青海拉陵高里河溝腦礦區(qū)鉆探技術(shù)研究

徐國(guó)輝，馬志明

(青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

青海拉陵高里河溝腦礦區(qū)鉆探技術(shù)研究

徐國(guó)輝，馬志明

(青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

拉陵高里河溝腦礦區(qū)地處青藏高原，地層以花崗巖為主，致密堅(jiān)硬，鉆進(jìn)效率低下，其中也夾雜著復(fù)雜地層，易發(fā)生掉塊、縮頸、坍塌等情況。通過(guò)正確的選擇鉆頭、合理的鉆進(jìn)工藝、鉆進(jìn)參數(shù)、鉆孔結(jié)構(gòu)以及泥漿護(hù)壁等技術(shù)措施，順利的完成了該區(qū)的鉆探任務(wù)。

鉆探；花崗巖；復(fù)雜地層；鉆進(jìn)工藝；泥漿

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)隸屬青海省格爾木市烏圖美仁鄉(xiāng)管轄，位于青海省西部青藏高原東昆侖山脈西段，柴達(dá)木盆地南緣。勘查區(qū)及周邊海拔均在4 000 m以上，最高海拔4 700 m。區(qū)內(nèi)水系屬柴達(dá)木盆地內(nèi)陸水系，僅在夏季有水，多為季節(jié)性河流，溝谷深切山，勢(shì)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(dá)29℃，屬大陸性干旱氣候[1]。

自2012年以來(lái)該礦區(qū)陸續(xù)投入鉆探工作量達(dá)2萬(wàn)多米，千米以深鉆孔多達(dá)3個(gè)。地層巖石以花崗巖為主，硬度Ⅸ級(jí)以上，褶皺、斷裂均很發(fā)育，地層破碎嚴(yán)重，這使得該區(qū)的鉆探生產(chǎn)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

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?shù)装?～5 m內(nèi)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(nèi)部礦心采取率<90%的連續(xù)長(zhǎng)度不超過(guò)5 m，否則要采用補(bǔ)救措施[2]。

3) 鉆孔間距測(cè)量及彎曲度：鉆孔不同深度的各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)頂角與設(shè)計(jì)頂角之差不得超過(guò)2(°)/100 m范圍；鉆孔每鉆進(jìn)50 m測(cè)一次方位角和頂角，孔深在300 m以內(nèi)，鉆孔偏離勘探線不得超過(guò)20 m。

4) 孔深校正：斜孔每鉆進(jìn)50 m，進(jìn)出礦層時(shí)及終孔后，必須校正孔深；直孔進(jìn)礦層時(shí)每鉆進(jìn)100 m及終孔后必須校正孔深；孔深誤差率小于1‰時(shí)不需修正班報(bào)表，超過(guò)1‰時(shí)需修正班報(bào)表[3]。

5) 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)：在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到漏水、涌水、坍塌、掉塊、裂隙、縮經(jīng)、泥漿變稀及鉆具掉落等異?，F(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)記錄孔深。待終孔后測(cè)定終孔水位。

6) 原始報(bào)表填寫(xiě)：機(jī)臺(tái)各班必須有報(bào)表記錄員在施工現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)填寫(xiě)原始班報(bào)表，要做到準(zhǔn)確、整潔、真實(shí)、齊全、無(wú)誤。

7) 根據(jù)封孔要求和鉆孔柱狀圖編寫(xiě)封孔設(shè)計(jì)，經(jīng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)或技術(shù)負(fù)責(zé)批準(zhǔn)后交機(jī)臺(tái)執(zhí)行。封孔后在孔口中心處用水泥樁標(biāo)記。

3 鉆進(jìn)方法

根據(jù)礦區(qū)鉆探施工要求和地層條件，結(jié)合已有的鉆進(jìn)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(jìn)方法。在不穩(wěn)定的第四系風(fēng)化層中鉆進(jìn)使用“PDC”鉆頭或大口徑金剛石鉆頭鉆進(jìn)，待下入套管罩住上部不穩(wěn)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(jìn)方法[4]。

4 堅(jiān)硬地層的對(duì)策措施

4.1繩索取心液動(dòng)沖擊器的使用

由于礦區(qū)的地層普遍比較堅(jiān)硬，開(kāi)始引進(jìn)繩索取心液動(dòng)沖擊器的鉆進(jìn)方法以期提高鉆進(jìn)效率，但在實(shí)際應(yīng)用中遇到了不少麻煩。繩索取心液動(dòng)沖擊器對(duì)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(hù)設(shè)備不全(小型泥漿維護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家少，有時(shí)需要提前定制，這就大大影響了施工工期)，不能及時(shí)有效的清除泥漿中的固相顆粒，無(wú)法滿足繩索取心液動(dòng)沖擊器的使用要求，只能從其他方面來(lái)提高堅(jiān)硬地層的鉆進(jìn)效率[5]。

4.2鉆頭的選擇使用

在鉆探生產(chǎn)過(guò)程中，選用的鉆頭與對(duì)應(yīng)的地層相匹配才能最大程度的延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命及提高鉆進(jìn)效率[6]。通過(guò)不斷的探索，根據(jù)該礦區(qū)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(qū)主要地層巖石為花崗巖，硬度Ⅸ級(jí)以上，所以選擇的鉆頭胎體硬度(HRC)大多在20～35之間，Ⅹ級(jí)以上特別堅(jiān)硬打滑的地層在進(jìn)尺緩慢的情況下可適當(dāng)投放磨料[7]?？咨畲笥?00 m的情況下可優(yōu)先使用雙工作面金剛石鉆頭，能減少提下鉆次數(shù)，大幅提高鉆進(jìn)效率。

4.3鉆進(jìn)參數(shù)的選取

鉆進(jìn)過(guò)程中泵量的大小對(duì)鉆頭的使用壽命存在很大影響。在ZK4001孔的鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)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(dá)到50 m，基本趨于正常。研究發(fā)現(xiàn)，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(huì)減少，容易造成一定程度的輕微燒鉆，導(dǎo)致鉆頭壽命降低[8]。

另外，鉆壓與轉(zhuǎn)速也對(duì)鉆頭的使用壽命存在很大影響，通過(guò)不斷的實(shí)踐摸索，適合該區(qū)的鉆進(jìn)參數(shù)如下表2。

表2 Q系列金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

5 鉆孔結(jié)構(gòu)

該區(qū)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，終孔孔徑不小于φ75 mm或NQ。其中以千米孔ZK4001與復(fù)雜地層鉆孔ZK30001孔最為代表性。

Zk4001孔：設(shè)計(jì)孔深900 m，地層相對(duì)完整。開(kāi)孔用φ150 mm口徑的“PDC”鉆頭鉆進(jìn)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(jìn)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(jìn)209.8 m隔離上部不穩(wěn)定地層，并將HQ鉆桿作為套管下入孔內(nèi)210 m，最后使用NQ金剛石繩索取心工藝鉆進(jìn)1 064 m至終孔。實(shí)際下入套管深度要比實(shí)際孔深要略大些，孔口管要高出地表，后一級(jí)套管要比前一級(jí)略高，這樣才能保障泥漿的正常循環(huán)。

Zk30001孔：設(shè)計(jì)孔深350 m，地層相對(duì)復(fù)雜。開(kāi)孔用φ150 mm口徑的“PDC”鉆頭鉆進(jìn)5.9 m，下入6 m、φ146 mm孔口管；之后換用PQ金剛石鉆頭鉆進(jìn)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(jìn)89.8 m隔離上部不穩(wěn)定地層，并將HQ鉆桿作為套管下入孔內(nèi)，最后使用NQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進(jìn)，但鉆進(jìn)至197～217 m處為強(qiáng)烈破碎帶，為保障后續(xù)鉆進(jìn)順利進(jìn)行，拔出HQ套管實(shí)行擴(kuò)孔，擴(kuò)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(jìn)376 m終孔。鉆孔結(jié)構(gòu)圖如圖1。

6 泥漿體系

該礦區(qū)附近水源水質(zhì)比較硬，因此在泥漿攪拌前，先用純堿(Na2CO3)對(duì)機(jī)臺(tái)蓄水池中的水進(jìn)行軟化處理，降低其中鈣、鎂等離子的含量，達(dá)到正常攪拌泥漿的目的。再針對(duì)礦區(qū)不同的地層配比不同的泥漿配方。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)

6.1完整地層泥漿配置

礦區(qū)大部分鉆孔地層以花崗巖為主，致密、堅(jiān)硬、相對(duì)完整。泥漿主要要求潤(rùn)滑性好、攜粉性強(qiáng)、冷卻效果好，孔深的情況下要求泥漿流動(dòng)性好。對(duì)該類地層主要使用如下無(wú)固相泥漿，見(jiàn)表3。

表3 無(wú)固相泥漿配方

注：孔深大于500 m時(shí)，在清水中加入1%～1.5%的高效潤(rùn)滑劑。

6.2復(fù)雜地層的泥漿配置

在鉆進(jìn)過(guò)程中也會(huì)遇到破碎蝕變帶，遇到這種地層，在無(wú)套管隔離的情況下，只能通過(guò)配置泥漿來(lái)解決。為防止掉塊、坍塌、縮頸，配置的泥漿需具有膠結(jié)性能好，防塌效果好，抑制地層水化，護(hù)壁效果好等特點(diǎn)。為此通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終得出如下泥漿配方，見(jiàn)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(jié)垢現(xiàn)象，該層巖心采取率達(dá)85%以上，滿足了地質(zhì)要求。

表4 低固相鉀基泥漿配比

7 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，不同的地層選擇與之相適應(yīng)的鉆頭能大幅提高鉆進(jìn)生產(chǎn)效率。鉆進(jìn)參數(shù)對(duì)鉆頭的使用壽命存在很大影響，合理的鉆進(jìn)參數(shù)能夠有效的延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。合理的鉆孔結(jié)構(gòu)能有效防止各類事故的發(fā)生。泥漿是深孔與復(fù)雜地層鉆進(jìn)的關(guān)鍵，根據(jù)不同孔深的鉆孔、不同性質(zhì)的地層配置不同類型的泥漿效果明顯。通過(guò)一系列技術(shù)措施，克服諸多難題，ZK4001孔最終孔深1 064 m，創(chuàng)下了我院在青藏高原實(shí)施小口徑巖心鉆探的最深紀(jì)錄。

[1] 王達(dá), 何遠(yuǎn)信. 地質(zhì)鉆探手冊(cè)[M]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社出版, 2014.

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

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

[4] DZ/T 0227-2010地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程[S]. 國(guó)土資源部, 2010.

[5] 何萬(wàn)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(guó)輝. 青海省格爾木拉陵高里河溝腦ZK4001孔鉆探技術(shù)研究[J]. 河北北方學(xué)院學(xué)報(bào), 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(qū)礦床地質(zhì)特征及找礦前景分析[J]. 青海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 35(4): 65-69.

[8] 張林. 青海拉陵灶火地區(qū)成礦地質(zhì)特征及找礦遠(yuǎn)景分析[D]. 北京: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(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(xué)研究項(xiàng)目——青海省東昆侖成礦帶強(qiáng)研磨性地層鉆進(jìn)技術(shù)研究(2015-SF-210)。

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

P634

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.050