四川爾呷地吉鉛鋅礦區(qū)復(fù)雜地層ZK7545#鉆孔施工技術(shù)研究

王 暢

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊(duì)，湖南 衡陽 421001）

1 項(xiàng)目背景

該礦區(qū)位于四川甘洛縣沙岱鄉(xiāng)，為彝族聚居地區(qū)，地層破碎帶較多，垮塌嚴(yán)重，機(jī)臺(tái)月效率低，無法滿足地質(zhì)技術(shù)要求。這一施工難題久攻不克，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度緩慢，施工成本高，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益差，無法探明該礦區(qū)的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量，后續(xù)開采工作也無法部署安排。通過本次施工技術(shù)研究解決ZK7545#鉆孔施工難題，為后續(xù)工作的開展掃清障礙和提供可依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)。

2 本研究的指導(dǎo)思想及原則

在原有施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的復(fù)雜地層施工成果，采用成熟的施工設(shè)備、施工工藝，在經(jīng)濟(jì)性原則的基礎(chǔ)上，保質(zhì)保量、安全高效的完成施工任務(wù)。本次研究原則為。

（1）從實(shí)際出發(fā)，了解原來在該礦區(qū)施工中所遇到的問題，哪些問題已有完善的處理措施，哪些問題還未得到解決，對(duì)所遇復(fù)雜地層有充分的準(zhǔn)備。

（2）盡量選用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備和鉆探技術(shù)人員熟練掌握的施工工藝，適當(dāng)考慮引進(jìn)新的機(jī)械設(shè)備和施工工藝。

（3）邀請(qǐng)各地鉆探專家，針對(duì)該礦區(qū)的復(fù)雜地層進(jìn)行分析，優(yōu)化鉆孔施工設(shè)計(jì)方案，并積極與科研院所、鉆頭及生產(chǎn)沖洗液的廠家進(jìn)行攻關(guān)合作。

3 本研究的成果產(chǎn)生的作用和價(jià)值

此次鉆探研究工作的主要任務(wù)是在工期內(nèi)完成合同工作量的同時(shí)，收集鉆進(jìn)的原始資料，包括施工時(shí)所需的鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量、沖洗液等各項(xiàng)鉆進(jìn)參數(shù)、鉆頭的有效進(jìn)尺及消耗量、鉆桿的磨損度等，并通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析，探索出一套成本低、效率高的施工工藝，以提高巖心采取率，確保完成四川爾呷地吉鉛鋅礦區(qū)2018年的鉆探工作任務(wù)，便于該礦區(qū)今后找礦工作的開展。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)該鉆探項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析及相關(guān)資料形成總結(jié)性報(bào)告，將其作為該礦區(qū)鉆探施工可操作性資料，攻克該礦區(qū)鉆探施工技術(shù)難題，為今后類似礦區(qū)鉆探施工提供參考資料。

4 研究的主要內(nèi)容和重點(diǎn)

（1）在易偏斜巖層中采取何種合適的鉆進(jìn)參數(shù)。

（2）在松散、破碎、垮塌嚴(yán)重及變化反復(fù)的巖層中如何選用鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選配合適的鉆頭鉆具。

（3）在易縮徑、易塌陷巖層中如何從沖洗液入手，調(diào)配合適沖洗液，保證鉆孔的順利實(shí)施。

（4）在各種漏失情況下，采取何種堵漏措施。

5 該地層易出現(xiàn)的施工難點(diǎn)

（1）力學(xué)不穩(wěn)定地層，因受地質(zhì)成因和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響造成了地層破碎，這類地層一旦被鉆穿后，就會(huì)破壞其原來的相對(duì)穩(wěn)定或平衡狀態(tài)，使孔壁在重力作用下產(chǎn)生坍塌掉塊等孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）遇水不穩(wěn)定地層，孔壁與沖洗液接觸，產(chǎn)生松散、溶脹、剝落、溶蝕等現(xiàn)象。常出現(xiàn)鉆孔縮徑、孔壁剝落、坍塌等孔壁失穩(wěn)問題。

（3）漏失地層，由于地層中溶洞、節(jié)理發(fā)育，加上該礦區(qū)20世紀(jì)90年代亂采亂挖，亂采濫挖導(dǎo)致老窿、采空區(qū)零亂，造成鉆進(jìn)過程中沖洗液漏失。

6 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到該礦區(qū)地層極其復(fù)雜的實(shí)際情況，綜合以前的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)鉆探技術(shù)人員與多位專家討論研究，本次鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)為：Φ150mm—Φ122mm—Φ95mm—Φ76mm“三級(jí)套管四級(jí)成孔”繩索鉆探施工工藝。套管級(jí)配：Φ146mm—Φ108mm—Φ89mm。（Φ95繩索鉆進(jìn)終孔，預(yù)留一級(jí)Φ76備用）

7 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)和鉆頭選擇

該地層破碎、縮徑、漏失、垮塌嚴(yán)重等，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)采用高轉(zhuǎn)速、高鉆壓、高泵量鉆進(jìn)不利于取心和保護(hù)孔壁。轉(zhuǎn)速過高，遇大裂隙時(shí)易發(fā)生斷鉆事故；鉆壓過高，遇軟硬交替地層時(shí)易發(fā)生鉆孔偏斜事故；泵量過高，在土層和軟地層中易造成巖心被沖洗液沖刷，導(dǎo)致采取率不足；控制鉆頭線速度，保證鉆孔的垂直度；控制回次進(jìn)尺，保證巖心采取率。經(jīng)過不斷的摸索總結(jié)出較為合適的鉆進(jìn)參數(shù)，具體見下表。

表1 鉆進(jìn)參數(shù)表

鉆頭線速度控制在1.5m/h～2.0m/h，回次進(jìn)尺控制在1.0m～2.0m左右。

減少事故的發(fā)生和保證巖心采取率。

8 沖洗液配制及注意事項(xiàng)

鉆孔沖洗液循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接影響著鉆進(jìn)速度、鉆探質(zhì)量、孔內(nèi)的安全程度和材料消耗。鉆孔沖洗液已成為鉆探工作實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、安全、低耗、全面完成勘探任務(wù)的一項(xiàng)重要因素。

（1）對(duì)泥漿要進(jìn)行指標(biāo)鑒定。使用現(xiàn)場(chǎng)泥漿測(cè)試儀（漏斗粘度計(jì)，比重秤，失水量?jī)x）測(cè)試泥漿性能，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后方可使用。

（2）必須預(yù)先浸泡，粘土和高分子鏈溶解和無機(jī)物溶解過程原理不盡相同。比如市場(chǎng)上購(gòu)買的粘土大多數(shù)為鈣土，預(yù)浸泡8h以上并在純堿作用下完成水化過程；而高分子只有長(zhǎng)時(shí)間浸泡，其大分子長(zhǎng)鏈才能充分展開，在沖洗液中發(fā)揮吸附和交聯(lián)作用等。

（3）要特別注意添加順序。為避免因添加劑之間阻溶和不理想交聯(lián)而導(dǎo)致絮凝等現(xiàn)象，必須按先無機(jī)后有機(jī)，分子量由小到大等順序添加。

（4）攪拌要充分。各種添加劑之間的交聯(lián)和作用必須具備充分的接觸條件，每一種添加劑加入后至少要保持30分鐘攪拌時(shí)間。

（5）每班測(cè)試兩次泥漿比重、漏斗粘度，并做好記錄，泥漿性能達(dá)不到要求的要及時(shí)調(diào)整。

（6）勤撈取沉淀池中巖粉，盡可能避免巖粉參與泥漿循環(huán)。

（7）時(shí)刻觀察泥漿液面的變化，發(fā)現(xiàn)泥漿漏失或孔內(nèi)涌水，要及時(shí)治理。

9 護(hù)壁堵漏措施及工藝研究

鉆孔漏失主要分為滲透性漏失、裂隙性漏失、溶洞性漏失以及人為因素漏失四種漏失類型。孔內(nèi)液柱壓力大于地層破裂壓力時(shí)，地層就會(huì)發(fā)生漏失。鉆進(jìn)作業(yè)中，人為因素造成的漏失，往往是由于操作和泥漿流變性這兩方面所引起的，常見的有以下幾種情況。

（1）起、下鉆時(shí)，特別是下鉆時(shí)下放速度過快，或者是在鉆頭、擴(kuò)孔器泥包的情況下，猛提猛放鉆桿柱，造成壓力激增將地層壓裂發(fā)生漏失。

（2）下套管時(shí)，下放速度過快，造成壓力激增，也會(huì)將地層壓裂發(fā)生漏失。

（3）沖洗液切力過高，特別是靜切力過高時(shí)，加上開泵過猛或是下鉆速度過快，會(huì)在抽塌地層造成瞬時(shí)壓力激增將地層壓塌壓漏。

在實(shí)際鉆進(jìn)中一定避免上述幾種情況的發(fā)生，注意起、下鉆速度要控制好，泵量應(yīng)先從小泵量向大泵量逐漸轉(zhuǎn)換。

鉆孔施工期間如發(fā)現(xiàn)漏失或坍塌嚴(yán)重時(shí)，主要采用高標(biāo)號(hào)水泥固孔，進(jìn)行護(hù)壁堵漏。根據(jù)礦區(qū)氣溫，一般水泥漿液的水灰比在0.45左右。孔淺時(shí)可投入水泥球或從孔口直接灌注水泥漿液，在孔深超過100m沒時(shí)則用泵送，這時(shí)水泥漿流動(dòng)度要求15cm～16cm，可泵期2h，候凝時(shí)間根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)需16h～48h，天氣寒冷時(shí)，可適量的加入CaCl2以提高水泥速凝早強(qiáng)效果。

若孔段漏失在300mL/30min以下，則使用801或802堵漏劑堵漏，其配制使用方法為：先使用固相含量15%左右的基漿；粘度35秒～45秒，再加入801或802堵漏劑0.2%～5%充分?jǐn)嚢栊纬删W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后，泵送入孔內(nèi)循環(huán)，對(duì)輕微漏失有很好的效果。

10 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

此次研究工作取得了一定效果，為今后在該地區(qū)施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。但研究工作中也存在一些未能完全解決的問題，這將是該區(qū)鉆探下一步需要思考和探索的方向。如ZK7545#鉆孔在解決孔內(nèi)縮徑和粘土礦物上涌的過程中，確實(shí)按計(jì)劃實(shí)施了多種辦法，但最終未能完全攻克粘土礦物上涌這一難關(guān)；整個(gè)施工過程鉆頭消耗過大，如何找到適用且經(jīng)濟(jì)的鉆頭還是一項(xiàng)急需解決的問題。

通過本次鉆探工藝研究，主要取得了以下研究成果：

（1）提出了復(fù)雜地層礦區(qū)鉆探工程的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，和設(shè)計(jì)內(nèi)容。重視鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用多級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，在正常情況下不輕易變徑，變徑后及時(shí)下入套管。

（2）根據(jù)復(fù)雜地層的特點(diǎn)，提出了機(jī)械設(shè)備的選擇方法。配備回轉(zhuǎn)能力和提升能力強(qiáng)的XY-6型鉆機(jī)和泵壓大的BW-250沖洗液泵，便于處理復(fù)雜情況。

（3）對(duì)取心鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié)，提出了鉆進(jìn)參數(shù)的調(diào)整思路和選取原則。

（4）重視沖洗液在鉆進(jìn)中起到的作用，做好沖洗液實(shí)驗(yàn)，選配好相應(yīng)的沖洗液配方，并搭配適宜的鉆進(jìn)參數(shù)，達(dá)到了良好的護(hù)壁效果。

（5）通過重視鉆頭的質(zhì)量和適用性能，攻克了該礦區(qū)堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)這一難題。本項(xiàng)目通過北京探礦研究所、唐山市金石超硬材料有限公司等國(guó)內(nèi)知名品牌的鉆頭廠家來爾呷地吉鉛鋅礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)考察，攻克了該復(fù)雜地層。