四川爾呷地吉鉛鋅礦區復雜地層ZK7545#鉆孔施工技術研究

王 暢

（湖南省有色地質勘查局二一七隊，湖南 衡陽 421001）

1 項目背景

該礦區位于四川甘洛縣沙岱鄉，為彝族聚居地區，地層破碎帶較多，垮塌嚴重，機臺月效率低，無法滿足地質技術要求。這一施工難題久攻不克，導致現場施工進度緩慢，施工成本高，項目經濟效益差，無法探明該礦區的礦產資源儲量，后續開采工作也無法部署安排。通過本次施工技術研究解決ZK7545#鉆孔施工難題，為后續工作的開展掃清障礙和提供可依據的經驗。

2 本研究的指導思想及原則

在原有施工經驗的基礎上，結合國內外已有的復雜地層施工成果，采用成熟的施工設備、施工工藝，在經濟性原則的基礎上，保質保量、安全高效的完成施工任務。本次研究原則為。

（1）從實際出發，了解原來在該礦區施工中所遇到的問題，哪些問題已有完善的處理措施，哪些問題還未得到解決，對所遇復雜地層有充分的準備。

（2）盡量選用現有的機械設備和鉆探技術人員熟練掌握的施工工藝，適當考慮引進新的機械設備和施工工藝。

（3）邀請各地鉆探專家，針對該礦區的復雜地層進行分析，優化鉆孔施工設計方案，并積極與科研院所、鉆頭及生產沖洗液的廠家進行攻關合作。

3 本研究的成果產生的作用和價值

此次鉆探研究工作的主要任務是在工期內完成合同工作量的同時，收集鉆進的原始資料，包括施工時所需的鉆壓、轉速、泵量、沖洗液等各項鉆進參數、鉆頭的有效進尺及消耗量、鉆桿的磨損度等，并通過對各項數據的分析，探索出一套成本低、效率高的施工工藝，以提高巖心采取率，確保完成四川爾呷地吉鉛鋅礦區2018年的鉆探工作任務，便于該礦區今后找礦工作的開展。在此基礎上，針對該鉆探項目的數據分析及相關資料形成總結性報告，將其作為該礦區鉆探施工可操作性資料，攻克該礦區鉆探施工技術難題，為今后類似礦區鉆探施工提供參考資料。

4 研究的主要內容和重點

（1）在易偏斜巖層中采取何種合適的鉆進參數。

（2）在松散、破碎、垮塌嚴重及變化反復的巖層中如何選用鉆孔結構設計，選配合適的鉆頭鉆具。

（3）在易縮徑、易塌陷巖層中如何從沖洗液入手，調配合適沖洗液，保證鉆孔的順利實施。

（4）在各種漏失情況下，采取何種堵漏措施。

5 該地層易出現的施工難點

（1）力學不穩定地層，因受地質成因和構造運動的影響造成了地層破碎，這類地層一旦被鉆穿后，就會破壞其原來的相對穩定或平衡狀態，使孔壁在重力作用下產生坍塌掉塊等孔壁失穩現象。

（2）遇水不穩定地層，孔壁與沖洗液接觸，產生松散、溶脹、剝落、溶蝕等現象。常出現鉆孔縮徑、孔壁剝落、坍塌等孔壁失穩問題。

（3）漏失地層，由于地層中溶洞、節理發育，加上該礦區20世紀90年代亂采亂挖，亂采濫挖導致老窿、采空區零亂，造成鉆進過程中沖洗液漏失。

6 鉆孔結構設計

考慮到該礦區地層極其復雜的實際情況，綜合以前的施工經驗，經鉆探技術人員與多位專家討論研究，本次鉆孔結構設計改進為：Φ150mm—Φ122mm—Φ95mm—Φ76mm“三級套管四級成孔”繩索鉆探施工工藝。套管級配：Φ146mm—Φ108mm—Φ89mm。（Φ95繩索鉆進終孔，預留一級Φ76備用）

7 鉆進技術參數和鉆頭選擇

該地層破碎、縮徑、漏失、垮塌嚴重等，根據以往經驗采用高轉速、高鉆壓、高泵量鉆進不利于取心和保護孔壁。轉速過高，遇大裂隙時易發生斷鉆事故；鉆壓過高，遇軟硬交替地層時易發生鉆孔偏斜事故；泵量過高，在土層和軟地層中易造成巖心被沖洗液沖刷，導致采取率不足；控制鉆頭線速度，保證鉆孔的垂直度；控制回次進尺，保證巖心采取率。經過不斷的摸索總結出較為合適的鉆進參數，具體見下表。

表1 鉆進參數表

鉆頭線速度控制在1.5m/h～2.0m/h，回次進尺控制在1.0m～2.0m左右。

減少事故的發生和保證巖心采取率。

8 沖洗液配制及注意事項

鉆孔沖洗液循環系統的優劣，直接影響著鉆進速度、鉆探質量、孔內的安全程度和材料消耗。鉆孔沖洗液已成為鉆探工作實現優質、高效、安全、低耗、全面完成勘探任務的一項重要因素。

（1）對泥漿要進行指標鑒定。使用現場泥漿測試儀（漏斗粘度計，比重秤，失水量儀）測試泥漿性能，達到設計標準后方可使用。

（2）必須預先浸泡，粘土和高分子鏈溶解和無機物溶解過程原理不盡相同。比如市場上購買的粘土大多數為鈣土，預浸泡8h以上并在純堿作用下完成水化過程；而高分子只有長時間浸泡，其大分子長鏈才能充分展開，在沖洗液中發揮吸附和交聯作用等。

（3）要特別注意添加順序。為避免因添加劑之間阻溶和不理想交聯而導致絮凝等現象，必須按先無機后有機，分子量由小到大等順序添加。

（4）攪拌要充分。各種添加劑之間的交聯和作用必須具備充分的接觸條件，每一種添加劑加入后至少要保持30分鐘攪拌時間。

（5）每班測試兩次泥漿比重、漏斗粘度，并做好記錄，泥漿性能達不到要求的要及時調整。

（6）勤撈取沉淀池中巖粉，盡可能避免巖粉參與泥漿循環。

（7）時刻觀察泥漿液面的變化，發現泥漿漏失或孔內涌水，要及時治理。

9 護壁堵漏措施及工藝研究

鉆孔漏失主要分為滲透性漏失、裂隙性漏失、溶洞性漏失以及人為因素漏失四種漏失類型。孔內液柱壓力大于地層破裂壓力時，地層就會發生漏失。鉆進作業中，人為因素造成的漏失，往往是由于操作和泥漿流變性這兩方面所引起的，常見的有以下幾種情況。

（1）起、下鉆時，特別是下鉆時下放速度過快，或者是在鉆頭、擴孔器泥包的情況下，猛提猛放鉆桿柱，造成壓力激增將地層壓裂發生漏失。

（2）下套管時，下放速度過快，造成壓力激增，也會將地層壓裂發生漏失。

（3）沖洗液切力過高，特別是靜切力過高時，加上開泵過猛或是下鉆速度過快，會在抽塌地層造成瞬時壓力激增將地層壓塌壓漏。

在實際鉆進中一定避免上述幾種情況的發生，注意起、下鉆速度要控制好，泵量應先從小泵量向大泵量逐漸轉換。

鉆孔施工期間如發現漏失或坍塌嚴重時，主要采用高標號水泥固孔，進行護壁堵漏。根據礦區氣溫，一般水泥漿液的水灰比在0.45左右。孔淺時可投入水泥球或從孔口直接灌注水泥漿液，在孔深超過100m沒時則用泵送，這時水泥漿流動度要求15cm～16cm，可泵期2h，候凝時間根據實踐經驗需16h～48h，天氣寒冷時，可適量的加入CaCl2以提高水泥速凝早強效果。

若孔段漏失在300mL/30min以下，則使用801或802堵漏劑堵漏，其配制使用方法為：先使用固相含量15%左右的基漿；粘度35秒～45秒，再加入801或802堵漏劑0.2%～5%充分攪拌形成網狀結構后，泵送入孔內循環，對輕微漏失有很好的效果。

10 結論與認識

此次研究工作取得了一定效果，為今后在該地區施工提供了寶貴經驗。但研究工作中也存在一些未能完全解決的問題，這將是該區鉆探下一步需要思考和探索的方向。如ZK7545#鉆孔在解決孔內縮徑和粘土礦物上涌的過程中，確實按計劃實施了多種辦法，但最終未能完全攻克粘土礦物上涌這一難關；整個施工過程鉆頭消耗過大，如何找到適用且經濟的鉆頭還是一項急需解決的問題。

通過本次鉆探工藝研究，主要取得了以下研究成果：

（1）提出了復雜地層礦區鉆探工程的設計原則、設計要點，和設計內容。重視鉆孔結構設計，采用多級鉆孔結構，在正常情況下不輕易變徑，變徑后及時下入套管。

（2）根據復雜地層的特點，提出了機械設備的選擇方法。配備回轉能力和提升能力強的XY-6型鉆機和泵壓大的BW-250沖洗液泵，便于處理復雜情況。

（3）對取心鉆進技術進行了分析總結，提出了鉆進參數的調整思路和選取原則。

（4）重視沖洗液在鉆進中起到的作用，做好沖洗液實驗，選配好相應的沖洗液配方，并搭配適宜的鉆進參數，達到了良好的護壁效果。

（5）通過重視鉆頭的質量和適用性能，攻克了該礦區堅硬地層鉆進這一難題。本項目通過北京探礦研究所、唐山市金石超硬材料有限公司等國內知名品牌的鉆頭廠家來爾呷地吉鉛鋅礦區現場考察，攻克了該復雜地層。