江西九江金鸡窝矿区ZKJ5—3孔钻探技术研究

2015-03-26刘光健李飞

地球 2015年3期

刘光健　李飞

[摘要]结合金鸡窝矿区ZKJ5-3孔钻探实践，总结了本矿区内钻孔结构设计、工艺参数采用以及钻遇特殊地层的经验。

[关键词]细粒粉末状钻探工艺取芯

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-188-1

1工程概况

九江金鸡窝深部详查为城门山铜矿的第三期工程。金鸡窝矿区属于长江中下游铁铜金成矿带，位于长江中下游之滨，距离庐山为十八公里，九瑞公路从其旁边经过，交通方便。受业主委托，承担钻孔ZKJ5-3的施工任务，该孔设计深度850米，终孔孔深796.75米，钻遇细粒粉末状含铜黄铁矿，取芯非常困难为本矿区施工难度最难孔之一。

2地层及主要钻探技术要求

2.1主要地层情况

钻遇地层依次为：（1）（Q4）第四纪含碎石亚粘土。（2）（P1m）含燧石结核灰岩、灰岩地层。（3）（γδπ）花岗闪长斑岩。（4）（P1q）含炭灰岩、炭质灰岩。（5）（γδπ）花岗闪长斑岩。（6）（C2h）灰岩、白云岩。（7）（CuPy）细粒粉末状含铜黄铁矿。（8）（D3w）石英砂岩。

2.2钻探技术要求

（1）倾角为90°，全孔取芯率不小于70%（矿心不小于80%）。厚大矿体内连续矿心采取率低于80%的连续长度不能超过3米。

（2）每一百米进行顶角测量及钻孔深度校正，全孔必须进行简易水文观测。

（3）该钻孔为探求332资源量钻孔要求终孔处测斜沿线偏距和偏线距不能超过10米。

3钻孔结构及钻进工艺

3.1钻孔结构设计

本矿区地质地层条件起伏较大，给钻孔结构设计带来一定的困难，结合现有的地质地层资料和采用的钻探工艺特点，综合考虑钻具级配的合理性。本钻孔结构设计如下：采用φ150mm硬质合金钻具开孔钻穿覆盖层，下入φ146mm开孔管，再采用φ133mm单管钻具钻穿花岗闪长斑岩地层，下入φ127mm套管，再采用φ112mm绳索取芯钻具揭穿第二层花岗闪长斑岩地层，下入φ108mm套管，换φ95mm绳索取芯钻具至终孔，φ75mm作为备用径预留。

3.2钻进工艺

3.2.1钻进参数

根据矿区岩石物理力学性能及可钻性等级，该孔钻头选用了八角硬质合金钻头、孕镶金刚石钻头、八角硬质合金钢丝钻头，胎体硬度为HRC5-10，粒度30-60目，浓度100%，钻头底唇面有锯齿形、齿轮形。在钻进矿层的过程中，为保证取芯率还采用了金刚石底喷钻头，取得了良好的效果。孔底钻进压力在钻进遂石结核灰岩地层时较高可达5KN，正常钻进一般维持在2-4KN之间。转速一般维持在500r/min，在破碎带中钻进，视情况适当的降低钻压和转速。

3.2.2护壁及堵漏措施

ZKJ5-3号孔灰岩地层受花岗岩侵入形成的斑岩影响，在钻进过程中易产生垮塌、掉块，引发埋钻、卡钻事故。为保证钻探施工的顺利进行采用了一系列的护壁及堵漏措施。

（1）泥浆护壁：钻遇花岗闪长斑岩地层时泥浆配比为水+纯碱+膨润土+CMC+植物胶+聚丙烯酰胺+润滑剂等。

（2）水泥封孔护壁：钻遇该层时，先通过泥封孔护壁保证正常钻进，通过该地层，钻至稳定地层后灌入水灰比为0.5的水泥浆，待凝固8小时，扫孔继续钻进。

（3）套管护壁堵漏：孔深287.85米遇溶洞深5.57米，直接下入套管隔离溶洞。钻进至孔深771.18米时，虽未穿过细粒粉末状含铜黄铁矿层，但为避免孔内事故，下入套管。

以上措施的实施是保证了孔顺利完工。

4钻进技术难点

本钻孔的主要技术难点在于细粒粉末状含铜黄铁矿层的取芯，该矿层从孔深765.96米-779.53米孔段，处于黄龙组和王通组之间。造成取芯困难的原因主要有：（1）矿层为细粒粉末状含铜黄铁矿，钻进过程中不能采用泥浆冲洗液。（2）在钻探过程地层应力平衡被打破，此时受地应力的影响，缩径较为严重，易抱死钻具。（3）该地层属于水敏性地层，遇水膨胀，使得钻孔缩径加剧。（4）在钻具提升过程中产生抽吸现象，使得孔壁非常不稳定，易使钻孔垮塌，发生埋钻事故。（5）在矿层中钻进产生大量的含铜黄铁矿岩粉，其比重较重，由泥浆携带出孔内较为困难，待停钻将有大量矿石岩粉沉淀，造成钻具抱死。

如何在如此复杂的地层中钻进取芯是本钻孔的最主要的难点，通过对上述原因分析，采取了以下措施保证取芯钻进。

（1）钻进工艺：绳索取芯钻进为满眼钻进，抽吸作用最强，故将绳索取芯钻进工艺跟换为硬质合金单管钻具及单动双管的普钻，并加取粉管，以保持孔底干净。

（2）钻头：采用金刚石底喷钻头及硬质合金钢丝钻头，对比两种钻头的优劣，最终选择硬质合金钢丝钻头作为主要取芯钻头。

（3）泥浆：为平衡地应力的影响，加重泥浆比重，并改变泥浆的流变性能。为减少水对地层的影响，对泥浆的失水率进行严格的控制，将地层的水敏膨胀作用降到最低水平。

（4）套管：在孔深771.18米处，下一层技术套管，保证孔内安全。

（5）水泥封孔：钻进至孔深779.53米处，地层较完整，在原有孔段多次扫孔钻进，并伴随着大泵量长时间冲孔，从而在孔深771.18米至779.53米处形成大肚子，再灌入水泥浆封孔，扫孔后形成水泥石护壁。

在充分分析孔内地质地层的情况下，采取了上述5项措施，改变钻进工艺保证取芯率，同时在泥浆、套管、水泥封孔等措施的保护下，保持了钻孔孔壁的稳定，最终本孔矿层段的取芯率在90%以上。

5经验与体会

（1）结合自身及作业场地环境的特点，严格按照钻探标准化施工，保证不打野钻，大大的提高了单位形象，树立了钻探品牌。

（2）在钻孔结构设计时，应预留备用径。本钻孔正是因为有备用径，在矿层钻进过程中下入一层技术套管，隔绝了大部分复杂地层，为穿过矿层奠定了良好的基础。

（3）扎实做好钻探基础工作，如机台基础的加固、钻机钻塔的定位与安装等，并严格按照钻探规程施工，本钻孔终孔孔斜顶角为：1.4°很好的满足了地质要求的沿线偏距和偏线距不超过10米。

（4）旋流振动除砂设备、中国地质装备总公司生产的SQ114/8型液压钳在施工过程中得到应用，为除砂设备在地质勘探中的应用能够起到良好的示范作用。