小南川銅礦復雜地層鉆探施工技術探討

張金平，汪傳武，趙建宇

(西安地質礦產勘查開發院有限公司，陜西西安710100)

1 勘查區概況

1.1 基本情況

位于青海省格爾木市納赤臺以南小南川地區，行政區劃屬青海省格爾木市管轄。區內位于近東西走向的東昆侖山系布爾汗布達山中西端，山勢雄偉、突兀峻拔，植被不發育，海拔高度一般在3880～5300m，地勢北高南低，地形起伏大、山勢陡峻切割劇烈，屬中—深切割高山區；區內屬于無人區。

1.2 地層

勘查區地層分區屬東昆侖山南坡分區，出露地層比較單一，主要為奧陶—志留系納赤臺群上部哈拉巴依溝組。

地層主要為一套變質的基性、超基性火山巖，鈣質板巖、鈣質千枚巖、鈣質長英質千糜巖，主要賦礦層位主要為綠泥絹云石英片巖、構造片巖等。上部第四系以沖積、殘坡積堆積礫石為主，局部見有冰積堆積物。

1.3 構造

勘查區處于昆南斷裂以北約5km，全區以韌性剪切構造為主，即地層存在逆沖走滑斷層。巖石長期受到南北向構造擠壓作用而變形，構造形跡極為復雜，形成不同規模近東西向展布的韌脆性構造帶。構造帶內褶皺構造、斷裂構造發育，特別是近東西向的構造片理化帶、糜棱巖帶極其發育，形成密集片理構造片巖及糜棱巖類巖石。

2 鉆探工作難點

（1）勘查區強風化地層破碎，鉆進時泥漿漏失嚴重，鉆孔易坍塌，成孔和取芯較為困難。

（2）整個礦區構造復雜，地層傾角大，巖石破碎，孔內漏失、掉塊、坍塌較嚴重，鉆進時容易出現卡鉆、斷鉆桿等狀況，孔內事故多。

（3）礦區交通不便，海拔高，山高坡陡，道路艱險，搬遷頻繁，運輸困難，影響了鉆探工作正常進行。

針對以上困難，我們在鉆探施工工藝上進行了積極探索和有效改進，從鉆孔結構、鉆進技術參數、護壁堵漏、泥漿配比等方面著手，較好地解決了施工過程中遇到的難題。

3 鉆探方法

鉆探設備：該工區鉆孔孔深一般在300m左右，為80°斜孔。鉆探設備主要選擇XY-4型鉆機，動力機為4105柴油機，BW-250型泥漿泵，9mA字鉆塔。

鉆探機具選擇：根據終孔口徑要求和該地區上部復雜地層情況，上部使用普通鉆進方法，選用?50mm鉆桿，采用?110mm鉆頭，下入?108mm套管。下部較完整地層采用NQ系列繩索取芯系列鉆具鉆至終孔，鉆具選擇為?75mm孕鑲金剛石鉆頭，?73mm繩索取芯鉆桿。

4 鉆孔結構及鉆進技術參數

4.1 鉆孔結構

該礦區地層覆蓋層結構松散，上部巖層風化、破碎比較嚴重，鉆孔坍塌漏失嚴重，采用?110mm鉆至弱風化基巖后下入?108mm套管。下部采用NQ系列繩索取芯系列鉆具鉆至終孔。

4.2 鉆進技術參數

上部覆蓋層及強風化巖層采用孕鑲金剛石鉆頭鉆進，由于卵石、風化層分布不均，鉆具跳動大，需采用低鉆壓、低轉速、較大泵量鉆進。一般選用：鉆壓5～7kN；轉速150～300r/min；泵量60～90L/min。

下部較完整地層采用NQ系列繩索取芯鉆進。鉆壓10～12kN；轉速400～700r/min；泵量40～70L/min。

選擇鉆進技術參數是應注意[1]：

（1）孕鑲雙管鉆頭按單位底面積壓力為40～80kg/cm2計算，在鉆孔彎曲、超徑的情況下或鉆進強研磨性、破碎巖層時，應適當降低鉆壓，鉆進時應準確計量鉆壓，鉆壓選擇按不同地層靈活掌握，不要超過最大鉆壓，鉆具跳動時降低鉆壓。

（2）根據巖石的可鉆性、研磨性、完整程度選擇轉速，根據實際情況靈活掌握，一般鉆頭磨料顆粒越細，轉速越高，在遇到礫巖地層、鉆孔彎曲、超徑的情況下或鉆進強研磨性、破碎巖層時，鉆孔彎曲、超徑、鉆具振動大的情況下，轉速應適當降低；在使用高轉速的情況下，應注意泥漿固相含量和分散性，防止鉆桿內壁結垢。

（3）根據巖石的可鉆性、完整程度、鉆進速度和鉆頭直徑合理選擇泵量，泵量的確定應以有效清除、攜帶巖粉和冷卻鉆頭為準。較小的泵量和較高的泵壓是繩索取芯鉆進的要求，在鉆進中應隨時觀察泵壓變化，根據泵壓的變化判斷孔內情況。

5 鉆進措施

5.1 強風化層鉆進

上部強風化地層破碎，呈碎塊狀，鉆進時鉆孔易坍塌，泥漿漏失嚴重，成孔困難。針對以上困難主要采用優質黃土粉泥漿護壁。采用?110mm鉆頭鉆至弱風化地層（一般深度為30～40m），下入?108mm套管。必須保證?108mm套管下到弱風化巖層。

5.2 弱風化巖層鉆進

下部弱風化巖層較破碎，巖芯呈塊狀、短柱狀，掉塊較多，遇到構造帶有泥漿漏失現象。為提高鉆探效率，保證巖芯采取率，防止孔斜，采用NQ系列繩索取芯鉆具鉆進。

鉆進過程中也遇到一系列困難，由于巖層比較破碎，有掉塊現象，鉆具在高速回轉時，跳動現象嚴重，同時斷鉆桿事故比較多，雖然都能很快打撈上來，但影響了鉆進效率。礦層與構造帶伴生，遇到礦層一般漏失嚴重，而且很破碎，采芯較為困難，而礦層的采取率是本次鉆探施工的關鍵，不能出現閃失。面對上述一系列問題，在鉆探工藝上不斷地探索和改進，取得了較為理想的效果。

針對鉆具跳動、斷鉆桿事故較多現象，選用優質泥漿護壁，增加泥漿的潤滑性能，增加沖孔時間，減少孔內掉塊[2]；經常測試泥漿，使泥漿始終保持良好性能。選擇合理的鉆進參數，降低鉆壓和轉速；檢查鉆桿，挑出彎曲或絲扣有問題的鉆桿，地面檢驗不合格的鉆桿不準下入孔內；鉆桿絲扣涂抹絲扣油，防止鉆桿連接處泥漿漏失。采取上述一系列措施后，孔內鉆桿跳動現象大為改善，鉆探效率大幅度提高。

5.3 預防事故措施

（1）選用優質泥漿護壁，增加泥漿的潤滑性能，增加沖孔時間，減少孔內掉塊。

（2）經常測試泥漿，使泥漿始終保持良好性能。

（3）選擇合理的鉆進參數，降低鉆壓和轉速。

（4）檢查鉆桿，挑出彎曲或絲扣有問題的鉆桿，地面檢驗不合格的鉆桿不準下入孔內。

（5）鉆桿絲扣涂抹絲扣油，防止鉆桿連接處泥漿漏失。

采取上述一系列措施后，孔內鉆桿跳動現象大為改善，鉆探效率大幅度提高。

5.4 保證礦、巖芯采取率措施

（1）鉆孔鉆至礦層后，減小鉆頭與卡簧座的間隙，同時減小泵量，避免泥漿沖刷巖芯。

（2）檢查鉆頭、卡簧和鉆具，各機構可靠配合。

（3）降低鉆壓和轉速，鉆進平穩進尺，鉆進速度適當控制，不能過快或過慢，礦芯采取特別難地層，控制回次進尺，每回次控制在1.0～1.5m[2]。

（4）采取礦芯后平穩打撈，避免孔內礦芯脫落；退芯時輕放、細心，取出的巖芯應及時清洗干凈，并按要求進行擺放。

通過采取以上技術措施，嚴格采芯過程管理，礦層采取率基本都能保證80%以上，能達到地質要求。

5.5 消除鉆桿跳動的措施

針對鉆具跳動、斷鉆桿事故較多現象，選用優質泥漿護壁，增加泥漿的潤滑性能，增加沖孔時間，減少孔內掉塊[3]；經常測試泥漿，使泥漿始終保持良好性能。選擇合理的鉆進參數，降低鉆壓和轉速；檢查鉆桿，挑出彎曲或絲扣有問題的鉆桿，地面檢驗不合格的鉆桿不準下入孔內；鉆桿絲扣涂抹絲扣油，防止鉆桿連接處泥漿漏失。采取上述一系列措施后，孔內鉆桿跳動現象大為改善，鉆探效率大幅度提高。

6 護壁堵漏

6.1 一般泥漿配方

采用NQ系列繩索取芯鉆進，使用低固相廣譜護壁劑泥漿護壁，隨鉆堵漏劑和大裂隙堵漏劑配合使用堵漏。見表1。

表1 泥漿配方

6.2 泥漿性能

該泥漿固相含量低，粘度較大，潤滑效果好，減小振動，降低失水量，提高泥漿穩定性、潤滑性和改善泥漿流變性。見表2。

表2 泥漿性能參數

6.3 堵漏措施

采用該種低固相泥漿，能保持孔壁穩定，有效地排出巖粉，降低孔內鉆進阻力。遇到輕微漏失地層，加入隨鉆堵漏劑；如果地層裂隙較大，采用大裂隙堵漏劑堵漏，待有泥漿返出孔口后加入隨鉆堵漏劑，一般堵漏效果較好。每次提鉆后必須向孔內灌注泥漿，保持孔內壓力平衡。稀釋泥漿時，不要一次到位，泥漿比重慢慢降低，避免由于孔內壓力變化過大而造成塌孔。

6.4 泥漿維護

現場配備一臺泥漿攪拌罐和三個藥劑桶，將待加入的處理劑預先在藥劑桶內水化、溶解后倒入攪拌罐攪拌，根據鉆進中處理劑消耗情況，攪拌罐內攪拌好的處理劑溶液有控制地加入到循環槽或泥漿池內[4]。經常測試泥漿性能，隨時掌握泥漿性能變化，及時進行性能調節，并做好配制、凈化處理、撈砂工作。根據地層變化及時調整泥漿性能，加強凈化并適時補充處理劑來恢復其性能。調配好的泥漿，不得隨便加入清水。現場泥漿循環系統盡可能加長，泥漿槽設置2～3個沉淀池，及時清理撈砂，保持泥漿性能。

7 總結

小南川銅礦復雜地層鉆探施工，勘查區交通條件差，氣候寒冷，地層較為破碎，鉆探施工困難。合理選擇繩索取芯鉆具，配制優質泥漿，采取積極有效措施，能夠在特別復雜地層完成鉆探施工任務。機組積極探索和優化鉆探工藝，施工3個鉆孔，鉆孔質量合格，順利完成鉆探任務，得到了業主方的肯定和好評。