全面鉆進工藝在甘肅陽山礦區失返性漏失地層中的應用

羅 龍，曹灶開，楊 科，樊臘生

（1.中國地質調查局應用地質研究中心，四川成都610036；2.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川成都610036）

1 地質概況

甘肅陽山礦區主要由第四系殘坡積物、碎裂巖、鈣（碳）泥質千枚巖、灰巖、斜長花崗斑巖、硅質巖及石英砂巖脈組成。其中，第四系覆蓋層厚度較大，且發育大量滾石，滾石以灰巖為主；千枚巖呈淺灰色、細粒鱗片變晶結構，千枚狀構造，絹云母化、硅化較強，千枚理發育，局部碎裂；灰巖呈隱晶質結構，塊狀構造，致密堅硬；斜長花崗斑巖呈淺灰色、斑狀結構，塊狀構造，硅化較強，局部破碎；硅質巖及石英砂巖硅化極強，分布較少。地層軟硬互層交替變化頻繁，各向異性明顯，地層傾角60°～80°。

第四系由馬蘭黃土和殘坡積物組成，馬蘭黃土為淺黃色粉砂質亞粘土，厚5～10m，風積而成；殘坡積物由灰巖和粘土等組成，厚度為130～300m。千枚巖夾砂巖，主要巖性為灰白—淺紫—灰黑色千枚巖、炭質千枚巖夾薄層狀、透鏡狀砂巖，巖層多受擠壓破碎；鈣泥質千枚巖夾少量灰巖、砂巖巖石變形較強烈，局部可見碳酸鹽膠結的角礫巖帶。在千枚巖及千枚巖夾薄層灰巖、砂巖層中多見碎裂石英脈，主要由石英、絹云母及碳酸鹽集合體組成，石英含量占70%～80%。破碎帶主要為蝕變鈣泥質千枚巖。

2 工程概況及施工難點

在礦區葛條灣—安壩礦段上布置了3個鉆孔，鉆孔位置距離G212國道約3km，位于PD211坑道一側，山高坡陡，交通極為不便。

ZK2616，設計孔深480m，2020年6月22日開孔，終孔孔深480.03m，鉆孔周期46.5d,由2號機臺組織施工。采用CSD1800X全液壓鉆機、BW-250型泥漿泵、1.2m3泥漿攪拌桶等設備進行施工，柴油機供電。

ZK2620,設計孔深690m，2020年5月10日開孔，終孔孔深700.15m，鉆孔周期59.6d,由3號機臺組織施工。采用XY-44A型巖芯鉆機、BW-250型泥漿泵、SGZ-13型鉆塔、SQ114/8型液壓動力鉗、JSJ-1000型繩索取芯絞車、1.2m3泥漿攪拌桶等設備，電網供電。

ZK2216，設計孔深870m，2020年6月29日開孔，終孔孔深900.51m，鉆孔周期48d,由1號機臺組織施工。采用HXY-6B型巖芯鉆機、BW-250型泥漿泵、HCX-18型直斜兩用塔、SQ114/8型液壓動力鉗、1.2m3泥漿攪拌桶等設備進行施工，電網供電。

在葛條灣—安壩礦段，由于地層較為復雜，給鉆探施工帶來較大困難，在上部覆蓋層施工中，面臨許多困難，容易發生機器故障、斷鉆、燒鉆事故。

（1）礦區第四系覆蓋較厚，含灰巖滾石，孔壁易坍塌，掉塊頻繁，漏失嚴重。

（2）地層復雜，特別是在軟硬互層頻繁中鉆進時，容易造成鉆具跑斜，給鉆進帶來很大困難，甚至導致鉆孔報廢。

（3）由于地層孔隙、裂隙較為發育，存在多個不整合面和夾層，井壁垮塌嚴重，容易造成卡鉆事故。

（4）在頂漏鉆進時，由于缺少鉆井液的潤滑，鉆桿與孔壁之間摩擦阻力增大，鉆桿和鉆機鉆進時負荷較大，鉆進較為困難。

（5）由于漏失嚴重，沖洗液無法懸浮鉆屑并帶出孔底，巖粉難以排除，導致巖粉堆積，重復破碎，影響鉆進效率。

（6）巖芯管投放困難,由于孔內沖洗液的漏失，不能直接將內管投放到位，只有采取相關措施才能投放到孔底，增加了輔助時間，嚴重影響了施工效率。

3 施工方法

3.1 礦區傳統施工方法

在陽山礦區葛條灣—安壩礦段，ZK2616、ZK2620采用傳統的“繩索取芯鉆進+跟管工藝+擴孔工藝”鉆進,對鉆孔上部失返性漏失層進行封隔。主要鉆進方法如下。

3.1.1 ZK2616施工方法

（1）下?146mm套管。采用用?150mm金剛石鉆頭開孔，鉆至13.57m，下入?146mm套管。

（2）下?114mm套管。PQ（?122mm）自孔深13.57m頂漏鉆進至104.40m，下入?114mm套管，在鉆進孔深14m處發生失返性漏失。

（3）下?89mm套管。HQ（?96mm）自孔深104.40m頂漏鉆進至206.36m，下入?89mm套管。

（4）NQ取芯鉆進。從孔深206.36m鉆進至480.03m，采用“膨潤土+純堿+植物膠+纖維素”泥漿鉆進。

3.1.2 ZK2620孔施工方法

（1）下?146mm套管。用?150mm合金鉆頭開孔，鉆至孔深13.02m，下入?146mm套管。PQ（?122mm）自孔深13.02m鉆進至16.70m發生失返性漏失，起拔?146mm套管，?150mm擴孔后再下入?146mm套管。PQ（?122mm）自孔深16.70m頂漏鉆進至20.80m，起拔?146mm套管，?150mm擴孔后再下入?146mm套管（圖1）。

圖1 ZK2620覆蓋層孔鉆孔結構

（2）跟進?114mm套管。PQ自孔深20.80m頂漏鉆進至110.88m，下?114mm套管。HQ（?96mm）下鉆至孔深99.80m，掃孔未進，起拔?114mm套管，更換單根后再下入?114mm套管。HQ自孔深110.88m頂漏鉆進至130.18m，跟進?114mm套管至孔深126.48m。

（3）下?95mm套管。HQ從孔深130.18m頂漏鉆進至162.73m，下入?95mm×6mm直連套管。NQ（?76mm）從孔深162.73m頂漏鉆進至206.36m；送內管，脫卡無效，鋼絲繩拉斷，提鉆后發現內管掉入孔底；起拔?95mm套管，HQ鉆具擴孔，處理打撈中HQ鉆桿多次脫扣、HQ彈卡室斷裂等，反復處理后，反絲鉆桿打撈出內管及鉆具。

HQ鉆具研磨、擴掃至孔深206.36m，進入基巖（千枚巖），下入?95mm直連套管。

（4）NQ取芯鉆進。NQ從孔深206.36m鉆進至610.16m，采用“膨潤土+純堿+植物膠+纖維素”泥漿鉆進。NQ從孔深610.16m鉆進至700.16m終孔，采用“純堿+聚丙烯酰胺”清水頂漏鉆進。

3.2 新方法的的探索

在地質許可的情況下，覆蓋層（失返性漏失層）不采取巖芯，采用“全面鉆進為主，繩索取芯鉆進+跟管鉆進”為輔的工藝方法，快速通過漏失返地層，該施工方法在ZK2216中進行應用，方法如下：

（1）下?168mm套管。用?172mm合金鉆頭開孔，鉆至孔深4.49m。用全面鉆進工藝，全面鉆具組合見圖2（中國地質科學院探礦工藝研究所提供），?152.4mm牙輪鉆頭全面鉆進至孔深8.59m。擴、掃孔后，下入?168mm套管（圖3）。

圖2 ?152.4mm牙輪鉆頭全面鉆進鉆具組合

圖3 ZK2216覆蓋層鉆孔結構圖

（2）?146mm套管。?152.4mm牙輪鉆頭自孔深8.59m，全面鉆進至孔深17.89m,?152.4mmPDC全面鉆頭自孔深17.89m,全面鉆進至75.56m，約孔深64m處發生失返性漏失。

?152.4mm牙輪鉆頭自孔深75.56m頂漏全面鉆進至孔深119.62m、121.22m時，HQ鉆桿各脫扣1次，孔深121.22m處打撈成功后，下入?146mm套管至孔深115.16m。

采用PQ（?122mm）繩索取芯自孔深121.22m頂漏鉆進至124.22m，提鉆后，轉動下壓?146mm套管至121.22m。

（3）跟進?114mm套管。PQ自孔深124.22m頂漏鉆進至127.73m，下入?114mm套管（未帶套管鉆頭）。HQ（?96mm）自孔深127.73m頂漏鉆進至129.83m，提出?114mm套管，下入薄壁鉆頭+?114mm套管自孔深127.73m跟進至129.83m。HQ自孔深129.83m頂漏鉆進至132.93m，跟進?114mm套管至132.83m。HQ自孔深132.93m鉆進至136.63m。跟進?114mm套管至135.75m。

（4）HQ取芯鉆進。HQ自孔深136.63m鉆進至168.71m，穿過失返性地層。HQ自孔深168.71m采用繩索取芯鉆進至332.51m。采用“膨潤土+純堿+植物膠+纖維素”泥漿鉆進。

（5）NQ取芯鉆進。NQ從孔深332.51m鉆進至900.51m，終孔，采用“膨潤土+純堿+植物膠+纖維素”泥漿鉆進。

4 施工效果分析

在葛條灣—安壩礦段,ZK2616、ZK2620采用傳統的“繩索取芯鉆進+跟管工藝+擴孔工藝”鉆進，ZK2216以“全面鉆進為主，繩索取芯鉆進+跟管為輔”的工藝方法，施工后，對3個鉆孔施工效果進行了統計分析（表1）。

從表1可看出：

表1 葛條灣—安壩礦段第四系的灰巖夾粘土的失返性漏失層位封隔效果統計

（1）采用“全面鉆進為主，繩索取芯鉆進+跟管為輔”的工藝方法，較礦區傳統的鉆進方法（取芯鉆進結合跟管工藝、擴孔工藝）對失返性地層的封隔效率要高，且封隔效果較好。

（2）全面鉆進能快速穿過失返性漏失層，下套管進行封隔，防止了孔壁的坍塌，施工時井內比較安全。

（3）采用牙輪鉆頭全面鉆進，鉆進時由于鉆頭工作面較大，鉆進時較為穩定，大大降低了井故發生概率。

（4）在地質許可的情況下，采用全面鉆進，輔助時間少、有利于提高施工效率。

5 結論與建議

（1）礦區傳統的跟管工藝及擴孔工藝在干孔中實施存在有較大的風險，同時干孔中鉆進，阻力加大，容易導致井故發生。

（2）通過“全面鉆進為主，繩索取芯鉆進+跟管為輔”工藝方法在陽山礦區的有益實踐，找到了應對礦區失返性漏失層鉆進的有效施工方法，為下一步對該地層提供了強有力的技術支撐。

（3）全面鉆進方法在該地層有較好的適應性，施工效率高、封隔效果好，安全有保證，在地質許可情況下，在該礦區可推廣使用。