貴州省興仁縣新莊礦區復雜地層深孔巖芯鉆探施工實踐與認識

童 強，楊丕祥

（貴州地礦局117地質大隊，貴州貴陽550008）

貴州省興仁縣新莊礦區復雜地層深孔巖芯鉆探施工實踐與認識

童 強*，楊丕祥

（貴州地礦局117地質大隊，貴州貴陽550008）

全面介紹了興仁縣新莊礦區普查項目鉆孔情況，包括鉆遇地層、鉆孔結構、鉆進參數、泥漿選用與護壁、鉆頭的選用等，重點分析和總結了鉆進參數、鉆頭使用和泥漿使用工藝技術，并對深孔鉆探技術提出了幾點體會。

深孔；鉆進參數；煤系地層；泥漿；護壁防塌

1 礦區情況概述

興仁縣新莊礦區普查項目屬貴州省黔西南州礦權儲備交易中心與我單位合作開發的勘查項目，主要勘查礦區的金礦和煤礦的儲量。該礦區施工地層主要為中茅口組，大廠層、龍潭組、長興組、大隆組；下三疊統夜郎組、永寧鎮組及第四系。其中含煤巖系為龍潭組，由泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂巖、泥巖、粘土巖、炭質泥巖、燧石灰巖、泥質灰巖及煤層組成，煤系地層厚度400m以上，其中煤層以粉煤為主。含金巖系為大廠層，由強硅化灰巖、角礫狀強硅化灰巖、硅質巖及角礫狀粘土巖組成，蝕變帶平均厚度23m。

2 礦區鉆探施工的主要難點

（1）深孔施工:該礦區鉆孔設計為950～1300m。

（2）地層復雜:煤系地層地層結構不穩定，常造成鉆孔超徑、坍塌；大廠層的灰巖，主要為強硅化灰巖，鉆進效率低，造成頻繁起下鉆，影響鉆孔孔壁穩定。

（3）套管的下入與起拔：技術套管下入孔段較深，下套管時常出現遇阻不到位。同時，因下管較多，造成一定的起拔套管困難。

（4）鉆桿磨損：施工時間較長，鉆桿經常出現嚴重磨損的現象，造成孔內泥漿假循環，形成燒鉆事故。

（5）泥漿調試：地層情況的復雜性造成泥漿的選用必須進行對應的調試。

3 礦區鉆探施工的現場情況

3.1 施工完成情況及主要的設備

根據礦區的情況，我單位選用1臺套HXY-6A型鉆機和2臺套XY-44A型鉆機完成礦區8個鉆孔的施工，總工作量為8671.59m。

3.2 鉆孔結構

根據礦區的地層情況和施工要求，鉆孔均采用?150mm-PQ-HQ-NQ四級鉆孔結構。

3.3 金剛石鉆頭的選用

在該礦區鉆孔鉆進中,針對地層破碎、坍塌、超徑,造成環狀間隙小、流速大、泵壓損耗大、液流不暢、泵壓偏高或憋泵,導致無法正常鉆進；在下入和起拔套管時,易造成下入不到位、起拔困難等問題。在實際工作中,我們采用鉆頭外徑和擴孔器外徑均較普通規格增加了1mm。

在該礦區鉆孔鉆進中,由于地層存在硅化層，造成鉆頭打滑現象。在實際工作中,我們采用HRC20的NQ齒輪式孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭施工該層位，提高了在該層位的施工效率。

在該礦區鉆孔鉆進中,由于煤系地層厚度在400m以上。在實際工作中,我們采用HRC35的D型NQ底噴式孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭施工該層位，保證了該層位的巖芯采取率。

3.4 鉆進參數的選擇

為證明推論，對閃速爐電收塵器出口煙塵進行了4次采樣，每次采集5個樣品，采樣后濾筒先按煙塵分析方法計算出增重，再將濾筒進行樣品處理后分析硫酸霧總量（見表1）。從結果可以看出，濾筒中均檢出一定重量的硫酸霧，且硫酸霧的質量和三氧化硫濃度成正比。

在不同的地層、不同的孔深、不同孔徑鉆進中繩索取芯鉆進參數是不同，因此該礦區鉆孔先通過理論計算和理論選擇得出了理論鉆進參數，然后在鉆進施工中通過不斷探索總結優化得出了實際鉆進參數（見表1）。

表1 實際鉆進參數表

3.5 泥漿配置及效果

（1）泥漿配置。根據礦區的地質情況進行泥漿配比試驗，選出了比較理想的配方。

①永寧鎮組、夜郎組其巖性為泥質白云巖、白云質灰巖，其特點是砂粒粗、易微細坍塌掉塊等，其對泥漿的要求是攜砂性能好、潤滑性好。因此主要采用HPAM-KHm低固相泥漿（見表2）。

表2 泥漿配方表

②大隆組、長興組其巖性為鈣質粘土巖，其特點是易水化膨脹、具有造漿性等，其對泥漿的要求為降失水、抑制水化、攜砂、護壁防塌、潤滑性好。因此主要采用廣譜—瀝青護壁防塌泥漿（見表3）。

表3 泥漿配方表

③龍潭組（煤系地層）其巖性為炭質粘土巖、泥質粉砂巖和煤層，其特點是水敏性強、易垮塌、具有造漿性等，其對泥漿的要求為降失水、抑制水化、堵漏、攜砂、降粘、護壁防塌、潤滑性好。因此主要采用聚丙烯腈胺鹽—廣譜—植物膠護壁防塌泥漿（見表4）。

表4 泥漿配方表

④大廠層、茅口組其巖性為強硅化灰巖、硅質巖和白云質灰巖，其特點是研磨性差、易漏失等，其對泥漿的要求為攜砂性能好、潤滑性好。考慮到上部龍潭組的護壁防塌需要，因此仍主要采用聚丙烯腈胺鹽—廣譜—植物膠護壁防塌泥漿。

（2）泥漿使用效果。

①攜砂能力較強：基本保障鉆孔內清潔，無過多巖粉殘留，增加了一次性下鉆到底的成功率。

②防塌護壁：礦區煤系地層厚度為380～450m，可采煤層4～7層，以粉煤為主，在鉆探施工中基本無煤層垮塌現象。

③泵壓低：在礦區鉆孔施工過程中，泥漿泵泵壓一般保持在3.5MPa以下。

④潤滑性良好：在礦區鉆孔施工過程中，鉆機負荷正常，鉆桿磨損程度較輕。

⑤配置簡單，性價比高：現場只需按配方用攪拌機攪拌0.5～1h就可配置好泥漿。泥漿的使用壽命比較長，性能穩定，節約了泥漿整體成本。

4 深孔鉆探的認識

深孔巖芯鉆探是一項復雜的、綜合性很強的系統工程，如設備及附屬設備配套問題，鉆桿的可靠性、繩索取芯鉆探工藝參數的合理性、鉆孔護壁、潤滑、鉆探施工設計編寫與落實等問題。結合新莊礦區的鉆孔施工實踐淺談幾點體會。

（1）合理選擇鉆探設備。在設備和附屬配套的選擇上要根據地質要求合理配置，不能出現超設備能力施工情況出現。

（2）合理選擇繩索取芯管材。在深孔鉆進中，配備加長型的繩索取芯鉆桿和鉆具，適當的增加內外管間的環狀間隙，可以提高回次進尺，減少起下內管的輔助時間。針對復雜地層，可合理增大鉆頭的外徑。配置液壓擰管鉗可避免人為原因導致鉆桿絲扣和鉆桿體受損傷。

（3）優化繩索取芯鉆探工藝參數。在深孔鉆進中，為確保施工安全，防止孔內事故，要優化選用金剛石鉆頭，適當控制鉆機轉速，合理選擇泥漿的流量和給進壓力。

（4）繩索取芯鉆進的沖洗液和護壁措施。在地層復雜的情況下，應選用中粘度、合理密度、降失水性好、潤滑減阻性好的泥漿。通過該礦區的實踐和總結，廣譜—瀝青護壁防塌泥漿和聚丙烯腈胺鹽—廣譜—植物膠護壁防塌泥漿完全可以適應煤勘深孔的施工需要。

（5）必須認真編寫施工技術組織設計。深孔的施工難度大，費用高，風險大，認真編寫好施工技術組織設計是很重要的。鉆孔技術設計要細致，針對性要強，不能流于形式，重要特殊鉆孔設計要反復進行商討和論證。同時在施工中必須按要求嚴格執行，并及時針對實際情況進行修改。

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2015-02-09

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童強（1982-），男（漢族），湖北武漢人，工程師，現從事地質鉆探技術工作。