雞籠山礦區深孔巖心鉆探技術應用探討

郭孟林

（廣東省有色金屬地質局九三八隊，廣東 惠州 516023）

1 概況

1.1 工程概況

由于新一輪找礦的需要，2011年我隊受探礦權人的委托，對紫金縣鳳安鎮雞籠山鎢礦區進行普查工作，主要的勘查工作是探邊摸底，攻深找盲，使危機礦山獲得新生[1]。

雞籠山鎢礦區是座開采超過百年歷史的老礦山，20世紀曾有多支地質隊在這開展過普查、詳查工作，定為小型鎢礦山。

經二年多的勘查工作，其中主要為鉆探工程，累計施工鉆孔29個，大部分鉆孔施工孔深為300m～700m，累計進尺17099m。實現了對本區段的探邊摸底、攻深找盲，新發現花崗巖型、云英巖型鎢礦，兩種鎢礦化均達到了工業質量分數的要求，為礦區下一步的地質找礦工作提供了新線索。

為加深對礦區的認知，隊地質部門設計了ZK406鉆孔，直孔、孔深1300M，進行深部鉆進和摸索[2]。

1.2 地層概況

地層主要的巖性上部為灰黑色泥碳質斑點板巖，局部夾硅化板巖及變質石英粉砂巖條帶，中部為灰黑色絹云母化泥碳質斑點板巖與石英二云母化巖相間出現，下部為灰白色弱云英巖化黑云母花崗巖，局部夾高嶺石化黑云母花崗巖，地層上下含有5條破碎帶[3]。

2 設備、機具

2.1 設備

鉆機：鉆孔地層、巖石力學、口徑、傾角因素的影響，對鉆機性能提出了較高的要求，選用變速范圍較寬、立軸行程較大的油壓鉆機HXY-5A型1臺，電動機功率55（kw），最大鉆深1500m，能滿足1300M的勘探技術參數要求。

水泵：衡陽BW300型/12型1臺，泵壓、泵量可調范圍大、適應中、深孔地層復雜的巖心鉆探施工。

鉆塔：用18 m直斜兩用四角塔，該塔具有性能穩定、拆卸方便、安全度高、適用范圍廣、強度大等特點。

用380V做動力電源，總箱電源控制箱分配，設置漏電保護器，做到一機一漏電保護，繩索卷揚機1臺，用于提升1300M內管。

管材：備用S75繩索鉆桿1500M，S75金剛石繩索取心雙管鉆具三套。

選用質量好的唐山金石鉆頭：工作層高的鉆頭、尖齒型鉆頭、大粒度金剛石。

2.2 鉆進技術參數

ZK406鉆進參數見表：

表1 ZK406鉆進參數

2.3 鉆孔結構

四級結構：開孔使用φ130mm硬質合金鉆頭單管鉆進，鉆進砂巖風化層內4.8m，下入φ127mm套管到位，用水泥混泥土灌注填實，用鋼夾板夾φ127mm套管固定，防止套管跑位。二開換φ110mm硬質合金鉆頭鉆進到19m，下φ108mm套管到位，三開用φ91mm硬質合金鉆頭單管鉆進，鉆到26m深，下入φ91mm套管，然后用S75金剛石繩索取心雙管鉆具進入正常鉆進。

3 凈化系統及沖洗液

（1）從孔口挖一條槽溝和巖粉沉淀坑，循環的槽溝長度要求15M，連接2個～3個巖粉沉淀池、水池、形成一個完整的排水、巖粉沉淀池循環系統，鉆進時要加強沖洗液循環，經常清除槽溝、沉淀坑內的巖粉、砂子，保證泥漿性能的穩定。

（2）沖洗液的配制：①深孔鉆進要認識到“泥漿是鉆井的血液”“主要在于泥漿”的思想，對地層遇水溶解而渣多、吸水膨脹而縮徑、坍塌掉塊而超徑、裂隙發育而漏水、漏水嚴重至不返水等各種情況，采取不同性能、不同配方的泥漿技術措施，充分發揮泥漿冷卻鉆頭、潤滑鉆具、攜帶巖粉、止水堵漏、維護孔壁穩定的重要作用，確保深孔鉆進順利進行。②開孔單管合金鉆進地表土層時，粘土和火堿的配制成的泥漿乳狀液具有良好的潤滑性，泥漿用于松散、破碎及坍塌等不穩定地層中，護壁好攜帶巖粉能力強，能有效地清除孔底巖粉。③繩索鉆具正常鉆進時，釆用水解PHP聚丙烯酰胺沖洗液，水解度30%左右的無固相沖洗液，具有粘度低、相對密度小、流動性好及有防坍性能等特性，利于內巖心管在鉆桿內的升降，使鉆桿的旋轉阻力減低。每臺班泥漿性能要保持一致，上下鉆要慢，減少對鉆孔的抽吸和激動壓力，鉆進一個回次后，升鉆時，泥漿要回灌好；為了加強排出巖粉，較大地冷卻鉆頭，減少重復破碎，沖洗液要適中。

（3）潤滑劑：釆用含基礎油的乳化油類潤滑劑：一般用量為0.3%～0.5%。

4 深孔鉆探的施工重點和技術難點

（1）地層堅硬致密“打滑”，鉆進效率低，需優選高質量的金剛石鉆頭或孔內投磨料對金剛石鉆頭進行研磨出刃，最好采用液動錘沖擊回轉鉆進。

（2）回次進尺短、采取率不高，常規單動雙管鉆進效率低，采用液動錘沖擊回轉鉆進亦是很好的辦法。

（3）鉆進破碎帶，松散、酥脆、破碎、怕水地層，采取率低，采用底噴鉆頭、半合管取芯工具；保證了巖礦心的采取率達到85%的地質要求。

（4）復雜地層鉆進應注意的幾點：

①孔內異常不進尺，巖芯堵塞，泵壓升高，此種情況必須提鉆，以防止巖芯自磨消耗，甚至提不起內管。②縮水、遇水膨脹的較破損地層，鉆進時應小間隙、低泵量、低或適中轉速、慢進尺，以提高采取率，保護孔壁，讓漿液在孔壁成膜，以達到護壁效果，待穿過破碎地層后應恢復正常操作。③對沖洗液每班要進行多次檢查，如有發現變稀，要及時進行高濃度補加。要事先浸泡好預制液。

（5）機械式連續造斜器和孔底螺桿馬達定向造斜，可以滿足鉆孔頂角和方位角糾偏的需要。

5 深孔鉆進關鍵技術操作

（1）孔深超過1000m，升降機要安裝使用水剎車；金剛石鉆頭外徑要加大1.5mm；提鉆時，堅持沖洗液的回灌；先加鉆桿后取芯；在復雜地層不準帶內管上下鉆具。

（2）三清：孔內情況要清；機械運轉、電器運行及附件情況要清；班報表填寫、材料消耗、巖芯采取率、泥漿的使用、泵壓泵量要清。

升降鉆具要求小心、仔細，做到操作以穩重為主，穩中有快，下鉆不能太快，易使金剛石鉆頭受到沖擊而損壞，越深鉆具重量就越重，鉆桿與接手處壁薄易受拉力、或沖擊力過大，造成鉆桿折斷、拉斷。鉆具下到位，開泵送水沖巖粉。提鉆前要送大水量，沖孔時間要足夠，使孔底的巖粉沖出，提鉆時盡量低速均勻提出，避免巖心脫落和抽吸。

6 制定深孔施工技術方案、選擇施工技術高的施工隊

（1）制定好深孔鉆探施工技術方案，鉆進技術措施要細致，針對性強，可操作性。施工前進行深孔鉆探施工技術方案交底，技術人員和機臺生產骨干人員要按設計方案嚴格執行施工。

（2）深孔鉆探施工裝備解決之后，選擇組織良好的施工隊伍，加強技術培訓，提高施工隊伍素質，尤其是項目經理、機班長必須要德、才兼備，才能保證深孔鉆探項目的完成。

7 事故的預防和處理

繩索鉆桿，特點是壁薄。接頭釆用高強度低合金鋼制作，要預防升降過程中跑管事故，跑管可造成鉆桿接頭處形成向上的喇叭口，使鉆桿與井壁的摩擦力加大，造成轉動不了，也拉不動，造成鉆孔事故。鉆進中要預防燒鉆事故，要采用無固相沖洗液，低黏度、低失水的泥漿，減小流動阻力，在破碎層，松散層要強化除砂除泥措施，防止繩索鉆桿內壁結垢形成泥皮，造成內管升降不了，遇到這種情況，在鉆桿加入柴油與機油混合油，阻止泥粉吸附在鉆桿內壁形成泥皮，鉆進過程中，難免鉆桿或接手折斷，可用絲錐處理掉。遇到卡鉆，要慎重，不可強拉，要上下竄動，慢速轉動磨耗掉塊。鉆進時，孔壁間隙小，上下鉆要輕提慢下，由其帶動內管提鉆時要邊提邊進行回灌，因為鉆具在孔內像活塞一樣在做功，抽吸往復運動的過程中會不斷地施壓和放壓，造成孔壁坍塌，破壞井壁，甚至會造成連環事故。

8 結論

經過ZK406鉆孔從2012.9.14開孔，到2013.1.27終孔，孔深1008.41m，歷經4個多月，沒達到地質設計目的，但也是礦區鉆孔最深的一個，取得了深孔鉆進的一些技術和經驗，為下一步礦產資源深部找礦探索到一些經驗，主要是鉆探設備無法滿足深部鉆探工程施工的要求，地質巖心鉆探的從業人員多數是民工，缺乏巖心鉆探的施工經驗，更缺乏深孔鉆探經驗，缺少深孔鉆探施工技術，這些問題都要求我們去解決，探索深孔的施工技術，為今后深部鉆探取得更好的成果。