江西九江金雞窩礦區(qū)ZKJ5—3孔鉆探技術(shù)研究

劉光健　李飛

[摘要]結(jié)合金雞窩礦區(qū)ZKJ5-3孔鉆探實踐，總結(jié)了本礦區(qū)內(nèi)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝參數(shù)采用以及鉆遇特殊地層的經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]細粒粉末狀 鉆探工藝 取芯

[中圖分類號] F407.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-188-1

1工程概況

九江金雞窩深部詳查為城門山銅礦的第三期工程。金雞窩礦區(qū)屬于長江中下游鐵銅金成礦帶，位于長江中下游之濱，距離廬山為十八公里，九瑞公路從其旁邊經(jīng)過，交通方便。受業(yè)主委托，承擔鉆孔ZKJ5-3的施工任務(wù)，該孔設(shè)計深度850米，終孔孔深796.75米，鉆遇細粒粉末狀含銅黃鐵礦，取芯非常困難為本礦區(qū)施工難度最難孔之一。

2地層及主要鉆探技術(shù)要求

2.1主要地層情況

鉆遇地層依次為：（1）（Q4）第四紀含碎石亞粘土。（2）（P1m）含燧石結(jié)核灰?guī)r、灰?guī)r地層。（3）（γδπ）花崗閃長斑巖。（4）（P1q）含炭灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r。（5）（γδπ）花崗閃長斑巖。（6）（C2h）灰?guī)r、白云巖。（7）（CuPy）細粒粉末狀含銅黃鐵礦。（8）（D3w）石英砂巖。

2.2鉆探技術(shù)要求

（1）傾角為90°，全孔取芯率不小于70%（礦心不小于80%）。厚大礦體內(nèi)連續(xù)礦心采取率低于80%的連續(xù)長度不能超過3米。

（2）每一百米進行頂角測量及鉆孔深度校正，全孔必須進行簡易水文觀測。

（3）該鉆孔為探求332資源量鉆孔要求終孔處測斜沿線偏距和偏線距不能超過10米。

3鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進工藝

3.1鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

本礦區(qū)地質(zhì)地層條件起伏較大，給鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來一定的困難，結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)地層資料和采用的鉆探工藝特點，綜合考慮鉆具級配的合理性。本鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：采用φ150mm硬質(zhì)合金鉆具開孔鉆穿覆蓋層，下入φ146mm開孔管，再采用φ133mm單管鉆具鉆穿花崗閃長斑巖地層，下入φ127mm套管，再采用φ112mm繩索取芯鉆具揭穿第二層花崗閃長斑巖地層，下入φ108mm套管，換φ95mm繩索取芯鉆具至終孔，φ75mm作為備用徑預留。

3.2鉆進工藝

3.2.1鉆進參數(shù)

根據(jù)礦區(qū)巖石物理力學性能及可鉆性等級，該孔鉆頭選用了八角硬質(zhì)合金鉆頭、孕鑲金剛石鉆頭、八角硬質(zhì)合金鋼絲鉆頭，胎體硬度為HRC5-10，粒度30-60目，濃度100%，鉆頭底唇面有鋸齒形、齒輪形。在鉆進礦層的過程中，為保證取芯率還采用了金剛石底噴鉆頭，取得了良好的效果?？椎足@進壓力在鉆進遂石結(jié)核灰?guī)r地層時較高可達5KN，正常鉆進一般維持在2-4KN之間。轉(zhuǎn)速一般維持在500r/min，在破碎帶中鉆進，視情況適當?shù)慕档豌@壓和轉(zhuǎn)速。

3.2.2護壁及堵漏措施

ZKJ5-3號孔灰?guī)r地層受花崗巖侵入形成的斑巖影響，在鉆進過程中易產(chǎn)生垮塌、掉塊，引發(fā)埋鉆、卡鉆事故。為保證鉆探施工的順利進行采用了一系列的護壁及堵漏措施。

（1）泥漿護壁：鉆遇花崗閃長斑巖地層時泥漿配比為水+純堿+膨潤土+CMC+植物膠+聚丙烯酰胺+潤滑劑等。

（2）水泥封孔護壁：鉆遇該層時，先通過泥封孔護壁保證正常鉆進，通過該地層，鉆至穩(wěn)定地層后灌入水灰比為0.5的水泥漿，待凝固8小時，掃孔繼續(xù)鉆進。

（3）套管護壁堵漏：孔深287.85米遇溶洞深5.57米，直接下入套管隔離溶洞。鉆進至孔深771.18米時，雖未穿過細粒粉末狀含銅黃鐵礦層，但為避免孔內(nèi)事故，下入套管。

以上措施的實施是保證了孔順利完工。

4鉆進技術(shù)難點

本鉆孔的主要技術(shù)難點在于細粒粉末狀含銅黃鐵礦層的取芯，該礦層從孔深765.96米-779.53米孔段，處于黃龍組和王通組之間。造成取芯困難的原因主要有：（1）礦層為細粒粉末狀含銅黃鐵礦，鉆進過程中不能采用泥漿沖洗液。（2）在鉆探過程地層應力平衡被打破，此時受地應力的影響，縮徑較為嚴重，易抱死鉆具。（3）該地層屬于水敏性地層，遇水膨脹，使得鉆孔縮徑加劇。（4）在鉆具提升過程中產(chǎn)生抽吸現(xiàn)象，使得孔壁非常不穩(wěn)定，易使鉆孔垮塌，發(fā)生埋鉆事故。（5）在礦層中鉆進產(chǎn)生大量的含銅黃鐵礦巖粉，其比重較重，由泥漿攜帶出孔內(nèi)較為困難，待停鉆將有大量礦石巖粉沉淀，造成鉆具抱死。

如何在如此復雜的地層中鉆進取芯是本鉆孔的最主要的難點，通過對上述原因分析，采取了以下措施保證取芯鉆進。

（1）鉆進工藝：繩索取芯鉆進為滿眼鉆進，抽吸作用最強，故將繩索取芯鉆進工藝跟換為硬質(zhì)合金單管鉆具及單動雙管的普鉆，并加取粉管，以保持孔底干凈。

（2）鉆頭：采用金剛石底噴鉆頭及硬質(zhì)合金鋼絲鉆頭，對比兩種鉆頭的優(yōu)劣，最終選擇硬質(zhì)合金鋼絲鉆頭作為主要取芯鉆頭。

（3）泥漿：為平衡地應力的影響，加重泥漿比重，并改變泥漿的流變性能。為減少水對地層的影響，對泥漿的失水率進行嚴格的控制，將地層的水敏膨脹作用降到最低水平。

（4）套管：在孔深771.18米處，下一層技術(shù)套管，保證孔內(nèi)安全。

（5）水泥封孔：鉆進至孔深779.53米處，地層較完整，在原有孔段多次掃孔鉆進，并伴隨著大泵量長時間沖孔，從而在孔深771.18米至779.53米處形成大肚子，再灌入水泥漿封孔，掃孔后形成水泥石護壁。

在充分分析孔內(nèi)地質(zhì)地層的情況下，采取了上述5項措施，改變鉆進工藝保證取芯率，同時在泥漿、套管、水泥封孔等措施的保護下，保持了鉆孔孔壁的穩(wěn)定，最終本孔礦層段的取芯率在90%以上。

5經(jīng)驗與體會

（1）結(jié)合自身及作業(yè)場地環(huán)境的特點，嚴格按照鉆探標準化施工，保證不打野鉆，大大的提高了單位形象，樹立了鉆探品牌。

（2）在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應預留備用徑。本鉆孔正是因為有備用徑，在礦層鉆進過程中下入一層技術(shù)套管，隔絕了大部分復雜地層，為穿過礦層奠定了良好的基礎(chǔ)。

（3）扎實做好鉆探基礎(chǔ)工作，如機臺基礎(chǔ)的加固、鉆機鉆塔的定位與安裝等，并嚴格按照鉆探規(guī)程施工，本鉆孔終孔孔斜頂角為：1.4°很好的滿足了地質(zhì)要求的沿線偏距和偏線距不超過10米。

（4）旋流振動除砂設(shè)備、中國地質(zhì)裝備總公司生產(chǎn)的SQ114/8型液壓鉗在施工過程中得到應用，為除砂設(shè)備在地質(zhì)勘探中的應用能夠起到良好的示范作用。

（5）創(chuàng)新加工變徑接頭使得可以通過泥漿泵壓取巖心管內(nèi)第四紀及松軟破碎巖心，最大限度的保持了巖心的原狀性。

（6）復雜地層施工的成功，鍛煉了鉆探隊伍，為以后鉆遇類似地層積累了寶貴的經(jīng)驗。