貴州開陽大云盤礦區深孔鉆進工藝實踐

石 磊

（廣東省地質局第五地質大隊，廣東 肇慶 526020）

貴州省開陽縣大云盤礦區鉆探施工主要鉆遇巖層為灰巖、白云巖、粘土巖、細砂巖、粉砂巖、炭質粘土巖、炭質頁巖等。礦區構造發育，構造破碎帶及附近巖層容易出現孔內崩塌，取心較困難；炭質頁巖、炭質粘土巖水敏性較強，容易造成孔壁坍塌剝落。

ZK4-1號鉆孔設計孔深1850m、直孔，我單位僅用時67天即完工且鉆孔質量優秀，終孔深度1768.26米，為本礦區最深鉆孔。全孔地層概況見表1。

表1 ZK4-1號鉆孔地層概況

從上表中可看出，該鉆孔地層情況較復雜（見圖1），其主要特點有：①孔壁破碎、水敏、漏失三種復雜情況共存，是多種復雜情況并存的難鉆地層。②7.50—865.40m全孔段涌水，且部分巖層松散破碎，護壁難、易發孔內事故。③1472.50—1490.16m段水敏性強，易發縮徑、坍塌事故。④1490.16—1756.96m段裂隙發育，漏失，堵漏難度大。

圖1 施工現場取出的巖心及涌水情況

1 鉆探技術設計方案

1.1 鉆進方法及孔身結構

根據巖層較軟的特點，結合施工設備及技術力量，本著盡量減少換徑次數，簡化鉆孔結構的原則，鉆進方法及孔深結構設計如下：

（1）開孔用?130mm硬質合金鉆頭，穿過地表土層和風化層后下入?127mm套管做孔口管。

（2）用?110mm單管金剛石鉆頭鉆入基巖后下入?108mm套管。

（3）用S95mm金剛石繩索取心鉆具鉆進穿過上部白云巖地層后下入?89mm套管。

（4）改換S75mm金剛石繩索取心鉆具繼續鉆進至終孔。

在實際施工中，因機臺下方即為河流，用?110mm單管金剛石鉆頭鉆進46.04米穿過河床，下入46.19米?108mm套管隔離該層。用S95mm金剛石繩索取心鉆具鉆進至978.00米穿過涌水孔段后下入?89mm套管，再用S75mm金剛石繩索取心鉆具鉆進至終孔。

1.2 鉆探規程參數

為了能保證鉆頭磨損正常，平穩鉆進，全孔鉆速應控制在2—4m/h，從而決定鉆壓控制在1500Kg以內；轉速最大不超過l200r/min；沖洗液量50—120L/min。

2 施工選用的設備及鉆具

本礦區前期鉆探施工使用連云港黃海機械有限公司設計生產的HXY-5型巖心鉆機（見圖2），配玉柴YC6108G柴油機，該鉆機結構簡單緊湊、布局合理、重量適中、拆卸方便、轉速范圍寬、卷揚能力大且配有水剎車，操作方便。因ZK4-1號鉆孔為新增鉆孔且工期緊，調運設備耗時較長，計劃先使用HXY-5型鉆機進行施工，當HXY-5型鉆機能力不足時，更換HXY-6B型鉆機，但實際施工時發現HXY-5型鉆機超載能力強，鉆至終孔1768.26米仍能良好工作，故未更換，但在超載狀態下工作必須加強設備檢查維護。

鉆塔采用SGZ-18型四角管子直塔（見圖2），深孔施工須定期檢查鉆塔各構件是否緊固。泥漿泵采用BW-250型泥漿泵，配玉柴YC1100M型單缸柴油發動機，該泵結構緊湊、流量調節范圍大、性能好。

圖2 HXY-5型巖心鉆機及SGZ-18型鉆塔

3 沖洗液類型選用及配方

第四系覆蓋層段采用固相泥漿護壁，其它孔段采用高聚物沖洗液，強化沖洗液的潤滑減阻能力。沖洗液配制時按“嚴格計量,分別溶解,依次加入,充分攪拌”的原則進行，視地層情況隨時調整沖洗液性能參數。

3.1 沖洗液性能要求

（1）良好的護壁性能：應具有較強的造壁性，形成高質量的泥皮，與孔壁產生較強的吸附、粘結作用，能有效維護破碎地層孔壁穩定，對水敏性地層，有較低的濾失量、較強的抑制性，有利于水敏性地層的穩定。

（2）有良好的潤滑性能：沖洗液粘附系數要小，這樣能有效降低摩擦阻力，減小回轉阻力，防止產生粘附卡鉆等，而且能延長鉆具壽命，減少動力和材料消耗。

（3）具有良好的流變性能：在保證攜帶巖屑的情況下，盡可能保持低粘度和低切力，這對于防止鉆桿內壁結垢、降低環空壓力尤為重要，還能有效降低沖洗液的流動阻力。

（4）具有較低固相或無固相。

（5）具有良好的堵漏性能：要求沖洗液堵漏速度快，效果好，能有效解決輕微及中等漏失問題，減少灌注水泥漿堵漏等工序。

3.2 沖洗液配方

原定配方：清水+1.5%膨潤土+0.25%純堿+0.4%改性天然植物膠+1.5%KDG泥頁巖抑制劑+0.2%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀，因該配方配制復雜，且固相含量較高，結合實際地層情況，改良配方如下：

（1）穩定地層：清水+0.4%改性天然植物膠+0.4%XH潤滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀。

（2）破碎地層：清水+0.6%改性天然植物膠+0.2%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀+0.6%速溶硅酸鈉。

（3）水敏地層：清水+0.6%改性天然植物膠+1.5%KDG泥頁巖抑制劑+0.3%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀+0.5%速溶硅酸鈉。

3.3 現場使用注意事項

（1）必須將聚丙烯酸鉀、改性天然植物膠、羥乙基醚化淀粉加水充分攪勻，浸泡水化2小時以上。

（2）處理劑按先無機后有機及分散、增粘、潤滑、絮凝的順序加入。

（3）發現沖洗液性能惡化時，要及時全部替換漿液。

3.4 沖洗液性能參數

按照上述配方配制的沖洗液性能良好，能有效護壁、潤滑鉆具，實現了高效安全鉆進，在破碎、水敏地層中測得沖洗液性能參數如表2表3所示。

表2 破碎地層沖洗液性能參數

表3 水敏地層沖洗液性能參數

4 結語

深孔巖心鉆探存在諸多技術難題，隨著鉆探工作的不斷深入開展，出現的新情況會越來越多，技術難度會越來越大。本項目在鉆進工藝采用、鉆探設備選型配備、護壁堵漏方面積累了較豐富的經驗，對同類礦區的鉆探施工具有推廣應用價值。