甘肅西和大橋金礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探技術(shù)

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)雜地層鉆探技術(shù)

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、埋鉆等難點(diǎn)，采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝和聚丙烯酰胺不分散無固相沖洗液護(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)，并提出今后在復(fù)雜地層中鉆探施工減少停待及事故時(shí)間、提高鉆探效率等的建議。

巖心鉆探;復(fù)雜地層;繩索取心;金剛石鉆進(jìn);沖洗液;護(hù)壁堵漏

1 工程概況

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甘肅省地調(diào)院委托我院承擔(dān)。2008～2010年，我院共完成機(jī)械巖心鉆探鉆孔102個(gè)，完成工作量10700多米。其中繩索取心鉆孔16個(gè)，完成工作量3020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，給鉆探施工帶來了較大的難度。

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)(C2－3):主要由灰白色～深灰色厚層狀灰?guī)r、角粒狀灰?guī)r及硅質(zhì)條帶灰?guī)r組成。其中灰白色～深灰色厚層狀灰?guī)r的巖石硬度為中硬，巖石可鉆性5級(jí);角礫狀灰?guī)r的巖石硬度為硬，巖石可鉆性7級(jí);硅質(zhì)條帶灰?guī)r的巖石硬度為硬，巖石可鉆性8級(jí)。

(2)三疊系西坡組(Ta1):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。其中硅質(zhì)角礫巖巖石硬度為堅(jiān)硬，巖石可鉆性11級(jí);含礫硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)角礫巖硬度為硬，巖石可鉆性9級(jí);變千枚巖角礫巖巖石硬度為硬，巖石可鉆性9級(jí);變質(zhì)復(fù)合成分細(xì)角礫巖巖石硬度為堅(jiān)硬，巖石可鉆性11級(jí)。

(3)古近系(E):主要為紅色礫巖。

(4)第四系(Q4):主要由腐殖土、砂土、黃土及砂粒組成。

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)

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)鉆探施工的重點(diǎn)。

3 金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝

3.1 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

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

(2)其他孔段:鉆壓8～12 kN，轉(zhuǎn)速300～400 r/min，泵量40～70 L/min。

3.2 鉆探設(shè)備及鉆具的選擇

根據(jù)礦區(qū)地層特點(diǎn)，3年來部分鉆孔采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法。

2008年使用的鉆探設(shè)備有:XY－4、XY－2B型鉆機(jī)，SG13型鉆塔，BW－250型泥漿泵，鉆機(jī)、泥漿泵自帶柴油發(fā)電機(jī)，S75型金剛石繩索取心鉆具。

2009年后使用的鉆探設(shè)備有:XY－4型鉆機(jī)，SG13型鉆塔，BW－250型泥漿泵，50 kW柴油發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)型S75型金剛石繩索取心鉆具。

3.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

3.4 鉆頭的選擇

2008年使用普通底唇平面金剛石繩索取心鉆頭，在破碎、堅(jiān)硬、“打滑”地段中使用效果一般。2009年后在破碎、堅(jiān)硬、“打滑”地段中改用底唇面形狀為環(huán)齒形和交錯(cuò)型的金剛石繩索取心鉆頭，使用效果較好。

3.5 鉆具的選擇

2008年使用S75型金剛石繩索取心鉆具。在漏失、掉快、破碎、坍塌等復(fù)雜孔段鉆進(jìn)中易卡鉆、埋鉆、燒鉆，造成孔內(nèi)事故，使用效果一般。2009年后改用改進(jìn)型S75型金剛石繩索取心鉆具，去掉上擴(kuò)孔器，縮短內(nèi)、外管長度，有效地減少了復(fù)雜孔段的孔內(nèi)事故，使用效果較好。

4 護(hù)壁與堵漏措施

4.1 沖洗液的選擇

針對(duì)礦區(qū)地層特點(diǎn)，2008年采用低固相、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。配方為:膨潤土加量3%～4% (質(zhì)量比);Na2CO3加量為膨潤土質(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，pH值8～8.5。

使用過程中因地層復(fù)雜等原因，孔內(nèi)沉渣多，在鉆進(jìn)中易使鉆桿內(nèi)結(jié)泥皮，影響內(nèi)管正常投放和打撈，鋼絲繩經(jīng)常拉斷，造成孔內(nèi)事故。使用效果一般。

年后采用植物膠+聚丙烯酰胺+801堵漏劑+鋸末+皂化油配制的無固相泥漿作為護(hù)孔沖洗液，基本上可以做到隨鉆堵漏，使用效果較好。配方為(質(zhì)量比):植物膠∶聚丙烯酰胺∶801堵漏劑∶鋸末∶皂化油∶水=1∶0.4∶1.5∶0.6∶0.5∶100。

沖洗液性能指標(biāo)為:密度＜1.1 kg/L，粘度20～25 s，失水量＜6 mL/30 min，pH值9.0。

4.2 護(hù)壁堵漏措施

礦區(qū)地層比較復(fù)雜，第四系地層松散，三疊系西坡組、古近系巖石多破碎，裂隙發(fā)育，中上石炭統(tǒng)巖石多溶蝕，易引起鉆孔漏失。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、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)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，堵漏效果較好。礦區(qū)2009年后施工的60%以上鉆孔采用了此堵漏方法。

(3)套管隔離堵漏。在灌注水泥漿堵漏無效的情況下，采用此方法是最后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。

2008年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK009孔在30.05 m處漏漿，下套管隔離堵漏。ZK1506孔在孔深111.30 m處漏漿，隨鉆堵漏效果不好，頂漏鉆進(jìn)。ZK705孔在孔深60.68 m處漏漿，隨鉆堵漏效果不好，頂漏鉆進(jìn)。2009年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK7101孔在孔深101～112 m段水泥漿封孔堵漏。ZK6305孔下套管 80 m。ZK7906孔在孔深150～180 m段水泥漿封孔堵漏。ZK7901孔在孔深150～160 m段水泥漿封孔堵漏。2010年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK9509孔在孔深105～180 m段水泥漿封孔堵漏。ZK7904孔在孔深110～130 m段水泥漿封孔堵漏。

5 歷年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比

2008年礦區(qū)鉆探施工開始階段采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法。對(duì)于漏失、掉塊、破碎、坍塌等復(fù)雜孔段不能體現(xiàn)其針對(duì)性及優(yōu)越性，后全部改為普通金剛石雙管取心鉆進(jìn)方法。2009年后由于鉆孔設(shè)計(jì)深度的加深，在總結(jié)了上一年度的施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用改進(jìn)后的金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法進(jìn)行鉆探施工，對(duì)于漏失、掉塊、破碎、坍塌等復(fù)雜孔段取得了較好的技術(shù)效果。歷年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法主要技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比效果見表1。

表1 歷年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法主要指標(biāo)對(duì)比

表中2008年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK009孔在30.05 m處漏漿，下套管封隔，用時(shí)35 h;在43、49 m處卡鉆處理事故(反鉆具、掃孔、下套管)，用時(shí)84 h。此后頂漏鉆進(jìn)至終孔。ZK705孔機(jī)械事故用時(shí)72 h;在孔深29 m處漏漿堵漏用時(shí)48 h;此后頂漏鉆進(jìn)，在60.68 m處卡鉆處理事故用時(shí)8 h，頂漏鉆進(jìn)至終孔。ZK706孔在54.50 m處卡鉆處理事故用時(shí)48 h，此后頂漏鉆進(jìn)至終孔。

2009年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK7101孔在孔深101～112 m段水泥漿封孔堵漏，用時(shí)72 h。ZK6305孔在孔深60 m開始頂漏鉆進(jìn)，在孔深94 m處卡鉆鉆桿斷，處理事故無效，該孔移0.5 m重新開孔，下套管80 m，停待及事故時(shí)間用時(shí)264 h。ZK7906孔在孔深150～180 m段水泥漿封孔堵漏，用時(shí)264 h。ZK7901孔在孔深150～160 m段水泥漿封孔堵漏，用時(shí)72 h，此后頂漏鉆進(jìn)至終孔。

2010年金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法施工的ZK9509孔防汛停工用時(shí)288 h;在孔深105～180 m段水泥漿封孔堵漏，用時(shí)240 h;10月7～11日停待，停待及事故時(shí)間合計(jì)用時(shí)604 h。ZK7904孔在孔深110～130 m段水泥漿封孔堵漏，用時(shí)72 h，在132 m處卡鉆處理事故，用時(shí)72 h，停待及事故時(shí)間合計(jì)用時(shí)144 h。

可以看出造成臺(tái)效不高的主要原因是停待及事故時(shí)間所占比例大，金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法在復(fù)雜地層中如何減少停待及事故時(shí)間是提高臺(tái)效的關(guān)鍵。2009年改進(jìn)后的施工工藝使金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法輔助時(shí)間較2008年輔助時(shí)間減短，純鉆時(shí)間延長，平均小時(shí)效率明顯提高，施工中取得了較好的效果。

6 經(jīng)驗(yàn)與建議

在西和大橋金礦區(qū)3年16個(gè)鉆孔的鉆探施工中，針對(duì)該礦區(qū)地層破碎、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)，采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝和聚丙烯酰胺無固相鉆井液護(hù)孔技術(shù)，并采用多種堵漏措施，取得了較好的鉆探效果。為今后類似地層施工積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)該礦區(qū)的鉆探實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者提出如下建議:

(2)為減少復(fù)雜孔段的卡鉆、埋鉆、燒鉆事故，可以選擇縮短繩索鉆具內(nèi)、外管的長度(控制在2 m以內(nèi))，另外可以取消繩索鉆具的上擴(kuò)孔器，以減少卡鉆、埋鉆、燒鉆事故的發(fā)生幾率;

(3)為減少提、下鉆過程中繩索鉆桿絲扣的損壞及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，可考慮配套鉆桿液壓動(dòng)力鉗等輔助設(shè)備，以提高鉆探施工效益。

［1］屠厚澤.鉆探工程學(xué)［M］.湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988.

［2］劉廣志.金剛石鉆探手冊(cè)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1991.

［3］黃平.河壩井田復(fù)雜地層鉆探施工技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(5):27－30.

［4］黃忠高，李志強(qiáng)，楊啟文.江西省浮梁縣朱溪礦區(qū)深孔鉆探施工技術(shù)研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5):23－27.

［5］張寶河.甘肅岷縣某金礦鉆探施工技術(shù)與管理［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(4):44－47.

［6］李景東.哈達(dá)門溝金礦區(qū)復(fù)雜地層中深孔鉆進(jìn)實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(6):20－23.

Drilling Technology in the Complex Formation of a Gold Mine

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

Diamond wire-line coring drilling and borehole protection by polyacrylamide non-dispersible solid-free fluid were used with several leakage control measures to deal with formation breaking，fracture development，leakage，collapsing，drill rod sticking and burying in Xihedaqiao gold mine of Gansu.The paper summed up the experience of drilling construction in this complex formation and put forward suggestions on reducing non-drilling time and improving drilling efficiency.

core drilling;complex formation;wire-line coring;diamond drilling;washing fluid;wall protection and leakage control

P634.5

B

1672－7428(2012)03－0034－03

2011－09－28

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。