繩索取芯技術(shù)在山陽某金礦的應(yīng)用

祁恩強(qiáng)，朱金軍，楊小兵

（1.西北有色地質(zhì)勘查局七一七總隊(duì)，陜西寶雞721004；2.西北有色地質(zhì)勘查局七一三總隊(duì)，陜西商洛726000）

繩索取芯技術(shù)在山陽某金礦的應(yīng)用

祁恩強(qiáng)*1，朱金軍1，楊小兵2

（1.西北有色地質(zhì)勘查局七一七總隊(duì)，陜西寶雞721004；2.西北有色地質(zhì)勘查局七一三總隊(duì)，陜西商洛726000）

針對(duì)金剛石繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)在山陽某金礦復(fù)雜破碎地層施工過程中，由于地層情況復(fù)雜，破碎帶發(fā)育，從而導(dǎo)致鉆進(jìn)效率低下、鉆探事故頻發(fā)等問題，結(jié)合當(dāng)前繩索取芯技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出優(yōu)化及預(yù)防和處理措施，特別是泥漿方面，減少了鉆探事故和提高了鉆進(jìn)效率。

山陽某金礦；復(fù)雜地層；優(yōu)化措施；護(hù)壁堵漏

1　地質(zhì)概況

1.1地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)位于秦巴（差異性）斷塊隆起區(qū)內(nèi)，同時(shí)處于南秦嶺印支褶皺帶內(nèi)，因此區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特別復(fù)雜，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北向斷裂。

1.2地層及巖性

該礦區(qū)此次鉆進(jìn)所遇地層上覆第四系（厚約10～20m）；上部某些區(qū)塊的地層中（＞18m）有一層含金石英脈，結(jié)構(gòu)較為松散，容易漏失。中部主要有白云母石英片巖夾有絹云母板巖（厚約40～199m），在施工時(shí)，在這一區(qū)段內(nèi)某些層位裂隙及孔隙極其發(fā)育造成較大的漏失，同時(shí)容易出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象從而可能會(huì)出現(xiàn)卡鉆的事故；下部地層主要含有泥質(zhì)及鈣質(zhì)板巖，裂隙發(fā)育，漏失現(xiàn)象依然會(huì)出現(xiàn)。整套基巖硬度中等、構(gòu)造發(fā)育、斷層蝕變帶發(fā)育、巖脈發(fā)育，進(jìn)行繩索取芯鉆進(jìn)有一定的難度。

礦區(qū)巖石刻鉆性3～8級(jí)，終孔口徑不得小于75mm。

1.3鉆探施工特點(diǎn)

從區(qū)內(nèi)地層、巖性、斷層、構(gòu)造等可以看出，對(duì)鉆進(jìn)施工來說，這種地層上部鉆進(jìn)效率較高；到中下部容易出現(xiàn)掉塊，且漏失嚴(yán)重，導(dǎo)致燒鉆、卡鉆等事故的發(fā)生，因此嚴(yán)重制約著鉆進(jìn)效率。

由此我們?cè)谠摰V區(qū)鉆進(jìn)施工中無論從鉆進(jìn)工藝選擇、鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆進(jìn)參數(shù)選擇還是沖洗液選型方面都必須采取“小心謹(jǐn)慎，預(yù)防為主”的原則。

2　鉆進(jìn)設(shè)備及工藝概況

2.1鉆進(jìn)設(shè)備

此次鉆進(jìn)施工的深度在200～400m之間，因此選用了XY-4型和XY-42T塔機(jī)一體型立軸鉆機(jī)，泥漿泵（BW-250）。

2.2鉆進(jìn)工藝概述

2.2.1施工工藝

此次鉆進(jìn)施工采取的鉆進(jìn)工藝為金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝，使用S75新型繩索取芯外加厚鉆桿鉆桿。鉆頭外徑加大到76mm，解決液流環(huán)狀間隙小、泵壓偏高的問題。

因該地區(qū)地表第四系覆蓋層較薄，通常開孔10m左右即為基巖，巖石硬度中等，故鉆孔結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。一般采用?130mm開孔，下入孔口管之后，換用?110mm鉆頭鉆進(jìn)至完整基巖后，下入?108mm套管，把?95mm口徑作為技術(shù)口徑備用，然后改用?76.5mm鉆頭鉆進(jìn)至終孔。

2.2.2泥漿工藝

為了防止繩索取芯鉆具內(nèi)管結(jié)垢堵塞管道，因此選用了低固相不分散鉆井液。

（1）鉆井液材料：廣譜護(hù)壁劑，600萬分子量聚丙烯酰胺（PHP）。

（2）鉆井液配方：0.6m3淡水+2kg廣譜護(hù)壁劑+ 0.15kg聚丙烯酰胺（PHP）。

隨地層性質(zhì)的變化配方會(huì)適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

（3）配置方法：先將護(hù)壁劑和清水一起放入攪拌池內(nèi)攪拌一段時(shí)間，同時(shí)在另外的一個(gè)攪拌桶內(nèi)放入聚丙酰胺持續(xù)攪拌約0.5h左右的時(shí)間，最后將聚丙烯酰胺溶解液加入攪拌池內(nèi)攪拌一段時(shí)間后，把鉆井液注入泥漿池內(nèi)。

（3）鉆井液性能：經(jīng)試驗(yàn)室測(cè)定該鉆井液性能如表1所示。

該礦區(qū)在使用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)施工過程中，由于對(duì)地層的判斷不清楚以及鉆進(jìn)工藝和鉆井液的配置不當(dāng)，從而產(chǎn)生了一些生產(chǎn)事故，嚴(yán)重影響到了此次鉆探施工的進(jìn)度，后來在泥漿等方面進(jìn)行改變，取得了較好的效果。

3　ZK18-1和ZK18-2鉆孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)地層以及地質(zhì)柱狀圖設(shè)計(jì)，對(duì)2孔進(jìn)行設(shè)計(jì)。參見圖1、圖2。

圖2　ZK18-2孔鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4　漏失原因及堵漏措施

漏失現(xiàn)象嚴(yán)重影響這繩索取芯鉆進(jìn)的鉆進(jìn)效率，如何才能有效地對(duì)出現(xiàn)的嚴(yán)重漏失現(xiàn)象進(jìn)行處理，是一個(gè)關(guān)乎整個(gè)鉆進(jìn)施工能否安全、快速、經(jīng)濟(jì)地完成作業(yè)的一個(gè)很重要的問題。

4.1ZK18-1和ZK18-2孔整孔漏失量記錄

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泥漿池各個(gè)時(shí)段的泥漿量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出2孔漏失量隨深度變化圖。如圖3和圖4所示。

從泥漿漏失圖中可以看出，隨著深度的變化，泥漿漏失量也有較大變化，同時(shí)在某些地層段漏失量明顯降低，這是由于堵漏材料的應(yīng)用而產(chǎn)生的效果，這說明現(xiàn)場(chǎng)使用的堵漏措施有一定效果。

4.2ZK18-1孔和ZK18-2漏失的原因

圖3　ZK18-1孔漏失量隨深度變化曲線

圖4　ZK18-2孔漏失量隨深度變化曲線

（1）地層因素：該礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，局部地層裂隙極度發(fā)育，孔隙度較大。

（2）鉆井液性能因素：為了應(yīng)對(duì)繩索取芯內(nèi)管結(jié)垢問題，使用的是低固相不分散鉆井液。該鉆井液雖能有效地解決內(nèi)管結(jié)垢、滿足鉆具潤(rùn)滑和冷卻、成功攜帶巖屑，但是由于是低固相泥漿，未能在孔壁上形成有效泥餅。因此，漏失現(xiàn)象較嚴(yán)重。

（3）人為因素：在有些時(shí)候，操作人員未嚴(yán)格按照造作規(guī)程操作，下鉆過快而造成井下壓力激動(dòng)，產(chǎn)生誘導(dǎo)性裂縫。從而致使漏失加劇。

4.3堵漏措施及效果

（1）對(duì)于漏失現(xiàn)象較為嚴(yán)重的井段，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員，對(duì)鉆井液進(jìn)行調(diào)整，一般情況下，加入一定量鋸末，進(jìn)行堵漏。

①堵漏鉆井液配方：1.0m3水+3.2kg護(hù)壁劑+ 300g600萬分子聚丙烯酰胺+5kg鋸末。

②其性能如表2所示。

表2　堵漏鉆井液性能

③效果：該配方的應(yīng)用在一定程度上緩解了漏失現(xiàn)象，但是，如果停止鋸末的加入的話，漏失量又會(huì)上升。

（2）對(duì)于漏失嚴(yán)重的井段，用水泥漿進(jìn)行堵漏：

①堵漏水泥漿其配方：1.0m3水中加粘土25%+ Na2CO35%+聚丙烯酰胺1%+水泥20%。

②效果：按照配方配制完后，由孔口倒入井內(nèi)，通過泵送替漿水將沖洗液送至漏失地層，靜止3h后可泵入沖洗液進(jìn)行循環(huán)。大多數(shù)情況下一次性堵漏井口返水，個(gè)別情況要進(jìn)行2次甚至3次堵漏，才可能將漏失地層堵住。

4.4高漏失層堵漏材料及方法

（1）DTR堵漏材料：DTR高失水堵漏劑是由纖維狀材料及聚凝劑等復(fù)而成，它與水混合后成為一種具有流動(dòng)性、懸浮性和可泵性的堵漏液，具有良好的滲濾性，在壓差作用下，水分迅速濾失，密度增大，形成有一定混凝強(qiáng)度的堵塞物，主要用在滲透性漏失層，或沖洗液消耗較大的漏失孔段，DTR直接加入沖洗液中循環(huán)可達(dá)到隨鉆堵漏的效果。DTR與惰性材料配合可用于中等較大的漏失地層。

（2）灌注方法：將鉆桿下到漏失部位，用水泵把配好的漿液送到孔內(nèi)。在灌注過程中，鉆具必須上下活動(dòng)，以防發(fā)生卡、埋鉆事故，計(jì)算好潛水量，將漿液全部壓送到漏失層。再把鉆具提升到堵漏漿面以上的安全部位。注水靜壓4～6h。

5　結(jié)論

針對(duì)山陽某金礦繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的研究，通過對(duì)鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的一系列鉆進(jìn)漏失量進(jìn)行分析總結(jié)，制定出有效的堵漏措施，有效地解決了嚴(yán)重漏失現(xiàn)象。

在復(fù)雜破碎及伴有嚴(yán)重漏失地層鉆進(jìn)，一直是鉆探施工作業(yè)中的難題，如何保證施工的質(zhì)量，并能有較高的鉆進(jìn)效率，這是一個(gè)值得我們研究的問題。雖然目前國(guó)外一些機(jī)構(gòu)對(duì)這個(gè)問題的研究有了初步突破，但是在國(guó)內(nèi)這個(gè)問題還沒有形成一個(gè)有效地解決措施，這是我們作為鉆探人必須要面對(duì)和解決的問題。

［1］張春波.中國(guó)繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望［J］.探礦工程，1996（1）.

［2］盧一倫，韓湘濤，李陶然.陜西省區(qū)域地質(zhì)志［M］.地質(zhì)出版社，1989.

［3］胡郁樂，張紹和.鉆探事故處理與預(yù)防知識(shí)問答［M］.中南大學(xué)出版社，2010.

［4］魏臣.提高繩索取芯鉆進(jìn)效率的有效途徑［R］.中國(guó)煤田地質(zhì)，2006.

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［6］柯玉軍.嚴(yán)重漏失破碎地層鉆孔綜合施工方法及效果［J］.探礦工程，2009（10）.

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A

1004-5716（2016）06-0033-03

2015-05-14

祁恩強(qiáng)（1963-），男（漢族），甘肅鎮(zhèn)原人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)勘察技術(shù)管理工作。