青海拉陵高里河溝腦礦區鉆探技術研究

徐國輝，馬志明

(青海省第二地質礦產勘查院，青海 西寧 810000)

青海拉陵高里河溝腦礦區鉆探技術研究

徐國輝，馬志明

(青海省第二地質礦產勘查院，青海 西寧 810000)

拉陵高里河溝腦礦區地處青藏高原，地層以花崗巖為主，致密堅硬，鉆進效率低下，其中也夾雜著復雜地層，易發生掉塊、縮頸、坍塌等情況。通過正確的選擇鉆頭、合理的鉆進工藝、鉆進參數、鉆孔結構以及泥漿護壁等技術措施，順利的完成了該區的鉆探任務。

鉆探；花崗巖；復雜地層；鉆進工藝；泥漿

1 礦區概況

礦區隸屬青海省格爾木市烏圖美仁鄉管轄，位于青海省西部青藏高原東昆侖山脈西段，柴達木盆地南緣。勘查區及周邊海拔均在4 000 m以上，最高海拔4 700 m。區內水系屬柴達木盆地內陸水系，僅在夏季有水，多為季節性河流，溝谷深切山，勢陡峻，植被較稀疏，呈典型高原荒漠景觀。10月到次年4月為冰凍期，元月最低氣溫為零下27.2℃，8月份最高氣溫為21.2℃，晝夜溫差高達29℃，屬大陸性干旱氣候[1]。

自2012年以來該礦區陸續投入鉆探工作量達2萬多米，千米以深鉆孔多達3個。地層巖石以花崗巖為主，硬度Ⅸ級以上，褶皺、斷裂均很發育，地層破碎嚴重，這使得該區的鉆探生產面臨著嚴峻的考驗。

2 鉆探施工要求

1) 鉆孔終孔口徑不小于75 mm。

2) 巖礦心采取率要求：礦體頂底板3～5 m內的巖礦心平均采取率≥80%，圍巖巖心分層平均采取率≥80%，厚大礦體內部礦心采取率<90%的連續長度不超過5 m，否則要采用補救措施[2]。

3) 鉆孔間距測量及彎曲度：鉆孔不同深度的各測點實測頂角與設計頂角之差不得超過2(°)/100 m范圍；鉆孔每鉆進50 m測一次方位角和頂角，孔深在300 m以內，鉆孔偏離勘探線不得超過20 m。

4) 孔深校正：斜孔每鉆進50 m，進出礦層時及終孔后，必須校正孔深；直孔進礦層時每鉆進100 m及終孔后必須校正孔深；孔深誤差率小于1‰時不需修正班報表，超過1‰時需修正班報表[3]。

5) 簡易水文觀測：在鉆進過程中遇到漏水、涌水、坍塌、掉塊、裂隙、縮經、泥漿變稀及鉆具掉落等異常現象時，要及時記錄孔深。待終孔后測定終孔水位。

6) 原始報表填寫：機臺各班必須有報表記錄員在施工現場及時填寫原始班報表，要做到準確、整潔、真實、齊全、無誤。

7) 根據封孔要求和鉆孔柱狀圖編寫封孔設計，經項目負責或技術負責批準后交機臺執行。封孔后在孔口中心處用水泥樁標記。

3 鉆進方法

根據礦區鉆探施工要求和地層條件，結合已有的鉆進工藝，以高效、安全、低耗為原則，主要使用小口徑金剛石繩索取心的鉆進方法。在不穩定的第四系風化層中鉆進使用“PDC”鉆頭或大口徑金剛石鉆頭鉆進，待下入套管罩住上部不穩定地層后換用“Q”系列(NQ：76 mm、 HQ：96 mm、PQ：122 mm)小口徑金剛石繩索取心的鉆進方法[4]。

4 堅硬地層的對策措施

4.1繩索取心液動沖擊器的使用

由于礦區的地層普遍比較堅硬，開始引進繩索取心液動沖擊器的鉆進方法以期提高鉆進效率，但在實際應用中遇到了不少麻煩。繩索取心液動沖擊器對泥漿中的固相含量要求非常高，而在野外，條件有限，泥漿維護設備不全(小型泥漿維護設備生產廠家少，有時需要提前定制，這就大大影響了施工工期)，不能及時有效的清除泥漿中的固相顆粒，無法滿足繩索取心液動沖擊器的使用要求，只能從其他方面來提高堅硬地層的鉆進效率[5]。

4.2鉆頭的選擇使用

在鉆探生產過程中，選用的鉆頭與對應的地層相匹配才能最大程度的延長鉆頭的使用壽命及提高鉆進效率[6]。通過不斷的探索，根據該礦區地層主要巖石情況，鉆頭的選取如下表1。

表1 鉆頭選擇

由于礦區主要地層巖石為花崗巖，硬度Ⅸ級以上，所以選擇的鉆頭胎體硬度(HRC)大多在20～35之間，Ⅹ級以上特別堅硬打滑的地層在進尺緩慢的情況下可適當投放磨料[7]。孔深大于600 m的情況下可優先使用雙工作面金剛石鉆頭，能減少提下鉆次數，大幅提高鉆進效率。

4.3鉆進參數的選取

鉆進過程中泵量的大小對鉆頭的使用壽命存在很大影響。在ZK4001孔的鉆進過程中發現在孔深400～600 m處鉆頭平均使用壽命不足20 m，后加大泵量情況大大改觀，鉆頭的平均壽命達到50 m，基本趨于正常。研究發現，隨著鉆孔的加深，水量的損失不斷增加，尤其鉆桿連接處容易漏水，這樣傳遞到孔底的水量就會減少，容易造成一定程度的輕微燒鉆，導致鉆頭壽命降低[8]。

另外，鉆壓與轉速也對鉆頭的使用壽命存在很大影響，通過不斷的實踐摸索，適合該區的鉆進參數如下表2。

表2 Q系列金剛石繩索取心鉆進技術參數

5 鉆孔結構

該區根據地質設計要求，終孔孔徑不小于φ75 mm或NQ。其中以千米孔ZK4001與復雜地層鉆孔ZK30001孔最為代表性。

Zk4001孔：設計孔深900 m，地層相對完整。開孔用φ150 mm口徑的“PDC”鉆頭鉆進5.9 m，后下入6 m、φ146 mm孔口管；之后換用PQ金剛石鉆頭鉆進59.85 m至較完整巖石，后下入60 m PQ套管；再換用HQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進209.8 m隔離上部不穩定地層，并將HQ鉆桿作為套管下入孔內210 m，最后使用NQ金剛石繩索取心工藝鉆進1 064 m至終孔。實際下入套管深度要比實際孔深要略大些，孔口管要高出地表，后一級套管要比前一級略高，這樣才能保障泥漿的正常循環。

Zk30001孔：設計孔深350 m，地層相對復雜。開孔用φ150 mm口徑的“PDC”鉆頭鉆進5.9 m，下入6 m、φ146 mm孔口管；之后換用PQ金剛石鉆頭鉆進29.85 m至較完整巖石，下入30 m PQ套管；再換用HQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進89.8 m隔離上部不穩定地層，并將HQ鉆桿作為套管下入孔內，最后使用NQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進，但鉆進至197～217 m處為強烈破碎帶，為保障后續鉆進順利進行，拔出HQ套管實行擴孔，擴至220 m重新下入HQ套管，最后使用NQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進376 m終孔。鉆孔結構圖如圖1。

6 泥漿體系

該礦區附近水源水質比較硬，因此在泥漿攪拌前，先用純堿(Na2CO3)對機臺蓄水池中的水進行軟化處理，降低其中鈣、鎂等離子的含量，達到正常攪拌泥漿的目的。再針對礦區不同的地層配比不同的泥漿配方。

圖1 鉆孔結構

6.1完整地層泥漿配置

礦區大部分鉆孔地層以花崗巖為主，致密、堅硬、相對完整。泥漿主要要求潤滑性好、攜粉性強、冷卻效果好，孔深的情況下要求泥漿流動性好。對該類地層主要使用如下無固相泥漿，見表3。

表3 無固相泥漿配方

注：孔深大于500 m時，在清水中加入1%～1.5%的高效潤滑劑。

6.2復雜地層的泥漿配置

在鉆進過程中也會遇到破碎蝕變帶，遇到這種地層，在無套管隔離的情況下，只能通過配置泥漿來解決。為防止掉塊、坍塌、縮頸，配置的泥漿需具有膠結性能好，防塌效果好，抑制地層水化，護壁效果好等特點。為此通過反復試驗，最終得出如下泥漿配方，見表4。

該泥漿配方有效抑制了地層的縮徑、坍塌、掉塊，并避免了繩索取心鉆桿結垢現象，該層巖心采取率達85%以上，滿足了地質要求。

表4 低固相鉀基泥漿配比

7 結 語

實踐證明，不同的地層選擇與之相適應的鉆頭能大幅提高鉆進生產效率。鉆進參數對鉆頭的使用壽命存在很大影響，合理的鉆進參數能夠有效的延長鉆頭的使用壽命。合理的鉆孔結構能有效防止各類事故的發生。泥漿是深孔與復雜地層鉆進的關鍵，根據不同孔深的鉆孔、不同性質的地層配置不同類型的泥漿效果明顯。通過一系列技術措施，克服諸多難題，ZK4001孔最終孔深1 064 m，創下了我院在青藏高原實施小口徑巖心鉆探的最深紀錄。

[1] 王達, 何遠信. 地質鉆探手冊[M]. 長沙: 中南大學出版社出版, 2014.

[2] 烏效鳴,胡郁樂，賀冰新，等. 鉆井液與巖土工程漿液[M]. 武漢: 中國地質大學(武漢)出版社, 2002.

[3] 石立明. 復雜地層巖心鉆探綜合治理技術[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程), 2008, 35(2): 12-14.

[4] DZ/T 0227-2010地質巖心鉆探規程[S]. 國土資源部, 2010.

[5] 何萬明. 提高金剛石鉆頭使用壽命的方法[J]. 西部探礦工程, 2008, 20(6): 74-75.

[6] 徐國輝. 青海省格爾木拉陵高里河溝腦ZK4001孔鉆探技術研究[J]. 河北北方學院學報, 2016, 32(9): 59-61.

[7] 付彥文, 王濤, 田成秀. 青海省格爾木市拉陵高里河上游地區礦床地質特征及找礦前景分析[J]. 青海師范大學學報(自然科學版), 2014, 35(4): 65-69.

[8] 張林. 青海拉陵灶火地區成礦地質特征及找礦遠景分析[D]. 北京: 中國地質大學(北京), 2013.

DrillingTechniqueofLalingaoliRiverMineinQinghai

XU Guohui, MA Zhiming

(TheSecondGeologicalMineralExplorationInstituteinQinghaiProvince,Xining,Qinghai810000,China)

Lalingaoli River Mine is located in Qinghai-Tibet plateau, whose formation is given priority with granite.Its dense hard drilling efficiency is low, which is also mingled with the complex stratum and metal shed. It often occurrs that it is necking down and collapsed, and so on and so forth. Through the correct choice of the drills, the reasonable structure of technology, we can obtain the drilling parameters, including the drilling in technical measures, such as to drill wall smoothly in the task of this region.

Drilling; Granite; Complex formation; Drilling technology; Mud

2017-06-01

青海省科技廳科學研究項目——青海省東昆侖成礦帶強研磨性地層鉆進技術研究(2015-SF-210)。

徐國輝(1979-)，男，山東萊西人，工程師，研究方向：小口徑巖心鉆探生產技術與管理，手機：18931317386，E-mail：284760550@qq.com.

P634

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.050