貴州開陽(yáng)大云盤礦區(qū)深孔鉆進(jìn)工藝實(shí)踐

石 磊

（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，廣東 肇慶 526020）

貴州省開陽(yáng)縣大云盤礦區(qū)鉆探施工主要鉆遇巖層為灰?guī)r、白云巖、粘土巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)粘土巖、炭質(zhì)頁(yè)巖等。礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造破碎帶及附近巖層容易出現(xiàn)孔內(nèi)崩塌，取心較困難；炭質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)粘土巖水敏性較強(qiáng)，容易造成孔壁坍塌剝落。

ZK4-1號(hào)鉆孔設(shè)計(jì)孔深1850m、直孔，我單位僅用時(shí)67天即完工且鉆孔質(zhì)量?jī)?yōu)秀，終孔深度1768.26米，為本礦區(qū)最深鉆孔。全孔地層概況見表1。

表1 ZK4-1號(hào)鉆孔地層概況

從上表中可看出，該鉆孔地層情況較復(fù)雜（見圖1），其主要特點(diǎn)有：①孔壁破碎、水敏、漏失三種復(fù)雜情況共存，是多種復(fù)雜情況并存的難鉆地層。②7.50—865.40m全孔段涌水，且部分巖層松散破碎，護(hù)壁難、易發(fā)孔內(nèi)事故。③1472.50—1490.16m段水敏性強(qiáng)，易發(fā)縮徑、坍塌事故。④1490.16—1756.96m段裂隙發(fā)育，漏失，堵漏難度大。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)取出的巖心及涌水情況

1 鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)方案

1.1 鉆進(jìn)方法及孔身結(jié)構(gòu)

根據(jù)巖層較軟的特點(diǎn)，結(jié)合施工設(shè)備及技術(shù)力量，本著盡量減少換徑次數(shù)，簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)的原則，鉆進(jìn)方法及孔深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

（1）開孔用?130mm硬質(zhì)合金鉆頭，穿過(guò)地表土層和風(fēng)化層后下入?127mm套管做孔口管。

（2）用?110mm單管金剛石鉆頭鉆入基巖后下入?108mm套管。

（3）用S95mm金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)穿過(guò)上部白云巖地層后下入?89mm套管。

（4）改換S75mm金剛石繩索取心鉆具繼續(xù)鉆進(jìn)至終孔。

在實(shí)際施工中，因機(jī)臺(tái)下方即為河流，用?110mm單管金剛石鉆頭鉆進(jìn)46.04米穿過(guò)河床，下入46.19米?108mm套管隔離該層。用S95mm金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)至978.00米穿過(guò)涌水孔段后下入?89mm套管，再用S75mm金剛石繩索取心鉆具鉆進(jìn)至終孔。

1.2 鉆探規(guī)程參數(shù)

為了能保證鉆頭磨損正常，平穩(wěn)鉆進(jìn)，全孔鉆速應(yīng)控制在2—4m/h，從而決定鉆壓控制在1500Kg以內(nèi)；轉(zhuǎn)速最大不超過(guò)l200r/min；沖洗液量50—120L/min。

2 施工選用的設(shè)備及鉆具

本礦區(qū)前期鉆探施工使用連云港黃海機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的HXY-5型巖心鉆機(jī)（見圖2），配玉柴YC6108G柴油機(jī)，該鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、布局合理、重量適中、拆卸方便、轉(zhuǎn)速范圍寬、卷?yè)P(yáng)能力大且配有水剎車，操作方便。因ZK4-1號(hào)鉆孔為新增鉆孔且工期緊，調(diào)運(yùn)設(shè)備耗時(shí)較長(zhǎng)，計(jì)劃先使用HXY-5型鉆機(jī)進(jìn)行施工，當(dāng)HXY-5型鉆機(jī)能力不足時(shí)，更換HXY-6B型鉆機(jī)，但實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn)HXY-5型鉆機(jī)超載能力強(qiáng)，鉆至終孔1768.26米仍能良好工作，故未更換，但在超載狀態(tài)下工作必須加強(qiáng)設(shè)備檢查維護(hù)。

鉆塔采用SGZ-18型四角管子直塔（見圖2），深孔施工須定期檢查鉆塔各構(gòu)件是否緊固。泥漿泵采用BW-250型泥漿泵，配玉柴YC1100M型單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該泵結(jié)構(gòu)緊湊、流量調(diào)節(jié)范圍大、性能好。

圖2 HXY-5型巖心鉆機(jī)及SGZ-18型鉆塔

3 沖洗液類型選用及配方

第四系覆蓋層段采用固相泥漿護(hù)壁，其它孔段采用高聚物沖洗液，強(qiáng)化沖洗液的潤(rùn)滑減阻能力。沖洗液配制時(shí)按“嚴(yán)格計(jì)量,分別溶解,依次加入,充分?jǐn)嚢琛钡脑瓌t進(jìn)行，視地層情況隨時(shí)調(diào)整沖洗液性能參數(shù)。

3.1 沖洗液性能要求

（1）良好的護(hù)壁性能：應(yīng)具有較強(qiáng)的造壁性，形成高質(zhì)量的泥皮，與孔壁產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附、粘結(jié)作用，能有效維護(hù)破碎地層孔壁穩(wěn)定，對(duì)水敏性地層，有較低的濾失量、較強(qiáng)的抑制性，有利于水敏性地層的穩(wěn)定。

（2）有良好的潤(rùn)滑性能：沖洗液粘附系數(shù)要小，這樣能有效降低摩擦阻力，減小回轉(zhuǎn)阻力，防止產(chǎn)生粘附卡鉆等，而且能延長(zhǎng)鉆具壽命，減少動(dòng)力和材料消耗。

（3）具有良好的流變性能：在保證攜帶巖屑的情況下，盡可能保持低粘度和低切力，這對(duì)于防止鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢、降低環(huán)空壓力尤為重要，還能有效降低沖洗液的流動(dòng)阻力。

（4）具有較低固相或無(wú)固相。

（5）具有良好的堵漏性能：要求沖洗液堵漏速度快，效果好，能有效解決輕微及中等漏失問(wèn)題，減少灌注水泥漿堵漏等工序。

3.2 沖洗液配方

原定配方：清水+1.5%膨潤(rùn)土+0.25%純堿+0.4%改性天然植物膠+1.5%KDG泥頁(yè)巖抑制劑+0.2%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤(rùn)滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀，因該配方配制復(fù)雜，且固相含量較高，結(jié)合實(shí)際地層情況，改良配方如下：

（1）穩(wěn)定地層：清水+0.4%改性天然植物膠+0.4%XH潤(rùn)滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀。

（2）破碎地層：清水+0.6%改性天然植物膠+0.2%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤(rùn)滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀+0.6%速溶硅酸鈉。

（3）水敏地層：清水+0.6%改性天然植物膠+1.5%KDG泥頁(yè)巖抑制劑+0.3%烴乙基醚化淀粉+0.4%XH潤(rùn)滑劑+0.03%聚丙烯酸鉀+0.5%速溶硅酸鈉。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)使用注意事項(xiàng)

（1）必須將聚丙烯酸鉀、改性天然植物膠、羥乙基醚化淀粉加水充分?jǐn)噭?，浸泡水?小時(shí)以上。

（2）處理劑按先無(wú)機(jī)后有機(jī)及分散、增粘、潤(rùn)滑、絮凝的順序加入。

（3）發(fā)現(xiàn)沖洗液性能惡化時(shí)，要及時(shí)全部替換漿液。

3.4 沖洗液性能參數(shù)

按照上述配方配制的沖洗液性能良好，能有效護(hù)壁、潤(rùn)滑鉆具，實(shí)現(xiàn)了高效安全鉆進(jìn)，在破碎、水敏地層中測(cè)得沖洗液性能參數(shù)如表2表3所示。

表2 破碎地層沖洗液性能參數(shù)

表3 水敏地層沖洗液性能參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

深孔巖心鉆探存在諸多技術(shù)難題，隨著鉆探工作的不斷深入開展，出現(xiàn)的新情況會(huì)越來(lái)越多，技術(shù)難度會(huì)越來(lái)越大。本項(xiàng)目在鉆進(jìn)工藝采用、鉆探設(shè)備選型配備、護(hù)壁堵漏方面積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同類礦區(qū)的鉆探施工具有推廣應(yīng)用價(jià)值。