甘肅西和大橋金礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工實(shí)踐

宋端正

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅天水 741020）

甘肅西和大橋金礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工實(shí)踐

宋端正

（甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅天水 741020）

針對(duì)甘肅西和大橋金礦區(qū)地層破碎、裂隙發(fā)育，漏失、坍塌、卡鉆、埋鉆等鉆進(jìn)難點(diǎn)，采用金剛石單動(dòng)雙管鉆進(jìn)工藝和聚丙烯酰胺不分散低固相沖洗液護(hù)孔技術(shù)，并采用多種堵漏措施，取得了較好的技術(shù)效果。總結(jié)了該礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工的經(jīng)驗(yàn)。

巖心鉆探;復(fù)雜地層;單動(dòng)雙管;金剛石鉆進(jìn);聚丙烯酰胺;沖洗液;護(hù)壁堵漏

1 概述

西和大橋金礦勘查項(xiàng)目是甘肅大冶地質(zhì)礦業(yè)有限責(zé)任公司自籌資金開展的礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目。其中鉆探施工部分由我院承擔(dān)。2008～2010年我院共完成鉆孔102個(gè)，工作量10700多米。

西和大橋金礦區(qū)地處隴南高山區(qū)，區(qū)內(nèi)山大溝深，地勢(shì)險(xiǎn)峻，海拔一般在1030～1900 m，相對(duì)高差300～800 m。礦區(qū)地形起伏大、切割深，植被發(fā)育，基巖裸露程度一般，地質(zhì)工作條件相對(duì)較差，給鉆探施工修路平場(chǎng)地帶來較大的難度。

礦區(qū)地層主要有中上石炭統(tǒng)、三疊系西坡組、古近系和第四系，由老到新分述如下。

（1）中上石炭統(tǒng):主要巖性為灰白色～深灰色厚層狀灰?guī)r、角粒狀灰?guī)r及硅質(zhì)條帶灰?guī)r。巖石硬度中硬～硬，可鉆性5～8級(jí)。

（2）三疊系西坡組:主要巖性為粉砂質(zhì)板巖、粉砂巖、硅質(zhì)角礫巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖。巖石硬度硬～堅(jiān)硬，可鉆性9～11級(jí)。

（3）古近系:主要為紅色礫巖。

（4）第四系:主要由腐殖土、砂土、黃土及砂粒組成。

礦區(qū)地層構(gòu)造總體呈一北西傾的單斜構(gòu)造，局部形成一些小的背、向斜構(gòu)造。

鉆孔鉆遇地層與地質(zhì)設(shè)計(jì)的地層基本吻合。由于地層構(gòu)造的復(fù)雜性，礦區(qū)地層構(gòu)造斷層、褶皺發(fā)育;地層裂隙發(fā)育，巖石破碎較嚴(yán)重。

2 鉆探施工的難點(diǎn)與重點(diǎn)

2.1 復(fù)雜地層孔段的護(hù)壁與堵漏

礦區(qū)地層比較復(fù)雜，80%以上的鉆孔中上石炭統(tǒng)巖石多溶蝕，三疊系西坡組、古近系巖石多破碎，裂隙發(fā)育，易引起鉆孔漏失，護(hù)壁堵漏是施工的主要難點(diǎn)。礦區(qū)常鉆遇破碎帶，造成孔壁不穩(wěn)定，對(duì)于漏失、掉快、破碎、坍塌等復(fù)雜孔段的防護(hù)措施是該區(qū)鉆探施工的難點(diǎn)之一。

2.2 巖（礦）心采取率

礦區(qū)地層構(gòu)造斷層、褶皺發(fā)育，裂隙發(fā)育，巖石破碎較嚴(yán)重。礦層主要巖石的硅質(zhì)角礫巖、含礫硅質(zhì)巖、變千枚角礫巖、變復(fù)成分細(xì)角礫巖等堅(jiān)硬、破碎，研磨性強(qiáng)，經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)尺慢、鉆頭磨損快壽命短、巖心采取率低等現(xiàn)象，施工難度較大。因此，提高巖（礦）心采取率，確保施工質(zhì)量，滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求是礦區(qū)鉆探施工的重點(diǎn)。

3 鉆進(jìn)工藝

3.1 鉆進(jìn)方法

根據(jù)礦區(qū)地層特點(diǎn)，3年來采用以金剛石鉆進(jìn)為主，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)為輔的鉆進(jìn)方法。絕大多數(shù)鉆孔采用金剛石普通雙管鉆進(jìn)，部分鉆孔采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法。使用的鉆探設(shè)備有:XY-4、XY-2B型鉆機(jī)，BW-250型泥漿泵。

3.2 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

（1）開孔段:鉆壓3～5 kN，轉(zhuǎn)速100～200 r/min，泵量60～80 L/min;

（2）其他孔段:鉆壓8～12 kN，轉(zhuǎn)速200～400 r/min，泵量40～70 L/min。

3.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

3.4 鉆頭選擇

開孔段選用普通硬質(zhì)合金鉆頭，其他孔段選用普通金剛石鉆頭。

（1）在硬～堅(jiān)硬、可鉆性8～11級(jí)和裂隙、破碎的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，選用細(xì)粒表鑲或細(xì)目數(shù)孕鑲金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器。

（2）在中硬～硬、可鉆性5～9級(jí)和均質(zhì)、完整的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，選用粗粒表鑲或粗目數(shù)孕鑲的金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器。

（3）在研磨性強(qiáng)的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，選用硬胎體的金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器。

（4）在研磨性弱的巖石中鉆進(jìn)時(shí)，選用軟胎體的金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器。

4 護(hù)壁與堵漏措施

4.1 沖洗液的選擇與配制

4.1.1 沖洗液配方及性能

針對(duì)礦區(qū)地層特點(diǎn)，采用低固相、低粘度、低失水量的水解聚丙烯酰胺不分散低固相泥漿作為護(hù)孔沖洗液，既可獲得高轉(zhuǎn)速，又有較好的攜帶懸浮巖屑能力和抑制不穩(wěn)定孔壁坍塌的作用。常用處理劑主要有:鈉羧甲基纖維素（CMC）、水解聚丙烯酰胺（PHP）、腐殖酸鉀（KHm）、DT型防塌劑、KP共聚物、801隨鉆堵漏劑、高效潤(rùn)滑劑等。

配方為:膨潤(rùn)土3% ～4%（質(zhì)量比）;Na2CO3，加量為膨潤(rùn)土質(zhì)量的3% ～6%;水解聚丙烯酰胺（PHP），水解度30%，濃度1%，加量為1% ～4%（體積比）。

沖洗液性能指標(biāo)為:密度＜1.1 kg/L，粘度20 s，失水量 ＜10 mL/30 min，泥皮厚度 ＜0.5 mm，含砂量＜0.5%，膠體率100%，pH值8～8.5。

4.1.2 聚丙烯酰胺的水解工藝

在90～100℃的水中加入聚丙烯酰胺（PAM）干粉進(jìn)行攪拌加熱，再加入燒堿（NaOH）攪拌3～4 h，即成水解度30%的水解聚丙烯酰胺PHP。水解1 kg PAM干粉，水解度30%、濃度1%時(shí)，需加燒堿0.18 kg、水 99 kg。

4.1.3 沖洗液的配制

在1 m3水中加入30～50 kg膨潤(rùn)土粉，再加入純堿（土質(zhì)量的3% ～6%）充分?jǐn)嚢韬箪o置一天，進(jìn)行預(yù)水化處理。然后加入已水解的濃度1%的水解聚丙烯酰胺10～50 kg，充分?jǐn)嚢?0 min即可。根據(jù)地層情況需要，可加入其它處理劑。

4.1.4 沖洗液維護(hù)措施

（1）配漿粘土必須進(jìn)行預(yù)水化處理。

（2）配漿過程中要充分?jǐn)嚢琛Ｄ酀{使用過程中經(jīng)常清理循環(huán)系統(tǒng)，做好凈化。

（3）循環(huán)系統(tǒng)要防止雜物污染，循環(huán)槽長(zhǎng)度不少于15 m，沉淀池不少于2個(gè)。

（4）粘度增高時(shí)可采用腐殖酸鉀作稀釋劑。

（5）每天進(jìn)行一次泥漿性能維護(hù)，加入適量PHP、CMC等處理劑，并補(bǔ)充原漿。

4.2 護(hù)壁堵漏措施

對(duì)于漏失、坍塌等復(fù)雜孔段，施工均采用了調(diào)整泥漿性能、投泥球、水泥灌注封堵及套管隔離等綜合技術(shù)措施。

（1）隨鉆堵漏。鉆進(jìn)過程中有返漿時(shí)，可采用隨鉆堵漏的方法。在正常使用的沖洗液中加入801堵漏劑、CMC、鋸末等材料，在泵壓的作用下，將堵漏材料漿液壓入地層中的細(xì)小裂隙，達(dá)到堵漏的目的。礦區(qū)3年來90%以上鉆孔采用了此堵漏方法。

（2）投泥球堵漏。在漏失較嚴(yán)重，孔內(nèi)不返漿的情況下，采用此方法堵漏效果較好。礦區(qū)2008年度施工的鉆孔80%以上采用了此堵漏方法。

（3）灌注水泥漿堵漏。對(duì)于漏失嚴(yán)重、易坍塌等復(fù)雜孔段，但孔內(nèi)有水位的情況下，采用此方法進(jìn)行水下灌注，堵漏效果好。礦區(qū)2009年后施工的鉆孔60%以上采用了此堵漏方法。

（4）套管隔離堵漏。在灌注水泥漿堵漏無效的情況下，采用此方法是最行之有效的堵漏措施。礦區(qū)個(gè)別鉆孔采用了此堵漏方法。代表性鉆孔的護(hù)壁堵漏措施見表1。

采用表層套管有效封隔了鉆孔淺部地層的松散、漏失，為下部鉆孔施工創(chuàng)造了有力的條件。表1中2008年施工的ZK710、ZK705孔漏失嚴(yán)重孔段淺且短，采用投泥球堵漏效果較好。2009年后施工的zk7906、zk9505、zk9509孔嚴(yán)重漏失孔段深且長(zhǎng)，采用灌注水泥漿堵漏效果好。

表1 代表性鉆孔的護(hù)壁堵漏措施

5 提高巖（礦）心采取率的措施

（1）破碎、松散巖層及巖（礦）心難采地層，使用孔底局部反循環(huán)及雙管鉆具，提高巖（礦）心采取率。

（2）復(fù)雜地層鉆進(jìn)時(shí)要限制回次進(jìn)尺，一般不超過1.5 m。

（3）回次鉆進(jìn)時(shí)間不超過1 h。嚴(yán)禁片面追求進(jìn)尺而延長(zhǎng)回次鉆進(jìn)時(shí)間，忽視巖（礦）心采取率。

（4）精心操作，動(dòng)作平穩(wěn)，防止提鉆過程中巖（礦）心脫落。

（5）鉆進(jìn)過程中保持壓力均勻，嚴(yán)禁隨意提動(dòng)鉆具，造成巖（礦）心重復(fù)破碎而流失。

（6）鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)巖心堵塞，要及時(shí)提鉆，以減少巖（礦）心磨耗。

（7）鉆進(jìn)過程中，嚴(yán)格按配制要求使用維護(hù)好沖洗液，以保持孔壁穩(wěn)定。

6 不同鉆進(jìn)方法主要指標(biāo)的對(duì)比

2008年度開始階段施工的4個(gè)孔采用繩索取心鉆進(jìn)方法，但因?qū)τ诼┦А⒌艨臁⑵扑椤⑻葟?fù)雜孔段的鉆探無法體現(xiàn)其優(yōu)越性，后全部改為普通金剛石雙管鉆進(jìn)方法。2009年度采用繩索取心鉆進(jìn)方法進(jìn)行施工，所施工的9個(gè)孔效果不一。2010年度采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法進(jìn)行施工，所施工的3個(gè)孔由于鉆遇地層構(gòu)造的復(fù)雜性，效果均不理想。

表2列舉了3年來勘查線7線（2008年施工）、79線、71線（2009年施工）、95線（2010年施工）上的10個(gè)鉆孔，同一勘查線上以普通雙管鉆進(jìn)與繩索取心鉆進(jìn)方法進(jìn)行了效果對(duì)比。從表中可以看出造成臺(tái)效不高的主要原因是停待及事故時(shí)間較多，繩索取心鉆進(jìn)停待及事故時(shí)間是普通雙管鉆進(jìn)方法的近2倍。盡管繩索取心鉆進(jìn)方法輔助時(shí)間較普通雙管鉆進(jìn)方法短，純鉆時(shí)間較普通雙管鉆進(jìn)方法長(zhǎng)，但在臺(tái)效相當(dāng)?shù)那闆r下，礦區(qū)絕大部分鉆孔采用了普通雙管鉆進(jìn)方法。

表2 不同鉆進(jìn)方法的代表性鉆孔效果

7 結(jié)語(yǔ)

在西和大橋金礦區(qū)3年102個(gè)鉆孔的鉆探施工中，針對(duì)該礦區(qū)破碎、裂隙發(fā)育，漏失、坍塌、卡鉆、埋鉆等復(fù)雜地層鉆進(jìn)難點(diǎn)，采用金剛石單動(dòng)雙管鉆進(jìn)工藝和聚丙烯酰胺不分散低固相鉆井液護(hù)孔技術(shù)，并采用多種堵漏措施，取得了較好的技術(shù)效果，圓滿完成了施工任務(wù)。所有鉆孔各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)得到了地質(zhì)的驗(yàn)證，順利通過了終孔質(zhì)量驗(yàn)收。為今后類似地層施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

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［5］ 地礦部.巖心鉆探規(guī)程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1988.

Construction Practice of Drilling in Complex Formation of Gold Field in Gansu

SONG Duan-zheng（No.1 Geo-investigation Institute，Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral，Tianshui Gansu 741020，China）

According to the difficulties of broken formation，fracture development，lost circulation，callapse，drill rod sticking and burying in Xihedaqiao gole field，diamond swivel type double tube drilling technology and borehole protection with polyacrylamide non-dispersive low solid washing fluid were adopted with several leakage control measures，good technical effects were

.The paper summed up the construction experience in complex formation of this gold field.

core drilling;complex formation;swivel type double tube;diamond drilling;polyacrylamide;washing fluid

P634.5

B

1672-7428（2012）01-0044-03

2011-06-14;

2011-10-31

宋端正（1968-），男（漢族），江蘇睢寧人，甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院工程師，探礦工程專業(yè)，從事探礦工程管理工作，甘肅省天水市麥積區(qū)馬跑泉路54號(hào)，sdz680101@163.com。