礦產資源勘查中小口徑鉆進施工技術探討

2019-05-11 03:00:04郭林江

關鍵詞：施工

郭林江

（青島地質工程勘察院，山東青島 266300）

在礦產資源勘探技術措施中，鉆探技術仍然是唯一能從地層中取出實物巖礦樣品的勘查技術方法。深孔鉆探給鉆探技術提出了更新更高的要求[1]。

1 工程概況

寧夏石嘴山成礦區航磁異常查證鉆探施工鉆孔，位于鄂爾多斯盆地西緣，地勢較平坦。該項目設計鉆孔1個，鉆孔深度1500米。鉆進的400米進尺工作量報廢，重新布孔鉆進。新鉆孔終孔孔深1500米，終孔孔徑76mm。鉆探工程質量六項指標均符合質量要求，綜合測評為優質鉆孔。

該鉆孔存在的幾個難點：①第四系覆蓋層厚度達180多米，較厚，黃土層、砂礫層、卵礫層等膠結性較差。②地層結構復雜，地層松散、基巖裂隙、褶皺、斷裂發育。

（1）鉆探設備。鉆機為XY-6B型，其他裝備BW-250型泥漿泵，中型繩索絞車一臺，120KW柴油發電機組一臺，NJ-600型泥漿攪拌機一臺。

（2）鉆具。繩索取芯鉆桿（S95A、S75A）為兩端敦粗型。Φ95mm、Φ76mm繩索取芯鉆具。

依據地質設計要求、鉆探施工設計、鉆進措施、鉆孔深度、地層特點等，采用繩索取心鉆探與單管鉆進相結合的施工技術。三級鉆孔結構施工。

（1）先期報廢鉆孔。最初在已報廢鉆孔中采用的鉆孔結構：0.00—150.00m，鉆孔孔徑110mm，下人φ108mm套管；0.00—243.00m，鉆孔孔徑95mm，下人φ89 mm套管；243.00—400.00m鉆孔孔徑75mm。由于沒有有效的阻隔承壓水層，涌水量過大，導致鉆孔報廢。

（2）新鉆孔結構。開孔采用Ф110mm鉆頭，全面鉆進至400米，至1016米改成Ф75mm全面破碎鉆頭鉆進。鉆孔結構如圖1所示。

圖1 鉆孔結構示意圖

通過查詢巖芯鉆探資料和根據以往多年的施工經驗，鉆孔要想順利竣工，必須要解決好鉆孔的涌水問題。當鉆遇承壓水層發生井涌，提高沖洗液的密度抑涌。必須調整泥漿性能，在泥漿中摻加加重劑來增加泥漿密度，增大鉆孔液柱壓力，保持孔內壓力平衡。

4.2.1 加重劑的選擇

加重劑的作用是加大泥漿比重，常用的加重劑有石灰石粉（比重2.2～2.9）、磁鐵礦粉（比重4.9～5.2）和釩鈦鐵粉（比重大于4.5）等。

4.2.2 泥漿基本材料用量計算

按照所配制泥漿的密度來計算各材料的用量。

（1）黏土用量。制成一立方泥漿按泥漿密度要求，所需黏土重量q，（單位kg）為：q=γ1（γ2-γ3）×1000/（γ1-γ3）

式中γ1—黏土的密度，2.2～2.6；γ2—泥漿的密度；γ3—水的密度

（2）配漿水用量。制成一立方泥漿所需用水量V，（單位L）為：V=1000-q/γ1

（3）加重劑用量。制成加重泥漿時，制成一立方泥漿所需加重劑的重量W（單位kg）為：

式中γB—加重劑的密度；如重晶石的密度為4.2～4.6；γ4—加重泥漿的密度；γ2—原漿的密度

（4）泥漿中加火堿：氫氧化鈉：又稱燒堿、火堿。效果：a、調理泥漿PH值；b、氫氧化鈉溶于水中會完全解離成鈉離子與氫氧根離子推進膨潤土渙散造漿；c、加速有機處理劑溶解，加量通常為泥漿的0.1%～0.5%。

4.2.3 制備加重泥漿

選用礦石粉作為加重劑。做鉆井泥漿用的礦石粉一般細度要達到325目以上，如礦石粉細度不夠則易發生沉淀。鉆井泥漿用礦石要求比重大于4.2，BaSO4含量不低于95%，可溶性鹽類小于1%。由于礦石粉的比重較大，要求原漿有較高的黏度，否則，加重劑與原漿混合不均勻，容易發生沉淀。

4.2.4 泥漿性能測量和使用

泥漿在使用過程中巖粉及砂粒逐漸增多，濃度增大，黏度和失水量增加，膠體率下降，要求泥漿中的含砂量越少越好，不易超過4%。在鉆孔泥漿循環流道中間設置數個沉淀坑槽，不斷將沉淀巖粉撈出，來保持泥漿的質量。

鉆進的理論基礎是平衡鉆進原理，在特殊地層中施工鉆孔時，一定要堅持“預防為主”的原則，鉆進操作時應做到以下幾點。

（1）限制提下鉆速度。提下鉆時鉆具與鉆孔之間形成活塞抽吸效應，破壞孔內的壓力平衡，提下鉆速度越快，對孔壁的破壞力越大。因此，在特殊地層中鉆進時應限制提下鉆速度。

（2）提鉆時堅持回灌泥漿。鉆桿在孔內占有一定的空間，提鉆時隨著鉆桿提出鉆孔，孔內液面下降幅度較大，如果不及時向孔內回灌泥漿，孔內壓力失去平衡，需及時向孔內回灌泥漿。

（3）添加劑充分攪拌。添加時，攪拌要充分，各種添加劑之間的交聯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保持10～15min攪拌時間。

通過以上鉆進技術措施，在鉆孔發生異物涌出情況下，采用加重泥漿壓涌鉆進成孔，消耗膨潤土和重晶石55余噸，順利完成1500米的鉆孔任務。壓涌鉆進技術措施的順利實施，解決了在地層中鉆進的難題，按質按量地完成了鉆探任務，同時提高了鉆探技術水平。