甘肅省白銀礦田深部及外圍銅多金屬礦鉆探工程施工探討

楊永春

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730900）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

北祁連加里東褶皺帶東段是研究區(qū)的分布所在，塔里木-中朝板塊與其北側(cè)為臨，南部連接華南古板塊，震旦系、寒武系中統(tǒng)、奧陶系以及志留系是區(qū)內(nèi)的主要地層出露，同時(shí)還發(fā)育第三系和侏羅系，與白堊系、第三系及第四系。構(gòu)造在區(qū)內(nèi)非常發(fā)育，有著清晰的線性構(gòu)造特征，斷裂構(gòu)造比較突出，為區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)提供動(dòng)源，發(fā)育褶皺構(gòu)造與火山構(gòu)造，廣泛發(fā)育礦床點(diǎn)，是祁連山地區(qū)多金屬成礦帶重要組成部分，成礦地質(zhì)背景具有中大型礦床基礎(chǔ)條件。

2 工區(qū)鉆探施工技術(shù)條件

（1）地質(zhì)條件。2013年～2016年針對(duì)巖礦田四方山、火焰山、銅廠溝以及拉排溝、銅廠溝等等礦區(qū)開展鉆孔61個(gè)，深度在800m～1600m，整體上巖石較為堅(jiān)硬，有的礦區(qū)由于采礦、放炮等方面的影響，非常發(fā)育斷裂裂隙，存在嚴(yán)重的破碎，鉆孔漏失情況比較突出，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用套管封堵或者沖洗液進(jìn)行封堵，施工難度較大[1]。

（2）技術(shù)條件。該項(xiàng)目轉(zhuǎn)孔設(shè)計(jì)800m～1600m的深度，轉(zhuǎn)孔為87°傾角，施工的技術(shù)要求，每間隔50m測(cè)一次方位角以及頂角，每100m頂腳彎曲系數(shù)漂3°，達(dá)70%的巖心采取率，回次80%，平均80%，礦心采取率平均80%，回次85%，每100m驗(yàn)證一下井深，誤差應(yīng)當(dāng)控制在正負(fù)1‰范圍大小，將側(cè)方位角與頂角加在進(jìn)礦出礦位置，同時(shí)驗(yàn)證井深，并對(duì)巖心鉆探相關(guān)要求進(jìn)行驗(yàn)證。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)

結(jié)合礦區(qū)鉆孔施工的地層以及深度，并對(duì)過去轉(zhuǎn)孔施工過程當(dāng)中遇到的問題進(jìn)行分析總結(jié)，開孔過程當(dāng)中運(yùn)用合金鉆頭（Φ130mm），在25m左右將127套管；完整層鉆進(jìn)過程當(dāng)中利用金剛石單管鉆頭和Φ110mm合金鉆頭，將108套管下入其中；對(duì)Φ96mm口徑金剛石鉆頭進(jìn)行更換鉆探到350m左右，將89套管下入其中；利用75口徑金剛石鉆頭直至終孔。運(yùn)用Φ150mm合金鉆頭對(duì)復(fù)雜地層條件下1200m鉆孔進(jìn)行開孔，將覆蓋層鉆穿，之后將Φ146mm套管下入；利用Φ122mm口徑金剛石鉆頭完成完整成鉆進(jìn)工作，之后將Φ108mm套管下入其中；選擇利用Φ96mm口徑金剛石鉆頭對(duì)300m～600m深度進(jìn)行鉆進(jìn)，對(duì)于75口徑金剛石鉆頭進(jìn)行更換直至鉆進(jìn)至終孔[2]。具體結(jié)構(gòu)參見下圖。

圖1 Φ150mm 合金鉆頭開孔鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 ∮ 130 合金鉆頭開孔鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

4 鉆進(jìn)方法

使用Ф130mm或Ф150mm大八角合金（或復(fù)合片）鉆頭開孔，黃土層和分化層至基巖層。更換Φ110mm合金或金剛石單管鉆頭鉆進(jìn)至完整層，更換Φ91mm口徑金剛石鉆頭鉆進(jìn)至300m～400m（具體視鉆機(jī)型號(hào)和地層而定，最多可達(dá)600m），更換75口徑金剛石鉆頭鉆至終孔。

5 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

采用300kg～1300kg的鉆壓，根據(jù)50～200r/min控制鉆進(jìn)速度，并采用50～180L/min的泵量，結(jié)合孔壁是否穩(wěn)定以及巖粉排出情況，確定泵量取值，不穩(wěn)定的分化成較為松散的，或者第三系分化層，主要運(yùn)用小泵量，以免對(duì)孔壁造成沖塌，該礦鉆探過程當(dāng)中，運(yùn)用150泥漿泵，32～38L/min的一檔泵量，確保與地層要求相符合。

6 沖洗液

（1）低固相泥漿。運(yùn)用低固相泥漿開孔將黃土層以及分化成鉆穿，并將水敏地層以及破碎成鉆穿實(shí)際配比情況如下。

表1 低固相泥漿的配比表

各機(jī)臺(tái)配比現(xiàn)場(chǎng)泥漿過程當(dāng)中，充分考慮實(shí)際情況，對(duì)于各種泥漿材料配比科學(xué)的調(diào)整，確保與以上條件相符合，科學(xué)合理的配比泥漿提高其性能。

（2）無固相泥漿配比。

表3 無固相泥漿配比表

配置過程當(dāng)中，首先將0.1%～0.4%CMC加入到清水當(dāng)中，然后將純堿適量的加入其中，對(duì)ph值進(jìn)行調(diào)節(jié)，均勻的開展攪拌，使溶液更加均勻，然后將腐殖酸鉀（0.1%～0.3%）加入其中，并將XH粉狀潤(rùn)滑減阻劑（0.2%～0.4%）加入其中，充分的進(jìn)行攪拌，使其達(dá)到以下性能。

表4 泥漿性能相關(guān)數(shù)值

（3）泥漿性能與維護(hù)工作。各個(gè)機(jī)臺(tái)分配專門人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)泥漿，做好相應(yīng)的調(diào)試與維護(hù)工作，在較好的地層條件下，對(duì)于泥漿性能每個(gè)班開展兩次測(cè)試，對(duì)你將材料及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)充，較好地層可以將測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)降低，也可與實(shí)際情況充分結(jié)合，對(duì)性能指標(biāo)做出合理調(diào)整。連續(xù)破碎的地層，根據(jù)10ml/30min以下控制濾失量，一些漏失鉆孔，應(yīng)當(dāng)利用隨鉆堵漏方式保證堵漏效果，對(duì)于泥漿漏失量認(rèn)真的進(jìn)行檢查，并對(duì)你餅質(zhì)量進(jìn)行檢查。

7 護(hù)壁與堵漏

（1）套管護(hù)孔。運(yùn)用三級(jí)套管護(hù)壁，主要包括井口管、次級(jí)套管以及Ф89套管，井口管應(yīng)當(dāng)下到25m左右，次級(jí)套管在50m左右，Ф89套管應(yīng)當(dāng)在350m左右。

（2）堵漏方法。①堵漏劑堵漏。運(yùn)用堵漏劑對(duì)一般地層裂隙進(jìn)行堵漏，根據(jù)相關(guān)說明與使用條件，對(duì)堵漏液進(jìn)行配置。②灌水泥堵漏。存在嚴(yán)重漏失的，通過堵漏劑與有關(guān)堵漏材料，難以發(fā)揮堵漏作用的，可以通過水泥灌入進(jìn)行堵漏。

8 孔內(nèi)事故預(yù)防措施

（1）防燒鉆。對(duì)于鉆探情況嚴(yán)密觀察，有異常發(fā)現(xiàn)時(shí)，將鉆具及時(shí)頂起，并對(duì)原因認(rèn)真查找，在較高轉(zhuǎn)速下，對(duì)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)壓合理控制，提高泵量，保證泥漿排粉效果與排熱效果。起鉆或者下鉆過程當(dāng)中要對(duì)鉆具認(rèn)真的進(jìn)行檢查，是否存在絲扣磨損和裂紋存在，如果有隱患存在的及時(shí)進(jìn)行更換。

（2）防打單管。①內(nèi)管到位之后才可開展鉆進(jìn)工作。投放內(nèi)管之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)彈卡板以及彈簧性能認(rèn)真的開展檢查工作，如果有隱患存在，及時(shí)更換。②內(nèi)管投放過程當(dāng)中，巖粉沉淀不能太多，是否有巖心殘留。③對(duì)內(nèi)管單動(dòng)軸承進(jìn)行檢查，保證其性能。④保證彈卡板能夠有效定位。

（3）防巖心脫落。①卡簧和卡簧座有的較好的間隙。②鉆具提升與打撈時(shí)避免對(duì)鉆具及內(nèi)管造成嚴(yán)重碰撞。③鉆進(jìn)完整硬巖石地層過程當(dāng)中，采心時(shí)要保證鉆頭能夠?qū)r心切斷，選擇新的卡簧。

（4）防巖心堵塞。①鉆進(jìn)破碎成過程當(dāng)中，不能隨意的對(duì)鉆具進(jìn)行提動(dòng)，倒桿過程當(dāng)中不可把鉆具提離孔底，鉆進(jìn)過程當(dāng)中，不應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)隨意的進(jìn)行調(diào)整。②運(yùn)用側(cè)噴式鉆頭或者底噴式鉆頭。③確?？ɑ士ɑ珊涂ɑ勺兄己玫乃删o度。④防繩索取心其他事故措施：a.內(nèi)管投放過程當(dāng)中，對(duì)開口銷開口方向認(rèn)真檢查，保證沒有斷裂或者出露。b.對(duì)于懸掛環(huán)以及座環(huán)磨損情況認(rèn)真的開展檢查工作。c.150m鉆進(jìn)深度時(shí)，內(nèi)管投放過程當(dāng)中必須要引起足夠的重視，直孔桿孔段應(yīng)當(dāng)在20m以內(nèi)，斜孔的應(yīng)當(dāng)在30m以內(nèi)。

（5）防鉆桿內(nèi)結(jié)泥皮。①運(yùn)用無固相沖洗液，保證孔壁穩(wěn)定性。②鉆進(jìn)破碎地層時(shí)，對(duì)泥漿性能有效提高，如果有結(jié)泥皮情況將轉(zhuǎn)進(jìn)速度有效降低。

（6）防不穩(wěn)定或破碎層的掉塊。①在對(duì)巖心管兒進(jìn)行打撈過程當(dāng)中，提升速度應(yīng)當(dāng)為一檔，避免由于抽吸因素影響，破壞孔壁，引發(fā)掉塊卡鉆。②提鉆過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將內(nèi)管先打撈出，之后對(duì)鉆桿進(jìn)行提升。

（7）防鉆頭拉槽事故。①在易出現(xiàn)拉槽的粗粒石英砂巖地層或有易剝離硬巖顆粒的地層鉆進(jìn)，應(yīng)提高泥漿粘度和沖洗能力，并適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)過程中不要隨意提動(dòng)鉆具或調(diào)速調(diào)壓。②應(yīng)確?？變?nèi)清潔，尤其要防止在有掉入合金、保強(qiáng)聚晶等金屬物時(shí)直接采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)。

（8）防巖粉埋鉆或卡鉆措施。①轉(zhuǎn)速較高過程中，應(yīng)當(dāng)將泥漿性能參數(shù)有效提高，并增強(qiáng)泵量，對(duì)鉆壓、轉(zhuǎn)速合理控制。②巖心打撈必須要在停鉆之后，或者內(nèi)管放入之后進(jìn)行，將沖孔時(shí)間有效延長(zhǎng)。③巖粉在孔內(nèi)較多時(shí)，內(nèi)管投放之前，首先開展沖孔工作，然后再將內(nèi)管投放其中。④如果巖粉在孔內(nèi)量較多，由于事故停泵的，必須提鉆具，使其離孔底5m以上。

9 完成鉆探工作情況

甘肅省白銀礦田深部于外圍銅礦普查項(xiàng)目鉆探施工過程當(dāng)中，共對(duì)61個(gè)鉆孔高效完成，達(dá)到100%的合格率，總計(jì)74126.08m工作量，每臺(tái)月效率在433.49m，最高臺(tái)月效率達(dá)到600.32m，中孔最深的沒1700m，鉆頭每個(gè)平均達(dá)到350m的壽命，除個(gè)別外，鉆具具有較好的應(yīng)用，通常每種孔徑能夠配合兩套鉆具進(jìn)行應(yīng)用，鉆桿磨損程度大幅增強(qiáng)。