韌性剪切帶地層深孔鉆探施工經(jīng)驗(yàn)

張志達(dá)

【摘 要】韌性剪切帶地層鉆探施工采用國(guó)產(chǎn)液壓巖心鉆機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn)，采用目前比較先進(jìn)的能夠保證鉆孔質(zhì)量和巖礦芯采取率的金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝進(jìn)行施工；沖孔護(hù)壁方面根據(jù)鉆進(jìn)的地層情況盡量采用清水鉆進(jìn)，如遇坍塌掉塊等復(fù)雜地層時(shí)則采用低固相泥漿護(hù)壁或無固相化學(xué)漿液進(jìn)行護(hù)壁，必要時(shí)采用水泥漿封閉坍塌掉塊孔段保證鉆孔的正常施工。

【關(guān)鍵詞】韌性剪切帶地層 金剛石繩索取心鉆進(jìn) 鉆探施工

2013年我單位承擔(dān)遼寧省阜新縣靳家店巖金詳查鉆探工程，設(shè)計(jì)孔深1400米，需鉆探甲級(jí)資質(zhì)。經(jīng)過不懈努力，最終完成1453.70米深孔，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置屬華北地臺(tái)北緣燕山臺(tái)褶帶遼西臺(tái)陷北鎮(zhèn)凸起北部。出露地層主要有太古宇建平群，元古宇長(zhǎng)城系，中生界侏羅系及白堊系等；區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，地質(zhì)情況復(fù)雜，成礦條件優(yōu)越。本區(qū)金礦主要產(chǎn)于經(jīng)過韌性剪切作用的太古宇大營(yíng)子組地層和巖漿巖與地層內(nèi)外接觸帶附近[1]。

2施工流程

鉆進(jìn)時(shí)采用110mm口徑開孔，逐級(jí)搭配，嚴(yán)控偏斜。覆蓋層采用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)，到基巖層采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝。具體為：合理搭配套管級(jí)配，開孔采用110mm口徑合金鉆頭開孔，鉆進(jìn)至完整巖石下入直徑108mm的套管護(hù)壁，然后換成Φ95mm的繩索取心鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)，確定上部的不穩(wěn)定地層完全穿過后下入Φ89mm套管護(hù)壁；然后換成Φ76mm的金剛石繩索取芯鉆具鉆進(jìn)至終孔。（詳見鉆孔結(jié)構(gòu)圖1）

在熟悉并適應(yīng)礦區(qū)地層后，根據(jù)所掌握的實(shí)際情況，逐步完善鉆進(jìn)工藝方法，大膽的采取一些特殊的鉆進(jìn)工藝或鉆進(jìn)方法，在保證鉆孔質(zhì)量的前提下，能夠大幅提升進(jìn)尺效率。

3鉆孔沖洗液選用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、鉆進(jìn)方法、鉆孔深度和工程技術(shù)要求，正確選擇使用潤(rùn)滑性能和排粉效果好的沖洗液。

3.1沖洗液的選擇

對(duì)于在鉆探中所要求的泥漿，應(yīng)當(dāng)是在鉆頭刃部的粘度小，甚至于接近清水，這樣鉆頭的破碎效率高，進(jìn)尺速度快。單從這點(diǎn)要求來看，清水是最理想的，但清水的排粉攜屑能力較差，需要較高的上返速度才能將巖粉攜帶上來，不利于護(hù)壁。為了有效地排除孔底巖粉和鉆屑，必須要求泥漿在環(huán)狀空間有較高的上返速度，這樣對(duì)孔壁產(chǎn)生沖刷作用而不利于保護(hù)孔壁。為了解決這個(gè)矛盾，就要求泥漿必須具有很好的流變性能。粘度大、切力大、觸變性好的泥漿能有效地?cái)y帶巖粉，但粘度切力太大，對(duì)機(jī)械鉆速有影響。這是因?yàn)?，鉆頭要破碎巖石，必須首先克服刃部與巖石表面間的泥漿薄層的阻力，泥漿粘度越大，這種阻力也越大，鉆進(jìn)效率也越低。粘度太小，對(duì)攜帶巖粉不利。另外，粘度和切力太大，還會(huì)帶來水泵泵壓增高，特別是啟泵壓力過高，容易憋漏地層。雖對(duì)攜粉有利，但泥漿返出孔口后巖粉不易沉淀與清除。因此，我們調(diào)節(jié)好泥漿的流變特性，既可以提高泥漿的攜粉排粉能力、提高鉆速，又可以減 少泥漿對(duì)孔壁的沖刷破壞作用，有利于防塌。

3.2護(hù)壁堵漏

在鉆進(jìn)過程中，泥漿內(nèi)的自由水便向地層孔隙滲透，在一段很短的時(shí)間內(nèi)，泥皮尚未形成，稱為瞬時(shí)失水（也叫孔底失水），接著泥皮在泥漿循環(huán)的情況下逐漸形成且增厚，直至厚度保持不變，而單位時(shí)間內(nèi)的失水量也由較大逐漸減小以至恒定，這一過程屬于動(dòng)失水過程。當(dāng)鉆進(jìn)一段時(shí)間后，在起下鉆時(shí)停止泥漿循環(huán)，泥漿的液流不再?zèng)_刷泥皮，而隨失水過程的進(jìn)行泥皮逐漸增厚，失水量逐漸減小，這就是靜失水過程。靜失水的失水量比動(dòng)失水量小，而泥皮比動(dòng)失水厚。在起下鉆結(jié)束后又繼續(xù)鉆進(jìn)，泥漿又開始循環(huán)，靜失水轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)失水。這次的動(dòng)失水是經(jīng)過一段靜失水，產(chǎn)生了靜失水所形成的泥皮之后的動(dòng)失水，其數(shù)量比上一次小。這樣周而復(fù)始，單位時(shí)間里的失水量在逐漸減小，泥皮大體保持一定的厚度，累計(jì)失水量也達(dá)到一定的數(shù)值，這就是孔內(nèi)失水與造壁的全過程。當(dāng)泥皮形成后，泥漿的失水速度就不再取決于地層的滲透性，而取決于泥皮的滲透性。

4 注意事項(xiàng)

深孔鉆探繩索取心鉆探要注意的問題：繩索取心鉆探要特別重視沖洗液的應(yīng)用，在地層較穩(wěn)定且不太復(fù)雜的地層鉆進(jìn)，可采用低固相、低黏度、低切力和具有良好潤(rùn)滑性的沖洗液。同時(shí)更要加強(qiáng)沖洗液的管理，維持好性能穩(wěn)定，特別是固相含量，必要時(shí)要開動(dòng)除砂、除泥機(jī)以清除過多的有害固相物質(zhì)，防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)泥皮。在深孔鉆探施工中經(jīng)常會(huì)遇到復(fù)雜地層，如坍塌、掉塊、縮徑等。當(dāng)不能用繩索取心鉆進(jìn)快速通過時(shí)，一定要調(diào)整沖洗液的比重（密度）、粘度、失水量等指標(biāo)，加強(qiáng)護(hù)壁能力。應(yīng)用泥漿來維護(hù)孔壁時(shí)，首先要判斷好地層的復(fù)雜類型，是屬于松散、破碎地層，還是水敏性地層或構(gòu)造應(yīng)力異常帶，然后針對(duì)性地采取治理措施。必要時(shí)，可暫時(shí)放棄繩索取心鉆進(jìn)工藝，改用普通鉆探，提鉆取心的方法以適應(yīng)泥漿性能的變化，待穿過復(fù)雜地層段，用水泥封堵或下入套管隔離后，再回復(fù)到繩索取心工藝上來。 復(fù)雜地層往往伴隨地層漏失或涌水，極大地增加了處理的難度，此時(shí)一定要建立起地層壓力平衡的概念，利用沖洗液比重（密度）的調(diào)整來處理平衡地層壓力。

5結(jié)語

綜上所述，在該礦區(qū)的深孔鉆探施工過程中，熟悉并適應(yīng)礦區(qū)地層，根據(jù)所掌握的實(shí)際情況，逐步完善鉆進(jìn)工藝方法，大膽的采取一些特殊的鉆進(jìn)工藝或鉆進(jìn)方法，在保證鉆孔質(zhì)量的前提下，大大加快了施工進(jìn)度，縮短工期，降低成本，順利完工了1453.70米鉆探深孔，得到甲方好評(píng)，從而在鉆探深孔業(yè)績(jī)方面積累下寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]遼寧省阜新縣靳家店巖金詳查地質(zhì)報(bào)告（2015年度）.遼寧省有色地質(zhì)局一〇七隊(duì).