小角度傾角鉆探工藝在復(fù)雜地層上的應(yīng)用

杜亮

摘? ? 要：本文以內(nèi)蒙古烏拉特中旗浩堯爾忽洞金礦項(xiàng)目為例，就鉆探工作進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，介紹了在此項(xiàng)目上的復(fù)雜地層條件和傾角角度小的鉆探工藝應(yīng)用。由于此項(xiàng)目天氣條件惡劣，地形復(fù)雜，傾角角度小，施工周期短及施工條件困難，給鉆探組織和施工帶來(lái)更高的要求。

關(guān)鍵詞：小角度;鉆探;復(fù)制地層

1? 施工概述

施工地質(zhì)條件，所施工的地層為中元古界白云鄂博群比魯特巖組，地層總厚度2500m，出露在礦區(qū)中部，是該區(qū)金礦化的主要賦礦層位。主要由碳質(zhì)變質(zhì)粉砂巖、碳質(zhì)千枚巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖組成，礦石硬度：片巖、板巖f=2～10、 砂巖f=8～16，礦體上、下盤見(jiàn)成礦后期構(gòu)造破碎帶，寬2-8m左右。環(huán)境條件：所有設(shè)計(jì)鉆孔均在開(kāi)采礦坑南北兩側(cè)，地勢(shì)較平緩，北部三個(gè)鉆孔布置在廢石堆上厚度30m～50m不等。施工孔深在720m～1050m之間，傾角都在49°～53°之間，屬于小角度深部鉆孔。針對(duì)本工程硬、脆、碎的復(fù)雜地層及開(kāi)孔傾角角度太小的難度和特點(diǎn)，制定了鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)策，對(duì)孔內(nèi)事故問(wèn)題，有針對(duì)性地提出了解決辦法。

2? 鉆探技術(shù)應(yīng)用

以XY-44T型和XY-6B型為主，BW250型泥漿泵，采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)，低固相泥漿。

2.1? 施工工藝流程

為了保證鉆探施工工期和鉆探施工質(zhì)量，鉆探施工全部采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝技術(shù)。

2.2? 施工工藝

2.2.1? 鉆孔結(jié)構(gòu)

由于部分鉆孔深度超過(guò)1000m，屬于深孔鉆進(jìn)，因此在鉆孔結(jié)構(gòu)選擇上必須充分考慮可能發(fā)生的孔內(nèi)情況，留有余地，做到“富裕無(wú)患”。在保證鉆孔正常施工的前提下盡量簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)。淺部-中深部鉆探（<1000m）開(kāi)孔孔徑一般為φ110mm開(kāi)孔，對(duì)個(gè)別大于1000m的鉆孔或排土場(chǎng)的鉆孔，可φ127mm開(kāi)孔，鉆進(jìn)至完整基巖層下好井口套管做好止水工作后，先換用φ95mm金剛石孕鑲鉆頭鉆進(jìn)一段后下φ89mm套管，再換用φ75mm繩索取芯金剛石鉆頭鉆進(jìn)。根據(jù)鉆孔是否穿越破碎、嚴(yán)重漏失等施工復(fù)雜地段，考慮是否下φ108mm、φ89mm的多層技術(shù)套管長(zhǎng)度，最終換用φ75mm口徑的鉆頭一直到終孔。個(gè)別復(fù)雜鉆孔經(jīng)請(qǐng)示后，可換用φ60mm終孔。

2.2.2? 鉆頭的選擇

根據(jù)該施工區(qū)巖石硬度及研磨性和以往施工方面的一些經(jīng)驗(yàn)，擬全部選用人造孕鑲金剛石鉆頭。其直徑φ110mm、φ95mm、φ75mm。為了保證巖心采取質(zhì)量，重點(diǎn)對(duì)主打鉆頭φ75mm選型。其主打鉆頭選型見(jiàn)表1。

2.2.3? 鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭類型、鉆進(jìn)深度、沖洗液類型綜合確定鉆進(jìn)參數(shù)。鉆進(jìn)參數(shù)表見(jiàn)表2。

2.3? 泥漿

施工現(xiàn)場(chǎng)使用低固相泥漿。 分布在排土場(chǎng)的鉆孔內(nèi)，由于排土場(chǎng)厚度20m～40m不等，必須使用固相泥漿或泥球，需準(zhǔn)備的主要材料：膨潤(rùn)土、聚丙烯酸鉀、鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）、純堿、防塌劑、潤(rùn)滑劑（比如腐植酸鉀、腐植酸鈉、氯化鉀（KCI）、液體磺化瀝青、皂油等）。

（1）泥漿配方：低固相泥漿的配方，清水（H2O）+膨潤(rùn)土+鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）+燒堿（NaOH）。

（2）泥漿性能要求：低固相泥漿：比重≤1.07;粘度 20s～24s;pH值9～11;含砂量<0.5%。失水量15mL/30min。

3? 鉆具組合

鉆具的選擇和組合是提高鉆孔質(zhì)量、確保巖芯采取率和提高鉆探效益的極為重要的一環(huán)。根據(jù)該區(qū)地質(zhì)情況和構(gòu)造特點(diǎn)，主要選用S75系列繩索鉆具，其組合為：立軸+專用接頭+繩索母接手+繩索鉆桿+繩索公接手+彈卡擋頭+彈卡室+上擴(kuò)孔器+繩索外管+下擴(kuò)孔器+金剛石鉆頭。內(nèi)管組合：內(nèi)鉆頭+巖心管+內(nèi)管總成。對(duì)易彎地層，我單位備有自己的專利產(chǎn)品，半周期自修正防彎鉆具（XBZX）。

4? 泥漿的維護(hù)與管理

4.1? 泥漿的凈化

按規(guī)范擺設(shè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)。要求循環(huán)槽長(zhǎng)度不得短于12m，寬度不得低于300mm，高度不得低于200mm。循環(huán)槽內(nèi)每間隔1.5-2m設(shè)1擋板，以便于沉砂;循環(huán)槽安裝坡度應(yīng)為1/100。循環(huán)沉淀池不得少于2個(gè)。

4.2? 泥漿的管理

（1）鉆機(jī)每小班應(yīng)指定一個(gè)人員兼管泥漿。（2）必須按規(guī)定的比例和要求調(diào)整泥漿，各種化學(xué)處理劑不得隨意亂加。（3）鉆進(jìn)過(guò)程中，每小班必須測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)泥漿性能指標(biāo)（粘度、比重、失水量、含砂量）一次，并記錄在班報(bào)上。當(dāng)泥漿性能發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整;現(xiàn)場(chǎng)泥漿測(cè)試工具應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)，用后清洗干凈并妥善保管。（4）鉆進(jìn)過(guò)程中，每班在打撈內(nèi)管時(shí)應(yīng)清理循環(huán)槽，每48小時(shí)應(yīng)清理沉淀池。（5）泥漿循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥漿池內(nèi)。

5? 設(shè)備的安裝及鉆場(chǎng)平面布置

設(shè)備安裝：（1）孔位地基應(yīng)平坦、穩(wěn)固、安全適用。鉆塔底部填方不得超過(guò)塔基面積的1/4。（2）進(jìn)行深孔鉆孔施工，基臺(tái)下部應(yīng)挖坑，并用混凝土墩進(jìn)行加固。（3）基臺(tái)、機(jī)械設(shè)備的安裝必須穩(wěn)固、水平、周正。鉆機(jī)立軸、天輪與孔口中心必須在同一直線上。（4）鉆場(chǎng)所有安全防護(hù)設(shè)施必須符合《地質(zhì)鉆探安全規(guī)程》的要求。

6? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本工程硬、脆、碎的復(fù)雜地層及開(kāi)孔傾角角度太小的難度和特點(diǎn)，解決了地層中鉆進(jìn)技術(shù)和難題。為在以后的鉆探工作提供了很好的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)。但在鉆進(jìn)過(guò)程中也存在著泥漿漏失嚴(yán)重、成本增加的問(wèn)題，今后應(yīng)該在鉆孔護(hù)壁堵漏與降低鉆探成本方面開(kāi)展更深入的試驗(yàn)和研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張麗，楊凱華.金剛石鉆頭鉆進(jìn)堅(jiān)硬致密弱研磨性巖層的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].金剛石與磨料磨具工程，2003（1）30～32.

[2] 李世忠.鉆探工藝學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1992.