四川理塘金礦勘探復雜地層鉆探施工難點及其對策

翁少海，舒 智，高啟貴，夏 東，李永強

（四川華鋒鉆探工程有限責任公司 四川 成都 610091）

四川省理塘金礦區地層中含有大段炭質泥巖、蝕變玄武質凝灰巖，均屬強水敏性巖層，在鉆探施工中極易吸收沖洗液中的水分，引起孔壁失穩，工程上表現為極易出現卡鉆、憋鉆、埋鉆等事故，為鉆探施工帶來極大難度。2016年我公司進入該礦區施工，制定、執行了科學合理的技術方案，取得了較好的使用效果和經濟效益[1]。

1 地層概況

礦區出露地層為三疊系瓦能蛇綠巖組。有黃砂（泥）巖、角礫灰巖、碳質板巖、含碳質板巖與炭質泥巖互層和蝕變玄武質凝灰巖[2]。其總體產狀傾向東到南東，近南北向展布。礦區內單孔水敏性地層累計厚度最高可達一百多米，單層水敏性地層厚度達40～50米。

2 施工難點

該礦區施工中同時存在多種復雜狀況，嚴重影響鉆探施工的正常進行，具體復雜情況大致可分為以下幾類：

（1）破碎、掉塊。礦區表面覆蓋層多為黃砂巖或帶泥質成分的粉砂巖，這類地層比較松散，破碎，容易掉塊或是垮塌。整個孔段地層大致是軟硬互層、破碎帶穿插出現的現象。所有鉆孔傾角均為75°，施工時鉆桿的擾動容易引發掉塊卡鉆事故[3]。

（2）縮徑、垮塌。穿過覆蓋層后，下部地層為碳質板巖、板巖泥巖互層、凝灰巖和破碎灰巖等。炭質泥巖、風化的綠泥石化變質巖和凝灰巖為水敏性巖石，有較強的塑性，遇水膨脹引發孔壁縮徑，碳質板巖及泥巖厚度較深，影響排粉，容易造成埋鉆事故。

（3）漏失。破碎灰巖伴隨有嚴重的漏失，對沖洗液護壁和防止掉塊都增加了難度，對掃孔劃孔和排巖粉都有較大影響。在中深孔的施工中，出現嚴重漏失時，操作不當易引發卡鉆、燒鉆、埋鉆等孔內事故，大大增加了施工難度。

3 采取的技術措施

為應對上述難題，經過認真分析研究，在施工中采用了以下技術措施。

3.1 施工工藝

（1）采用合金干鉆開孔，再跟管鉆進。礦區覆蓋層為黃砂巖或帶泥質成分的粉砂巖，這類地層比較松散，破碎，干鉆開孔有利于形成穩定的孔壁，保證開孔質量和足夠的巖心采取率。

（2）控制打撈速度為保證良好的護壁效果和降失水效果，復雜層位鉆進時需采用粘度較高的沖洗液，內管打撈時在孔底和鉆孔內壁形成抽吸作用相應增大。為減少此抽汲作用的影響，在打撈時前幾十米一定要緩慢勻速上提。

（3）控制起管速度起下鉆的過程是孔內安全的一個重要環節，起下鉆的速度直接影響到激動壓力和抽汲壓力的變化。我公司采用的鉆具、鉆桿組合形式，決定了孔內環空間隙很小，形成的激動壓力和抽吸作用都很大。因此，在復雜孔段的起下鉆速度均需得到控制。

（4）向孔內回灌沖洗液為減少漏失帶來的不利影響，應該隨時向孔內回灌沖洗液。復雜層位起鉆時，為了使孔壁所受的內外壓力基本保持平衡，鉆桿每提升幾十米后，應該向孔內回灌沖洗液，防止孔壁因壓力失衡而坍塌。

3.2 鉆進參數

（1）由于覆蓋層比較松散，開孔轉速不宜過高、壓力不能過大，以保證開孔孔壁的穩定和開孔的質量。

（2）采用金剛石繩索取心鉆進時，保持中低轉速，不宜過高。

（3）水敏性復雜地層施工中，轉速和泵量應控制在合理值范圍。

（4）破碎地層，轉速和泵量不宜過高。

3.3 沖洗液方案

（1）開孔配方

A、開孔巖層為較完整的黃砂巖的；巖層比較穩定，采用常規坂土漿液。

配方組成：膨潤土+純堿+纖維素。

B、開孔巖層為泥質粉砂巖的；由于巖層中含有泥質成分，遇沖洗液后泥質部分容易被沖洗液帶走，影響巖心采取和采取率，通過適當提高沖洗液粘度和膠結性的方法保證巖心采取率。

配方組成：膨潤土+燒堿+植物膠+纖維素

（2）碳質板巖、不延續的泥巖（凝灰巖）和破碎灰巖地層沖洗液配方。這類地層容易掉塊，保證較高的巖心采取率難度較大。為確保孔壁穩定和足夠的巖心采取率，沖洗液應具備低失水量、高動塑比和護壁作用的性能。

配方組成：膨潤土+燒堿+植物膠+纖維素

（3）連續長孔段水敏性地層配方

這類地層的特點是遇水容易膨脹、造成鉆孔縮徑，引起孔內排粉不暢通、孔內泵壓升高。為保證孔壁穩定和合理的孔內泵壓，沖洗液應具備低固相、低切力、低失水量以及充足的抑制性。

配方組成：膨潤土+純堿+纖維素+S-1降失水劑+氯化鉀

3.4 堵漏

該項目在鉆進至鉆孔下部破碎板巖、灰巖地層時，常出現鉆孔漏失現象，堵漏工作也較為頻繁。通過采用以下方法進行堵漏，取得了較為理想的效果：①對于小裂隙漏失的孔段，用801堵漏劑和適量鈉土添加到沖洗液中進行隨鉆堵漏；②對于大裂隙漏失的，用803堵漏劑+纖維素+適量鈉土+聚丙烯酰胺+馬糞攪拌成粘糊狀，直接倒入孔內，用稠泥漿將之壓入孔底，再來回快速掃孔，使其擠壓到裂隙中達到堵漏的效果；③若上述堵漏無效的話，還可用進口堵漏劑AusPlug+803堵漏劑+纖維素進行堵漏；

3.5 掃孔

在理塘金礦鉆探項目，掃孔對維持孔內正常起到了很好的效果，是施工過程中非常關鍵的一個環節。每段水敏性縮徑地層一般都存在一個逐漸延長的縮徑周期。在縮徑周期內掃一次孔，可以減少下次掃孔時間、減輕掃孔負荷，減小鉆進泵壓，維持孔內正常。經過幾次掃孔之后，縮徑層的縮徑現象就會相對減弱。

4 結語

通過上述一系列技術措施和科學的沖洗液方案，我公司在理塘金礦區共完成有效總進尺39454.80m，巖心采取率達到90%以上，平均臺月進尺716米，無一報廢孔和報廢進尺。該項目的順利完工，為我公司在此類水敏性復雜地層的施工積累了經驗。也為公司創造了較好的經濟效益。