韌性剪切帶地層深孔鉆探施工經驗

張志達

【摘 要】韌性剪切帶地層鉆探施工采用國產液壓巖心鉆機進行鉆進，采用目前比較先進的能夠保證鉆孔質量和巖礦芯采取率的金剛石繩索取芯鉆進工藝進行施工；沖孔護壁方面根據鉆進的地層情況盡量采用清水鉆進，如遇坍塌掉塊等復雜地層時則采用低固相泥漿護壁或無固相化學漿液進行護壁，必要時采用水泥漿封閉坍塌掉塊孔段保證鉆孔的正常施工。

【關鍵詞】韌性剪切帶地層 金剛石繩索取心鉆進 鉆探施工

2013年我單位承擔遼寧省阜新縣靳家店巖金詳查鉆探工程，設計孔深1400米，需鉆探甲級資質。經過不懈努力，最終完成1453.70米深孔，積累了寶貴經驗。

1 區域地質背景

礦區所處大地構造位置屬華北地臺北緣燕山臺褶帶遼西臺陷北鎮凸起北部。出露地層主要有太古宇建平群，元古宇長城系，中生界侏羅系及白堊系等；區內巖漿活動頻繁而強烈，地質情況復雜，成礦條件優越。本區金礦主要產于經過韌性剪切作用的太古宇大營子組地層和巖漿巖與地層內外接觸帶附近[1]。

2施工流程

鉆進時采用110mm口徑開孔，逐級搭配，嚴控偏斜。覆蓋層采用硬質合金鉆頭鉆進，到基巖層采用金剛石繩索取芯鉆進工藝。具體為：合理搭配套管級配，開孔采用110mm口徑合金鉆頭開孔，鉆進至完整巖石下入直徑108mm的套管護壁，然后換成Φ95mm的繩索取心鉆具進行鉆進，確定上部的不穩定地層完全穿過后下入Φ89mm套管護壁；然后換成Φ76mm的金剛石繩索取芯鉆具鉆進至終孔。（詳見鉆孔結構圖1）

在熟悉并適應礦區地層后，根據所掌握的實際情況，逐步完善鉆進工藝方法，大膽的采取一些特殊的鉆進工藝或鉆進方法，在保證鉆孔質量的前提下，能夠大幅提升進尺效率。

3鉆孔沖洗液選用

根據現場地質條件、鉆進方法、鉆孔深度和工程技術要求，正確選擇使用潤滑性能和排粉效果好的沖洗液。

3.1沖洗液的選擇

對于在鉆探中所要求的泥漿，應當是在鉆頭刃部的粘度小，甚至于接近清水，這樣鉆頭的破碎效率高，進尺速度快。單從這點要求來看，清水是最理想的，但清水的排粉攜屑能力較差，需要較高的上返速度才能將巖粉攜帶上來，不利于護壁。為了有效地排除孔底巖粉和鉆屑，必須要求泥漿在環狀空間有較高的上返速度，這樣對孔壁產生沖刷作用而不利于保護孔壁。為了解決這個矛盾，就要求泥漿必須具有很好的流變性能。粘度大、切力大、觸變性好的泥漿能有效地攜帶巖粉，但粘度切力太大，對機械鉆速有影響。這是因為，鉆頭要破碎巖石，必須首先克服刃部與巖石表面間的泥漿薄層的阻力，泥漿粘度越大，這種阻力也越大，鉆進效率也越低。粘度太小，對攜帶巖粉不利。另外，粘度和切力太大，還會帶來水泵泵壓增高，特別是啟泵壓力過高，容易憋漏地層。雖對攜粉有利，但泥漿返出孔口后巖粉不易沉淀與清除。因此，我們調節好泥漿的流變特性，既可以提高泥漿的攜粉排粉能力、提高鉆速，又可以減 少泥漿對孔壁的沖刷破壞作用，有利于防塌。

3.2護壁堵漏

在鉆進過程中，泥漿內的自由水便向地層孔隙滲透，在一段很短的時間內，泥皮尚未形成，稱為瞬時失水（也叫孔底失水），接著泥皮在泥漿循環的情況下逐漸形成且增厚，直至厚度保持不變，而單位時間內的失水量也由較大逐漸減小以至恒定，這一過程屬于動失水過程。當鉆進一段時間后，在起下鉆時停止泥漿循環，泥漿的液流不再沖刷泥皮，而隨失水過程的進行泥皮逐漸增厚，失水量逐漸減小，這就是靜失水過程。靜失水的失水量比動失水量小，而泥皮比動失水厚。在起下鉆結束后又繼續鉆進，泥漿又開始循環，靜失水轉變為動失水。這次的動失水是經過一段靜失水，產生了靜失水所形成的泥皮之后的動失水，其數量比上一次小。這樣周而復始，單位時間里的失水量在逐漸減小，泥皮大體保持一定的厚度，累計失水量也達到一定的數值，這就是孔內失水與造壁的全過程。當泥皮形成后，泥漿的失水速度就不再取決于地層的滲透性，而取決于泥皮的滲透性。

4 注意事項

深孔鉆探繩索取心鉆探要注意的問題：繩索取心鉆探要特別重視沖洗液的應用，在地層較穩定且不太復雜的地層鉆進，可采用低固相、低黏度、低切力和具有良好潤滑性的沖洗液。同時更要加強沖洗液的管理，維持好性能穩定，特別是固相含量，必要時要開動除砂、除泥機以清除過多的有害固相物質，防止鉆桿內壁結泥皮。在深孔鉆探施工中經常會遇到復雜地層，如坍塌、掉塊、縮徑等。當不能用繩索取心鉆進快速通過時，一定要調整沖洗液的比重（密度）、粘度、失水量等指標，加強護壁能力。應用泥漿來維護孔壁時，首先要判斷好地層的復雜類型，是屬于松散、破碎地層，還是水敏性地層或構造應力異常帶，然后針對性地采取治理措施。必要時，可暫時放棄繩索取心鉆進工藝，改用普通鉆探，提鉆取心的方法以適應泥漿性能的變化，待穿過復雜地層段，用水泥封堵或下入套管隔離后，再回復到繩索取心工藝上來。 復雜地層往往伴隨地層漏失或涌水，極大地增加了處理的難度，此時一定要建立起地層壓力平衡的概念，利用沖洗液比重（密度）的調整來處理平衡地層壓力。

5結語

綜上所述，在該礦區的深孔鉆探施工過程中，熟悉并適應礦區地層，根據所掌握的實際情況，逐步完善鉆進工藝方法，大膽的采取一些特殊的鉆進工藝或鉆進方法，在保證鉆孔質量的前提下，大大加快了施工進度，縮短工期，降低成本，順利完工了1453.70米鉆探深孔，得到甲方好評，從而在鉆探深孔業績方面積累下寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]遼寧省阜新縣靳家店巖金詳查地質報告（2015年度）.遼寧省有色地質局一〇七隊.