江西銀山坳礦區(qū)復(fù)雜地層深孔巖心鉆探施工技術(shù)研究

■李文勝　宮寒冰　劉方海（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊(duì)江西新余338000)

江西銀山坳礦區(qū)復(fù)雜地層深孔巖心鉆探施工技術(shù)研究

■李文勝宮寒冰劉方海
（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊(duì)江西新余338000)

本文簡(jiǎn)要對(duì)江西銀山坳礦區(qū)的地層鉆進(jìn)進(jìn)行分析，依據(jù)礦區(qū)存在的問題，給出了本文的研究?jī)?nèi)容。本文主要研究在礦區(qū)鉆孔施工設(shè)計(jì)，鉆井設(shè)備，鉆井方法的選擇，和工藝參數(shù)的優(yōu)化。

復(fù)雜地層深部關(guān)鍵技術(shù)

1　礦區(qū)鉆探條件分析

江西省分宜縣銀山坳銀鉛鋅多金屬礦預(yù)查區(qū)位于分宜縣北東方向約10km處之分宜縣湖澤鎮(zhèn)與新余市渝水區(qū)歐里鎮(zhèn)交界處，交通比較方便。

礦區(qū)上巖層主要為上部第四系地層、礦區(qū)內(nèi)主要為第四系地層上部，下二疊統(tǒng)茅口組（P1M）和下二疊統(tǒng)小江側(cè)組（盒），姜堰（52）。坡面土壤含有硅化巖第四紀(jì)地層，硅質(zhì)巖碎片。為硅化灰?guī)r，硅質(zhì)巖石被風(fēng)化成砂狀下二疊統(tǒng)茅口組上部。下二疊統(tǒng)小江邊灰色，深灰色厚層含生物泥晶灰?guī)r，灰?guī)r粉，偶夾泥灰?guī)r和泥晶白云巖。巖漿巖為花崗巖。

2　鉆探施工設(shè)計(jì)與設(shè)備優(yōu)選研究

2.1鉆探施工設(shè)計(jì)

2.1.1鉆身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

銀山坳礦區(qū)鉆孔結(jié)構(gòu)作如下設(shè)計(jì)：用Φ170mm鉆具開孔，下入Φ168mm孔口套管后，Φ146作為技術(shù)套管，預(yù)留三級(jí)Φ130mm、Φ110 mm、Φ91 mm口徑為坍孔段，用89毫米的套管預(yù)留第四泥巖砂巖與支承孔。Φ91 mm級(jí)以上孔段，采用Φ91 mm雙動(dòng)雙管鉆進(jìn)取心，取心工具為內(nèi)管超前壓入式雙動(dòng)雙管鉆具。

2.1.2鉆進(jìn)方法

主要選用合金鉆進(jìn)和聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)。

2.1.3擴(kuò)孔鉆進(jìn)

根據(jù)鉆頭，鉆桿強(qiáng)度的類型，巖性，擴(kuò)孔級(jí)配和設(shè)備能力：一般鉆壓選3～8KN，轉(zhuǎn)速0.4—1.1m/s，泵量60～80l/min。

2.2設(shè)備優(yōu)選研究

2.2.1鉆機(jī)選擇

根據(jù)地質(zhì)要求設(shè)計(jì)孔深達(dá)到750m，開孔直徑Φ170mm，終孔直徑Φ75mm，根據(jù)以上條件選用HXY-5型鉆機(jī)一臺(tái)。

2.2.2附屬設(shè)備

（1）泥漿泵：確定選擇BW-250型泥漿泵。

（2）動(dòng)力機(jī)：選用250G型柴油機(jī)。

（3）鉆塔：鉆塔高度為17.5m。

3　鉆進(jìn)工藝等與泥漿的護(hù)壁堵漏

3.1復(fù)雜地層鉆進(jìn)工藝

本礦區(qū)主要特點(diǎn)為上部有尾礦，風(fēng)化成土狀和粉砂狀、粉未狀，或風(fēng)化破碎成角礫狀碎塊及大小溶洞（可鉆性1-3級(jí)），下部為泥晶灰?guī)r，淺灰～灰色和可鉆性8級(jí)以上花崗巖堅(jiān)硬巖石。鑒于上部的復(fù)雜地層，考慮采用根管鉆進(jìn)技術(shù)，下部采用泥漿護(hù)壁技術(shù)。并且采用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)。

3.2根管鉆進(jìn)工藝

對(duì)于溶洞等復(fù)雜地層的施工，鉆探工程領(lǐng)域有較成熟的工藝。針對(duì)該礦區(qū)，應(yīng)采取金剛石小孔徑巖心鉆探，并采用根管鉆進(jìn)工藝。本礦區(qū)溶洞采用類似同心式根管鉆進(jìn)。

3.3泥漿的護(hù)壁堵漏

下面將簡(jiǎn)單提出設(shè)計(jì)使用鉆井液的配置

（1）低固相泥漿的配制

配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：

水+膨潤(rùn)土4%，純堿（Na2CO3）0.3%，水解聚丙烯酰胺（PHP）300萬(wàn)分子200ppm

鈉-羧甲基纖維素（Na-CMC）1%，廣譜護(hù)壁劑（GSP）2%，腐植酸鉀（稀釋劑、加鉀離子）1%，漏失地層加803大裂縫隨鉆堵漏劑。密度：1.03g/cm3；粘度：22S；失水量：8ml/30min；PH：8；

（2）繩索取心泥漿

在泥巖及砂巖中鉆時(shí)時(shí)：用低固相粗分散泥漿，配比為膨潤(rùn)土4%，純堿（Na2CO3）0.3%，水解聚丙烯酰胺（PHP）300萬(wàn)分子200ppm，腐植酸鉀（稀釋劑、加鉀離子）3%。

4　埋鉆事故預(yù)防與處理（專題）

4.1埋鉆事故原因

（1）孔壁垮塌

（2）巖粉沉淀

（3）鉆粉聚集

（4）水泥堵漏、護(hù)壁時(shí)，水泥還沒凝結(jié)即開始掃孔，在掃孔時(shí)鉆具被水泥固結(jié)

4.2發(fā)生埋鉆前的征兆

發(fā)生埋鉆前有如下征兆：埋鉆前，下鉆不能到底，鉆進(jìn)中鉆具回轉(zhuǎn)阻力增大；時(shí)有蹩車的現(xiàn)象，提動(dòng)、回轉(zhuǎn)鉆具，阻力略微減輕，但接著阻力又增大；開始有些堵水，繼而產(chǎn)生嚴(yán)重蹩泵現(xiàn)象，接著孔口不返水，時(shí)間愈長(zhǎng)，事故情節(jié)愈惡化。

4.3埋鉆事故的預(yù)防

（1）鉆進(jìn)過程中，遇下列情況，應(yīng)及時(shí)處理：動(dòng)力機(jī)響聲異常或電流表值增高；鉆具回轉(zhuǎn)吃力，提動(dòng)困難；皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，跳動(dòng)厲害；孔口沖洗液突然中斷或泵壓升高；孔內(nèi)有異常響聲。鉆具上有大量泥包或取粉管內(nèi)有碎塊及淤泥時(shí)也應(yīng)及時(shí)采取處理措施。

（2）鉆孔穿過松散破碎、容易坍塌的巖層或流砂層時(shí)，一定要采取有效的護(hù)壁措施。一般采用比重較大，失水量低，粘度適宜的泥漿就能解決問題，必要時(shí)還得使用粘土球固壁、水泥固壁，直至下套管護(hù)孔。

（3）加強(qiáng)泥漿管理。應(yīng)經(jīng)常檢查泥漿的性能指標(biāo)，必要時(shí)要進(jìn)行性能調(diào)整。污染后要及時(shí)更換新鮮泥漿，循環(huán)槽、水源箱、沉淀箱等應(yīng)經(jīng)常清理。

（4）保持水泵有足夠的泵量、泵壓。當(dāng)泵量、泵壓不足時(shí)，不能湊合鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中應(yīng)避免沖洗液循環(huán)中斷，尤其是鉆進(jìn)砂層、松軟巖層更應(yīng)特別注意。提鉆前，應(yīng)先沖孔，使孔內(nèi)巖粉排除干凈，待提出機(jī)上鉆桿后，方能停泵。

（5）鉆具在孔內(nèi)時(shí)不能停止沖洗液循環(huán)。因故修理水泵，必須把鉆具提至安全孔段。

（6）處理其它事故時(shí)，防止同時(shí)發(fā)生埋鉆事故。當(dāng)發(fā)生卡鉆、跑鉆、斷鉆桿等事故時(shí)，如果沖洗液尚能循環(huán)，千萬(wàn)不要立即停泵，而應(yīng)首先沖孔，再進(jìn)行處理。如果不能循環(huán)，應(yīng)加速排除上述事故，以免鉆具在孔內(nèi)放置過久而埋陷。

（7）為了防止不穩(wěn)定孔段巖層坍塌，提鉆時(shí)應(yīng)向孔內(nèi)回灌沖洗液。

（8）用水泥堵漏、護(hù)壁、固孔時(shí)，一定要待水泥固結(jié)后再進(jìn)行掃孔。

4.4埋鉆事故的處理

埋鉆事故用強(qiáng)拉強(qiáng)頂?shù)姆椒ㄍ荒苁招В懦@類事故一般采取以下措施：

（1）首先進(jìn)行強(qiáng)力開泵沖孔，以求用沖洗液沖散坍塌物，并排出孔外。在強(qiáng)力開泵情況下串動(dòng)鉆具，并逐步擴(kuò)大串動(dòng)范圍。結(jié)于不太嚴(yán)重的埋鉆事故，這樣處理往往可以排除。

（2）若填埋很厚，其程度比較嚴(yán)重，經(jīng)上述方法處理無(wú)效時(shí)，可將填埋物以上的鉆桿反上來(lái)，然后下入同徑鉆具送水鉆進(jìn)。待將填埋物鉆掉，并沖洗干凈用絲錐撈取事故鉆具。

（3）如撈取不動(dòng)，可把巖心管、異徑接頭以上的鉆桿全部反回，再用透空的方法處理。

（4）經(jīng)以上方法處理仍不收效。最后只有采取割，磨的方法處理。如條件允許，亦可換小一級(jí)的孔徑鉆進(jìn)。

5　結(jié)論與展望

本文從江西銀山坳礦區(qū)鉆探工程中遇到的實(shí)際問題出發(fā)，系統(tǒng)研究了復(fù)雜地層深部鉆探施工中存在的技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)一步深入研究了該礦區(qū)地層特點(diǎn)與鉆探施工技術(shù)的關(guān)系，以及本礦區(qū)探礦工程的特殊性。本文主要研究了該礦區(qū)的鉆孔施工設(shè)計(jì)，鉆探設(shè)備優(yōu)選，鉆進(jìn)工藝方法，和規(guī)程參數(shù)優(yōu)選，防塌抑制性泥漿設(shè)計(jì)和孔內(nèi)事故預(yù)防處理等。通過本文研究，提出了本礦區(qū)地層條件的一套完整鉆探設(shè)計(jì)和施工技術(shù)方案，采用該技術(shù)方案實(shí)踐證明可以優(yōu)質(zhì)高效的完成該礦區(qū)0---750米的鉆探施工任務(wù)。

[1]汪濤.云南某礦區(qū)復(fù)雜地層深孔巖心鉆探關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J].《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）博士論文》,2012-10-01.

[2]徐建寶.國(guó)銀金融大廈巖土工程詳細(xì)勘察[j].《大學(xué)生論文聯(lián)合比對(duì)庫(kù)》-2013-06-03.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-195-2

盧蕾，女，2014年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球物理學(xué)院，碩士學(xué)位,研究方向?yàn)楦鞣N地球物理方法在多金屬礦物探工作中的應(yīng)用。