小角度傾角鉆探工藝在復雜地層上的應用

杜亮

摘? ? 要：本文以內蒙古烏拉特中旗浩堯爾忽洞金礦項目為例，就鉆探工作進行簡要總結，介紹了在此項目上的復雜地層條件和傾角角度小的鉆探工藝應用。由于此項目天氣條件惡劣，地形復雜，傾角角度小，施工周期短及施工條件困難，給鉆探組織和施工帶來更高的要求。

關鍵詞：小角度;鉆探;復制地層

1? 施工概述

施工地質條件，所施工的地層為中元古界白云鄂博群比魯特巖組，地層總厚度2500m，出露在礦區中部，是該區金礦化的主要賦礦層位。主要由碳質變質粉砂巖、碳質千枚巖、千枚巖、變質砂巖組成，礦石硬度：片巖、板巖f=2～10、 砂巖f=8～16，礦體上、下盤見成礦后期構造破碎帶，寬2-8m左右。環境條件：所有設計鉆孔均在開采礦坑南北兩側，地勢較平緩，北部三個鉆孔布置在廢石堆上厚度30m～50m不等。施工孔深在720m～1050m之間，傾角都在49°～53°之間，屬于小角度深部鉆孔。針對本工程硬、脆、碎的復雜地層及開孔傾角角度太小的難度和特點，制定了鉆進技術對策，對孔內事故問題，有針對性地提出了解決辦法。

2? 鉆探技術應用

以XY-44T型和XY-6B型為主，BW250型泥漿泵，采用金剛石繩索取心鉆進，低固相泥漿。

2.1? 施工工藝流程

為了保證鉆探施工工期和鉆探施工質量，鉆探施工全部采用繩索取心金剛石鉆進工藝技術。

2.2? 施工工藝

2.2.1? 鉆孔結構

由于部分鉆孔深度超過1000m，屬于深孔鉆進，因此在鉆孔結構選擇上必須充分考慮可能發生的孔內情況，留有余地，做到“富裕無患”。在保證鉆孔正常施工的前提下盡量簡化鉆孔結構。淺部-中深部鉆探（<1000m）開孔孔徑一般為φ110mm開孔，對個別大于1000m的鉆孔或排土場的鉆孔，可φ127mm開孔，鉆進至完整基巖層下好井口套管做好止水工作后，先換用φ95mm金剛石孕鑲鉆頭鉆進一段后下φ89mm套管，再換用φ75mm繩索取芯金剛石鉆頭鉆進。根據鉆孔是否穿越破碎、嚴重漏失等施工復雜地段，考慮是否下φ108mm、φ89mm的多層技術套管長度，最終換用φ75mm口徑的鉆頭一直到終孔。個別復雜鉆孔經請示后，可換用φ60mm終孔。

2.2.2? 鉆頭的選擇

根據該施工區巖石硬度及研磨性和以往施工方面的一些經驗，擬全部選用人造孕鑲金剛石鉆頭。其直徑φ110mm、φ95mm、φ75mm。為了保證巖心采取質量，重點對主打鉆頭φ75mm選型。其主打鉆頭選型見表1。

2.2.3? 鉆進參數

根據巖石性質、鉆頭類型、鉆進深度、沖洗液類型綜合確定鉆進參數。鉆進參數表見表2。

2.3? 泥漿

施工現場使用低固相泥漿。 分布在排土場的鉆孔內，由于排土場厚度20m～40m不等，必須使用固相泥漿或泥球，需準備的主要材料：膨潤土、聚丙烯酸鉀、鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）、純堿、防塌劑、潤滑劑（比如腐植酸鉀、腐植酸鈉、氯化鉀（KCI）、液體磺化瀝青、皂油等）。

（1）泥漿配方：低固相泥漿的配方，清水（H2O）+膨潤土+鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）+燒堿（NaOH）。

（2）泥漿性能要求：低固相泥漿：比重≤1.07;粘度 20s～24s;pH值9～11;含砂量<0.5%。失水量15mL/30min。

3? 鉆具組合

鉆具的選擇和組合是提高鉆孔質量、確保巖芯采取率和提高鉆探效益的極為重要的一環。根據該區地質情況和構造特點，主要選用S75系列繩索鉆具，其組合為：立軸+專用接頭+繩索母接手+繩索鉆桿+繩索公接手+彈卡擋頭+彈卡室+上擴孔器+繩索外管+下擴孔器+金剛石鉆頭。內管組合：內鉆頭+巖心管+內管總成。對易彎地層，我單位備有自己的專利產品，半周期自修正防彎鉆具（XBZX）。

4? 泥漿的維護與管理

4.1? 泥漿的凈化

按規范擺設泥漿循環系統。要求循環槽長度不得短于12m，寬度不得低于300mm，高度不得低于200mm。循環槽內每間隔1.5-2m設1擋板，以便于沉砂;循環槽安裝坡度應為1/100。循環沉淀池不得少于2個。

4.2? 泥漿的管理

（1）鉆機每小班應指定一個人員兼管泥漿。（2）必須按規定的比例和要求調整泥漿，各種化學處理劑不得隨意亂加。（3）鉆進過程中，每小班必須測試現場泥漿性能指標（粘度、比重、失水量、含砂量）一次，并記錄在班報上。當泥漿性能發生變化時，應及時調整;現場泥漿測試工具應加強保護，用后清洗干凈并妥善保管。（4）鉆進過程中，每班在打撈內管時應清理循環槽，每48小時應清理沉淀池。（5）泥漿循環系統應搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥漿池內。

5? 設備的安裝及鉆場平面布置

設備安裝：（1）孔位地基應平坦、穩固、安全適用。鉆塔底部填方不得超過塔基面積的1/4。（2）進行深孔鉆孔施工，基臺下部應挖坑，并用混凝土墩進行加固。（3）基臺、機械設備的安裝必須穩固、水平、周正。鉆機立軸、天輪與孔口中心必須在同一直線上。（4）鉆場所有安全防護設施必須符合《地質鉆探安全規程》的要求。

6? 結語

針對本工程硬、脆、碎的復雜地層及開孔傾角角度太小的難度和特點，解決了地層中鉆進技術和難題。為在以后的鉆探工作提供了很好的實踐和經驗。但在鉆進過程中也存在著泥漿漏失嚴重、成本增加的問題，今后應該在鉆孔護壁堵漏與降低鉆探成本方面開展更深入的試驗和研究工作。

參考文獻：

[1] 張麗，楊凱華.金剛石鉆頭鉆進堅硬致密弱研磨性巖層的研究現狀與進展[J].金剛石與磨料磨具工程，2003（1）30～32.

[2] 李世忠.鉆探工藝學[M].北京：地質出版社，1992.