黃婆巖礦區(qū)ZKH2901-1定向分支孔鉆探設(shè)計(jì)與施工

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局贛西北大隊(duì)，江西 九江 332000）

1 概述

（1）礦區(qū)概況。黃婆巖礦區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)礦區(qū)）位于江西省瑞昌市城區(qū)西北向直距約15km處，屬瑞昌市流莊鄉(xiāng)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)115°34′21.18″～115°35′36.55″，北緯29°47′32.20″～29°48′37.93″。礦區(qū)面積約1.13km2。

（2）礦區(qū)地層與地質(zhì)設(shè)計(jì)。①礦區(qū)地層。本區(qū)內(nèi)沉積蓋層發(fā)育，未見(jiàn)褶皺基底，出露地層為奧陶系至三疊系、古近系和第四系，缺失侏羅系、白堊系。地層沿北東和北東東方向帶狀分布。奧陶系由白云巖、頁(yè)巖、灰?guī)r構(gòu)成，分布于仙姑臺(tái)—銅嶺—柯家山一帶；志留系出露了中、下統(tǒng)，為一套淺海相砂頁(yè)巖，分布于寶山—大橋背斜兩翼和郎君山—丁家山背斜核部；泥盆系僅見(jiàn)上統(tǒng)五通組，為一套灰白色厚層狀含礫石英砂巖、砂礫巖，屬陸相碎屑巖建造，分布在背向斜交接部位；石炭系至三迭系上統(tǒng)（石炭系缺下統(tǒng)）主要為碳酸鹽類(lèi)巖石，分布范圍較廣，屬淺海相碳酸鹽巖建造；古近系零星分布于桂林橋、丁家山一帶，屬河湖相紅色砂礫碎屑巖建造；第四系廣泛分布于江湖平原區(qū)，屬河湖相礫、砂、泥質(zhì)碎屑建造。②地質(zhì)設(shè)計(jì)。主孔ZKH2901，終孔孔深1518.29m，主要目的是在走向上追索已知銅礦體的延伸情況，探索巖體與灰?guī)r接觸帶矽卡巖型銅礦的變化情況，鉆孔見(jiàn)及的主要巖性有：大理巖化灰?guī)r、大理巖、燧石結(jié)核灰?guī)r、含方解石脈大理巖化灰?guī)r、矽卡巖化大理巖、矽卡巖、蝕變泥巖、含角巖化條帶大理巖化灰?guī)r、角礫巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖。該孔黃銅礦化較好且常見(jiàn)，按照≥0.1%品位圈定銅礦化體，厚度1.90m～23.00m，共見(jiàn)16段礦化體，累計(jì)達(dá)96.50m。分支孔ZKH2901-1，主要目的是在走向上追索已知銅礦體的延伸情況，探索巖體與灰?guī)r接觸帶矽卡巖型銅礦的變化情況。由于礦體陡峭，采用傳統(tǒng)斜孔鉆探需要超過(guò)25°以上的大頂角開(kāi)孔且鉆孔孔深超過(guò)1700m，造成施工費(fèi)用及難度極大。為了解決主要問(wèn)題，我們考慮到應(yīng)用螺桿定向鉆探施工技術(shù)，利用原施工的ZKH2901孔作為主孔進(jìn)行鉆孔分支。

2 鉆孔設(shè)計(jì)

2.1 選擇造斜起始點(diǎn)以及造斜強(qiáng)度

造斜位置選擇地層相對(duì)穩(wěn)定為原則，盡量避免孔內(nèi)事故隱患，且造型強(qiáng)度易把控，根據(jù)主孔巖心情況，我們選擇550m的地方作為造斜起始點(diǎn)。造斜強(qiáng)度設(shè)定0.25度/米。

2.2 分支孔軌跡設(shè)計(jì)

開(kāi)孔坐標(biāo)X：3299673.000m，Y：39363307.000m，Z：132.000m；靶點(diǎn)坐標(biāo)X：3299972.000m，Y：39363226.000m，Z：-1100.000m。

ZKH2901定向設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果（均角全距法）：造斜強(qiáng)度：0.250度/米，造斜起點(diǎn)孔深：550.0m。穩(wěn)斜段長(zhǎng)度：646.243m；造斜段長(zhǎng)度：106.408m。造斜段終點(diǎn)頂角：26.318度；造斜段終點(diǎn)方位角：19.109度。造斜段全彎曲角：26.602度，安裝角：198.913度，中靶孔深：1302.652m。

3 定向分支孔實(shí)施

3.1 鉆探設(shè)備、工器具及定向造型器具選擇

本次螺桿定向鉆探設(shè)備、工器具及定向造型器具主要有：XY-6N型鉆機(jī)及鉆塔；BW-250型泥漿泵；S75繩索取芯鉆桿、φ73×3無(wú)磁鉆桿，LHE2000型隨鉆測(cè)斜定向儀；絞車(chē)及電纜，65型4LZ-65-1°、55型4LZ-55-3-1°螺桿鉆具，造斜鉆頭等。

3.2 鉆前準(zhǔn)備

①人造孔底。分支孔分叉點(diǎn)鉆進(jìn)，必須“架橋”。為使導(dǎo)斜鉆進(jìn)容易成功，盡量與周?chē)鷰r石強(qiáng)隊(duì)相當(dāng)，水泥選用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5。建造水泥橋工藝過(guò)程如下：將木塞下到580m位置（造型點(diǎn)位置在550m）按灌注100m左右水泥橋高度準(zhǔn)備好水泥量配好水泥漿，采用泵送經(jīng)鉆桿灌入孔內(nèi)。24小時(shí)候開(kāi)始掃孔取樣，確認(rèn)凝固良好，掃孔至分叉點(diǎn)550m位置。②造型鉆進(jìn)前準(zhǔn)備注意事項(xiàng)。下入螺桿鉆前，必須確認(rèn)孔內(nèi)干凈、無(wú)殘留物，否則必須專(zhuān)門(mén)下鉆沖、撈或磨滅；清理循環(huán)系統(tǒng)，更換新鮮沖洗液；檢查高壓管線密封和聯(lián)接，檢查泥漿泵工作性能及泵壓表準(zhǔn)確性和靈敏度；組裝螺桿鉆，記錄工具裝合差；在地表試對(duì)螺桿鉆進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，記錄泥漿泵的排量、壓力和螺桿鉆的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；下鉆時(shí)逐根檢查鉆桿內(nèi)的清潔和暢通情況，防止定向儀不入鍵或螺桿鉆轉(zhuǎn)子卡死；孔深和鉆桿數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確以免誤判斷或誤操作，選擇單根配置合適的機(jī)上余尺；將鉆具下到離孔底0.1m～0.2m的位置稱(chēng)重；將泵量調(diào)至螺桿鉆鉆進(jìn)所需檔位，開(kāi)泵對(duì)螺桿鉆進(jìn)行孔內(nèi)試運(yùn)轉(zhuǎn)，再稱(chēng)重并做記錄，同時(shí)記錄泥漿泵排量和壓力；對(duì)螺桿鉆孔內(nèi)定向(定向操作事項(xiàng)下節(jié)敘述)，定向畢對(duì)鉆柱進(jìn)行回轉(zhuǎn)制動(dòng)；為保險(xiǎn)起見(jiàn)，定向畢應(yīng)在主動(dòng)鉆桿上做醒目標(biāo)記，以便鉆進(jìn)時(shí)可對(duì)照地表固定參照物隨時(shí)觀察標(biāo)記的位置是否發(fā)生變化。

3.3 造型鉆進(jìn)

因?yàn)橹骺资侵笨?，無(wú)法定方位，為了盡快在一個(gè)造型回次造出新孔，采用造型強(qiáng)隊(duì)較大的1°55型造型螺桿鉆具，下鉆至預(yù)定位置選用任意方向進(jìn)行造型。當(dāng)頂角達(dá)到3°以上即開(kāi)始按預(yù)定方位定向造型。2015年3月5日開(kāi)始初次造型，造斜長(zhǎng)度12.5m，造型后測(cè)量結(jié)果：頂角5.5°、方位角341°。穩(wěn)斜后第二次鉆進(jìn)采用定向鉆進(jìn)。

安裝角的確定：用螺桿鉆進(jìn)行定向造型時(shí)，除了要正確選擇有一定角度的彎頭還必須去頂她們?cè)诳變?nèi)的安裝角，才能使鉆孔達(dá)到預(yù)定造斜要求。在施工過(guò)程中，由于地層改變及工藝技術(shù)的變化，孔身軌跡很難按原設(shè)計(jì)的軌跡延伸，所以每一個(gè)造斜回次結(jié)束后，都應(yīng)根據(jù)鉆孔測(cè)量的結(jié)果來(lái)確定系一造斜回次的造斜安裝角。本次造斜既改變頂角又改變鉆孔方位角，采用全彎曲角γ計(jì)算γ=i＊l。關(guān)于反扭角：造斜鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)鉆桿承受螺桿鉆工作時(shí)產(chǎn)生的反扭矩，反扭矩將使鉆桿產(chǎn)生一個(gè)反扭角。如何確定反扭角是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，目前還沒(méi)有一個(gè)完全符合實(shí)際的理論公式。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)在孔深500m～600m，反扭角大致為10°～20°，故初次定向鉆進(jìn)反扭角選15°，后面回次根據(jù)測(cè)量情況做適當(dāng)調(diào)整。

3.4 螺桿鉆具的啟動(dòng)與鉆進(jìn)

①螺桿鉆具啟動(dòng)前必須確保鉆頭離井底0.3m～0.6m以上，開(kāi)動(dòng)鉆井泵并記下立桿壓力表讀數(shù)，與計(jì)算的壓力值對(duì)比一下，如果超過(guò)水力計(jì)算的壓力數(shù)值也是正常的，這可能是鉆頭側(cè)鉆引起的。如果側(cè)鉆造成壓力升高的因素已掃除，循環(huán)壓力仍高于計(jì)算值，則可能是鉆頭水眼被堵或轉(zhuǎn)動(dòng)軸被卡死，如果是這樣，此時(shí)循環(huán)壓力要比計(jì)算壓力高得多。②鉆頭提離井底時(shí)，如果循環(huán)壓力低于計(jì)算值，可能是旁通閥處于“開(kāi)位”或鉆桿損壞、井漏等造成的。③首先開(kāi)泵清理井底：尤其是打斜井，井底必須足夠“干凈”，因?yàn)榫锥逊e或沉淀的巖屑影響造斜。最好用正常的鉆井液循環(huán)清理，清理時(shí)也可慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具或鉆具分次轉(zhuǎn)動(dòng)（每次轉(zhuǎn)動(dòng)30°～40°），依次地把堆在井底的物體清理干凈。④清理干凈后，再把鉆具上提0.3m～0.6m，校對(duì)并記錄泵壓值，重新下入井底并慢慢施加鉆壓，馬達(dá)壓降增加，馬達(dá)扭矩與立桿壓力表壓值隨之升高，這個(gè)升高的壓力值應(yīng)符合各型號(hào)鉆具規(guī)定的馬達(dá)壓降值，此壓力表增大的數(shù)值反映了馬達(dá)的負(fù)載是否正常，也反映鉆壓加的是否合適。因?yàn)榇蜚@泵壓=循環(huán)泵壓十馬達(dá)負(fù)載壓降，司鉆只要合理施加鉆壓，把立桿壓力表讀數(shù)限制在所選鉆具推薦范圍內(nèi)就可以了。在鉆壓的選擇上應(yīng)當(dāng)注意，相同規(guī)格的螺桿鉆具在與牙輪鉆頭和PDC鉆頭配合使用時(shí)的額定鉆壓是不同的，一般使用PDC鉆頭的鉆壓較小。但無(wú)論使用什么樣的鉆頭都要以進(jìn)尺率為依據(jù)，做到均勻送鉆，進(jìn)尺慢時(shí)，徒勞地加大鉆壓只會(huì)使螺桿鉆具過(guò)早地?fù)p壞。

4 工作成果

（1）螺桿造斜成果。本次造斜由于受地層影響，且造斜段大，在易坍塌地層造斜施工困難需要反復(fù)護(hù)壁，需要多次采樣水泥固孔及泥漿護(hù)壁，影響了施工進(jìn)度。具體造斜情況及中靶情況如表。根據(jù)測(cè)斜計(jì)算，分支孔在靶區(qū)范圍內(nèi)滿(mǎn)足了地質(zhì)要求。

表1 ZKH2901-1分支孔施工終孔測(cè)量數(shù)據(jù)

（2）地質(zhì)成果。主要目的是在走向上追索已知銅礦體的延伸情況，探索巖體與灰?guī)r接觸帶矽卡巖型銅礦的變化情況，鉆孔見(jiàn)及的主要巖性有：大理巖、碎裂巖、角礫巖、含燧石大理巖、蝕變泥巖、含方解石脈大理巖、矽卡巖化大理巖化灰?guī)r、含石英脈大理巖化灰?guī)r、含方解石脈大理巖化灰?guī)r、花崗閃長(zhǎng)斑巖、含燧石大理巖化灰?guī)r、大理巖化灰?guī)r等。該孔見(jiàn)一層花崗閃長(zhǎng)斑巖，視厚14.90m，位置在659.78m～674.68m處。全孔巖石蝕變強(qiáng)烈，總體上強(qiáng)下弱，主要是大理巖化。

（3）經(jīng)濟(jì)效益。本次螺桿定向鉆探施工的完成，節(jié)約了450m鉆探工作量，節(jié)省勘探投資50萬(wàn)元并且少修了一個(gè)鉆探施工場(chǎng)地和運(yùn)輸?shù)缆?，避免了山林的破壞?/p>

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)以黃婆巖ZKH2901-1定向分支孔的鉆探實(shí)施取得如下經(jīng)驗(yàn)和結(jié)論：糾偏成功與否，定向一定要準(zhǔn)。要確保定向楔正常，理論上每次定向坐鍵工具面只可能出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字，數(shù)字大小在2度左右變化都是正常情況。定向楔有問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)兩組數(shù)字，大約相差180度，選錯(cuò)數(shù)字定向就會(huì)反向。穩(wěn)斜段一定要用短鉆具。短鉆具可以使鉆孔軌跡沿著糾偏方向走。而不至于出現(xiàn)穩(wěn)斜方位變大的情況。同徑造斜，造斜強(qiáng)度較小。從數(shù)據(jù)反映來(lái)看，變化率較小。有時(shí)2m～3m數(shù)據(jù)都不變。沒(méi)有小口徑造斜直觀，明顯。建議盡量使用小一級(jí)口徑造斜。