江西崇義淘錫坑礦區60°斜孔技術施工

■李文勝　宮寒冰　劉方海（江西省地質礦產勘查開發局九〇二地質大隊江西新余338000）

江西崇義淘錫坑礦區60°斜孔技術施工

■李文勝宮寒冰劉方海
（江西省地質礦產勘查開發局九〇二地質大隊江西新余338000）

本文簡要對江西崇義礦區地層鉆進進行分析，依據礦區存在的問題，新的鉆進工藝提出了本文的研究內容。本文主要研究了60°斜孔技術施工設計，鉆進方法，外部設備的選用和工藝參數的優選。

60°斜孔施工設計工藝參數

1　概述

江西省崇義縣淘錫坑鎢礦區位于南嶺東西向構造帶東段與武夷山北東一北北東向構造帶南段的復合部位,是九龍腦一錫坑礦田的一個重要礦區,屬于以石英脈型黑鎢礦為主的鎢多金屬礦床。礦脈穿切于震旦系中,成礦主要受北西向斷裂控制,成因與燕山期巖漿作用有關。選取含礦石英脈中與黑鎢礦共生的輝鉑礦進行Re一0s等時線年齡的測定,得到輝鉬礦的等時線年齡為154.4Ma±3.8Ma。,黑鎢礦的模式年齡為164.0Ma士2.7Ma,表明該礦床形成于燕山早期。

我院于2015年4月承接了章源鎢業淘錫坑礦區60°斜孔的工作任務，總進尺9000米，平均孔深500米。針對60°斜孔，我院認真研究制定了一套施工方法和技術措施，確保鉆孔施工的順利進行。

2　工程概況

區內廣泛出露震旦系一奧陶系,分布面積占80%以上;另有少量泥盆系、石炭系、二疊系、白奎系、第三系分布。該礦區內主要為泥砂質泥巖，礫質碳酸鹽巖，黑云母花崗巖，二云母花崗巖,主要以石英脈型為主,次為矽卡巖型、破碎蝕變巖和云英巖型。

3　鉆探設備及材料

3.1鉆探設備和鉆具

XY-4型鉆機3臺，BW-250型泥漿泵4臺（備用一臺），4135柴油機（帶50KW發電機）4臺（備用一臺），自制9.5米斜塔3套，ST—1000型繩索取心絞車3臺，φ75繩索取心鉆具6套（每臺鉆機兩套），BZMR型測斜儀3套，鉆桿及主動鉆桿，各種打撈工具及管鉗。

3.2材料

管材：φ146套管100米，φ108套管200米，普通雙管鉆桿1000米，普通雙管鉆具4套，φ108鉆具（2—3m）4套。

鉆頭：φ150硬質合金鉆頭20個，φ110硬質合金鉆頭20個，φ110金剛石鉆頭10個，P75孕鑲金剛石鉆頭25個。S75孕鑲繩索取心金剛石鉆頭底唇面形狀有圓弧、平底、階梯、鋸齒形，胎體硬度有HRC20~25、HRC25~30、HRC30~35、HRC35~40四種，金剛石粒度46~70目，品級JR5、濃度100%；另配30個防斜鉆頭。

3.3金剛石鉆頭的選用（表1）

表1　不同地層選擇的金剛石鉆頭參數表

3.4沖洗液材料用量

黏土10t，聚丙烯酰胺（PAM）0.5t，羧甲基纖維素（CMC）0.5t，純堿（Na2CO3）3t,潤滑油10t。

4　鉆探工藝

4.1鉆孔結構

開孔直徑150mm,采用硬質合金鉆頭鉆至風化或破碎巖層中，下φ146mm套管。然后變φ110mm硬質合金鉆頭或者金剛石鉆頭鉆至完整基巖，下入φ108mm套管，用S75繩索取心鉆具鉆至終孔。

4.2取心鉆具及方法

開孔用φ150mm段鉆具采用干鉆方法鉆進，干燒法取心，下φ146mm套管后換φ110mm金剛石鉆頭、φ108mm鉆具（2米）單管鉆進，當巖心采取率低或者下一回次不到底時，采用鋼絲硬質合金鉆頭撈取巖心。φ75段采用金剛石鉆頭及單動雙管鉆具，采用繩索取心絞車提取內管打撈巖心。

4.3沖洗液的選擇

φ150、φ110段采用干鉆法或清水泥漿；當換成φ75采用低固相泥漿或者無固相泥漿。

4.4鉆進參數

硬質合金鉆頭鉆進：采用八角柱狀硬質合金，底唇為半圓型，3個水口，鉆壓4—8KN，轉速83r/min。

孕鑲金剛石鉆頭（φ110）：圓弧底唇面，胎體硬度HRC38—40，水口為10個，鉆壓4.8—9KN，轉速83-217r/min，泵量50—70L/min。

S75繩索取心金剛石鉆頭：鉆壓9—15KN，轉速400-1100r/min，泵量52-90L/min。

4.5鉆探施工技術措施

4.5.1鉆塔、鉆機安裝同心措施

（1）由于鉆孔傾角60°，上下鉆時摘掛提引器很困難，為減輕工人勞動強度和減少班作業人員，用單根繩直接連接提引器；

（2）將鉆機調平后，立軸主動鉆桿調成傾角60°后，再調鉆塔主支腿，如果卷揚繩從上向下穿，鉆塔傾角60.5°-61.5°之間，通過現場調試后固定，使天車繩、立軸、鉆孔三點在一條直線上。

4.5.2套管安裝和起拔措施

（1）φ146mm套管安裝到底投黏土球即可，頂部周圍要用黏土球或粘泥封嚴，防止巖粉進入套管外壁與孔隙間隙。

（2）φ108mm套管安裝很關鍵，否則起拔不動。注：當φ108mm套管超過10m時，安裝時連接絲扣用紅鉛油、纏線、擰緊，然后至少有3處再用1.5mm厚鐵片搭接點焊。套管下端用黏土球封住，防止泥漿進入φ146mm和φ108mm套管之間縫隙

（3）起拔套管：當套管用鉆機立軸無法拔動時，將鉆機移走，采用75t千斤頂強拉或拉近后停放幾個小時。（60°斜孔無法打吊錘）

4.5.3保證鉆孔傾角、方位措施

（1）鉆塔：每次搬遷前先用彩色繩拉一條線，孔位在線上，然后把鉆機整體沿線拖過來，使主動鉆桿垂直投影與線重合成平行，鉆機調平后，用羅盤校正立軸傾角為60°。

（2）開孔換徑：開孔時輕壓慢轉，φ150mm換φ110mm時先導正，然后再下φ146mm套管。φ110mm鉆進換φ75口徑時也同樣導正后再下φ108mm套管，以防止鉆孔傾角變動。

（3）鉆進參數：每個班在同樣地層中鉆進的工藝參數要基本一致，S75鉆具鉆進時，轉速要相同，并且泵量也要基本一致。

4.5.4破碎層取心措施

首先回次進尺控制在0.5m左右，在開孔時在第四系地層采用干鉆法鉆進及取心，巖心采取率預計達到100%。φ110口徑鉆進破碎層時用自制鋼絲鉆頭取心，S75鉆具鉆進時進尺突然加快，立即減壓，小泵量，繼續進尺0.5m停鉆，提內管。

4.5.5漏失地層泥漿的使用

輕微漏失層采取無固相泥漿提高PAM和CMC加量（比正高30%即可），且保持泥漿性能。

中等漏失層采取無固相泥漿PAM加量提高到正常值的2倍。爭取將泥漿消耗量降到輕微漏失級別。

4.5.6局部地層坍塌處理

處理方法：（1）無固相泥漿變普通泥漿；（2）將S75鉆具換P75鉆具，S75鉆桿換成φ60mm鉆桿，掃孔到底，然后滿進尺，又換回S75鉆桿、鉆具，無固相泥漿正常鉆進。

4.5.7S75鉆進工藝

（1）每次保證投放內管到底。判斷內管是否到位：通過彈卡鉗進入彈卡室，張開撞擊彈卡室內壁聲及懸掛環坐落在座環時的撞擊聲來判斷；通過到位報信機構，內管到底，地面壓力表上的壓力會明顯上升，泵壓變化范圍為0.5—1MPa,表面內管到位。

（2）認真組裝內外管總成，彈卡與彈卡擋頭的頂面應保持一定距離，一般為3—4mm；

（3）在破碎地層鉆進，一旦發現不進尺，立即停機，撈取內管，否則造成內管打撈不動，而提大鉆，兩套內總成交替使用并不影響效率。

（4）根據地層合理選擇鉆頭，鉆頭壽命延長，提大鉆的次數就會減少。一般HRC30—35圓弧形底唇鉆頭，更適合打軟層，均質硬層鉆進，在特硬層使用胎體硬度HRC20-25的鉆頭較好。

4.5.8管理措施

（1）實行機長責任制。

（2）實行機臺單價承包。

（3）提前做準備工作，縮短搬遷輔助時間，增加純鉆進時間。

（4）機臺用水合理化。

5　防止鉆孔孔斜及巖礦心采取率

5.1防止鉆孔孔斜

（1）正確地安裝鉆探設備，把好開孔關。鉆探設備必須安放在堅固、穩定的基礎上。鉆塔和鉆機必須安裝周正、堅固、水平。鉆塔天輪、提引器中心、鉆孔中心、立軸中心必須在一條直線上。開孔鉆進100-200米時，應對鉆機基礎螺絲、地基是否下沉和四點是否還在一個直線上進行一次全面檢查，發現問題及時糾正。

（2）鉆塔各部螺絲，特別是斜拉手中間的螺絲必須齊全堅固。鉆塔與地梁要用螺絲固緊，橫、順地梁木交接處必須用螺栓連接。

（3）開孔鉆具要直，必須按設計方向開孔，鉆進時要輕壓慢轉，其長度應隨鉆孔延深逐漸加長，按設計方向將孔口管固定穩固。

（4）換徑和擴孔鉆進都必須采用導向，且同心度要好。換徑鉆進5-10米后要測斜一次，達到設計要求方可繼續鉆進，否則，要采取糾斜措施或重新開孔鉆進。

（5）不得將彎曲、不同心的鉆具下入孔內，孔內鉆具必須有足夠的剛度和長度，保證使其具有穩定性和導向性。

（6）在易斜井段鉆進時，用好沖洗液保證鉆孔孔壁穩定，防止孔壁垮塌，盡量采取輕壓快轉法。在同一地層鉆進時，三班鉆進參數應保持一致，嚴禁隨意改變鉆進參數，不得盲目追求進尺而大壓鉆進，采用正確的鉆進規程;

（7）鉆進溶洞地層，加長粗徑鉆具穿過溶洞，下入套管封閉溶洞后再繼續鉆進。

（8）每50米測斜一次，并將結果記錄在班報上。

5.2巖礦心采取率

為保證巖心的采取率，上部地層采用雙動雙管內管超前壓入式鉆具，下部泥巖和花崗巖采用繩索取心鉆進工藝，這樣巖心的采取率普遍較高；對破碎地層應采取“少打多撈”原則，防止巖心堵塞鉆頭而將巖芯推損磨掉，影響采取率。

6　液動潛孔錘的應用

液動潛孔錘是提高硬到堅硬巖層鉆速，克服一些復雜巖層巖心易堵塞以及減輕鉆孔易斜程度的有效技術之一。

6.1實質

它的實質就是在傳統回轉時，采用專門設計的液動錘利用鉆桿柱中的沖洗液驅動液動錘，對碎巖工具施加沖擊載荷同時慢轉鉆桿柱。此時鉆頭對巖石的破碎方式從回轉破碎變為沖擊回轉破碎。沖擊回轉時，巖石受到軸向壓力，沖擊和由鉆桿回轉而形成金剛石UI巖石碾磨的聯合作用。

6.2特點

（1）可充分利用現場常規設備，配套方便投資少。

（2）鉆壓和轉速較低切削具磨損小鉆頭壽命可提高30%。在可鉆性6—7級的巖石中鉆速可提高15—70%，在致密打滑巖層可城北地提高效率。它較好地利用了堅硬巖石脆性大而抗剪切強度低不耐沖擊的弱點。

（3）鉆進裂隙及解理發育的巖層，可有效減少巖心堵塞回次長度至少提高30%，對于硬脆碎的破碎帶采用繩索取心液動錘鉆進可以提高回次長度1—3倍。

（4）在大部分易斜地層中可減少鉆孔彎曲程度，提高鉆孔質量。

6.3設備要求

（1）用大功率的泥漿泵，加大液動錘的動力源。

（2）金剛石鉆頭：60—80目的人造金剛石，HRC35—40，水口8—10個，純棉選擇鋸齒和多階梯。

（3）嚴格控制沖洗液質量（選用清水加0.2%CMC,加0.2%鉆進減阻劑的無固相沖洗液）。

6.4適應地層

能提高中硬地層效率、硬脆碎地層回次長度、減輕大部分易孔斜地層孔斜程度，同時適應打滑地層等。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-369-2