、失水量小、含沙量小、潤滑性較好、泥漿穩定性好。

3 控制鉆孔彎曲度鉆進技術

(1)實時控制參數法。減少壓力，確保鉆桿垂直度控制鉆速在2 m/h以下，可有效減少頂角、方位角偏差。

(2)采用平底鉆頭，導向性好，穩定性好，鉆孔彎曲度變化較小。

(3)采用粗徑鉆具，剛性大，鉆桿彎曲度小，鉆孔彎曲度變化減少。該礦區出現彎曲度超標現象后，為各鉆機配備了S95A繩索鉆具，根據鉆孔設計深度，確定φ89 mm繩索施工深度。由鉆孔施工情況可知，φ89 mm繩索施工的孔段未出現頂角、方位角超標現象，有個別孔基本無偏差。

(4)改變開孔頂角和方位角。在鉆機安裝時，適度減少頂角、方位角(該礦區鉆孔的頂角、方位角均出現增大現象)，也可確保見礦位置符合要求。礦區對2個300 m深的鉆孔開孔時減少2°頂角，配合控制鉆壓，終孔時基本符合要求。

(5)換徑時，首先打導向孔，確保換徑后鉆孔同軸心。為確保鉆孔具有良好的導向性，切勿越級換小徑鉆具鉆進，上一級孔段未下套管前勿換小徑鉆進。

(6)沖擊回轉繩索取心鉆進。沖擊回轉鉆進具有軸向壓力小、鉆進效率高的特點，可有效防止孔斜，在堅硬、致密巖層中鉆進效果更明顯。由于該礦區進尺快、堅硬巖層少，故該技術僅在個別孔段使用。

4 孔內事故預防措施

(1)埋鉆。①由于在嚴重漏失層頂漏鉆進(個別孔)，水泵壓力表無指示，須安排專人負責水泵維修、保養及工作狀態檢測；②下鉆至距孔底3 m時，開始泵泥漿，將孔底沉渣沖出，倒桿及起鉆前應適當延長沖孔時間，確?？椎浊鍧崳虎奂皶r調整泥漿性能，確保高黏度、低失水量。

(2)鉆桿折脫。①設計合理的鉆孔結構，施工中切勿越級鉆進、人為增加環狀間隙；②在坍塌地層中鉆進，由于形成了“大肚子”，鉆桿缺少支撐，應及時調理鉆進參數，輕壓慢轉；③在干孔內鉆進時，應及時涂抹潤滑劑減阻，減少鉆桿受力；④在起下鉆過程中，應仔細檢查鉆桿使用情況，及時挑出有裂紋及磨損嚴重的鉆桿，禁止將該類鉆桿下入孔內。