無(wú)固相沖洗液在變質(zhì)巖系復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)中的應(yīng)用

劉志峰

(東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì)，遼寧 錦州 121000)

無(wú)固相沖洗液在變質(zhì)巖系復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)中的應(yīng)用

劉志峰

(東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì)，遼寧 錦州 121000)

遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)超大型石墨礦處于變質(zhì)巖系中，在勘查過(guò)程中分析了該區(qū)變質(zhì)巖系復(fù)雜地層的成因及特點(diǎn)，采用了繩索取心與無(wú)固相沖洗液鉆進(jìn)工藝，并分析了沖洗液對(duì)石墨巖礦層穩(wěn)定性的影響，對(duì)沖洗液體系進(jìn)行了優(yōu)化，分析了沖洗液的護(hù)壁作用機(jī)理。同時(shí)對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的技術(shù)應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了優(yōu)化，解決了繩索取心鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿結(jié)泥皮及技術(shù)套管的使用等問(wèn)題，順利地完成了礦床的勘探工作，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)成果。

繩索取心；無(wú)固相沖洗液；變質(zhì)巖系；石墨礦床；復(fù)雜地層

0 引言

在固體鉆探中，因所尋找礦種的不同，其所鉆遇的各種深度的地層也不盡相同。由于受到地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、外界環(huán)境的物理化學(xué)作用及水文地質(zhì)條件等因素的影響，地層的差異性比較大，且多屬于復(fù)雜地層，給鉆探施工帶來(lái)了諸多困難。通常，在煤田、油、氣井田鉆探施工中會(huì)經(jīng)常遭遇到多為沉積巖地層，經(jīng)常出現(xiàn)鉆孔坍塌、漏失、涌水(有時(shí)涌、漏水同時(shí)出現(xiàn))、鉆孔縮徑等問(wèn)題，導(dǎo)致被迫停鉆，甚至鉆孔報(bào)廢。由此帶來(lái)鉆孔質(zhì)量差，不能達(dá)到或滿足地質(zhì)質(zhì)量要求，影響工程進(jìn)度，造成經(jīng)濟(jì)損失，增大了鉆探工程施工的風(fēng)險(xiǎn)性。

在變質(zhì)巖系地層中，非金屬礦種的勘探相對(duì)于沉積巖地層來(lái)說(shuō)，復(fù)雜地層給鉆探帶來(lái)的危害及影響更大，體現(xiàn)出較大的代表性與特殊性。針對(duì)遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)超大型石墨礦床的特點(diǎn)，研究在變質(zhì)巖系復(fù)雜地層中采用繩索取心鉆進(jìn)工藝與無(wú)固相沖洗液技術(shù)是十分必要的。

1 應(yīng)用地質(zhì)背景

本區(qū)大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)北緣(Ⅰ)，燕山臺(tái)褶帶中部(Ⅱ)，遼西臺(tái)陷(Ⅲ)東緣，閭山隆起帶(Ⅳ)東翼的丘陵地帶，東與下遼河西部斜坡帶接壤。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖漿活動(dòng)頻繁,出露地層主要為太古界變質(zhì)巖系地層。

本區(qū)石墨礦成礦條件：(1)早期的區(qū)域構(gòu)造行跡廣泛發(fā)育，形成北東向的構(gòu)造格局，是本區(qū)成礦的動(dòng)力來(lái)源；(2)本區(qū)太古界的大營(yíng)子組、瓦子峪組，長(zhǎng)城系的大虹峪組、高于莊組地層廣泛發(fā)育，為本區(qū)成礦作用提供了物質(zhì)保障；(3)多期的火山和巖漿熱液活動(dòng)，為本區(qū)成礦變質(zhì)作用提供了適宜的溫度、壓力及其物質(zhì)運(yùn)移富集條件。

1.1 施工區(qū)地質(zhì)概況

1.1.1 地層條件

施工區(qū)地層主要由太古界建平群大營(yíng)子組、瓦子峪組；中元古界長(zhǎng)城系大虹峪組、高于莊組；新生界第四系地層組成。由老至新分述如下。

(1)太古界建平群大營(yíng)子組(Ard)。主要有黑云斜長(zhǎng)片麻巖，角閃黑云斜長(zhǎng)片麻巖，淺粒巖，夾斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、角閃變粒巖、大理巖及磁鐵石英巖。地層厚度>1174 m。

(2)太古界建平群瓦子峪組(Arw)。主要有黑云石英片巖、絹云綠泥片巖、黑云綠泥片巖、黑云角閃石英片巖夾磁鐵石英巖、大理巖等。地層厚度>1379 m。

(3)中元古界長(zhǎng)城系大虹峪組(Chd)。以灰白、灰、暗灰色石英砂巖、含長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖、鈣質(zhì)砂巖為主，夾鈣質(zhì)粉砂巖及白云巖。地層厚度>300 m。

(4)中元古界長(zhǎng)城系高于莊組(Chg)。依據(jù)巖石組合特征劃分為上、下兩巖段：上部碳酸鹽巖段(Chg2)和下部變質(zhì)巖含礦段(Chg1)。

上部碳酸鹽巖段(Chg2)：上部為淺灰—灰色薄板狀及中厚層含燧石結(jié)核白云巖，夾硅化白云巖及薄層石英砂巖，厚度>200 m；下部為灰黑色薄層、中厚層含燧石結(jié)核含錳白云巖、燧石條帶含錳白云巖、灰質(zhì)白云巖，夾鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)白云巖,厚度>500 m。

下部變質(zhì)巖含礦段(Chg1):為淺灰—灰黑色且具有片狀特征的巖石組成，主要有千糜巖、千枚巖、石英片巖、云母片巖、變粒巖、糜棱巖等。以含有石墨礦和有白色紅柱石斑晶為特征，是本區(qū)石墨礦的產(chǎn)出部位，厚度>1000 m。

(5)新生界第四系(Q)：主要由礫石、砂、粉砂和黃土組成。廣泛分布于溝谷、平地及低緩的坡地,厚度0.5～50 m。

1.1.2 構(gòu)造條件

該區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，地層傾角變化大。同時(shí)次生裂隙發(fā)育，且多被石英脈充填，被鉆探控制的斷層有19條。

1.1.3 巖漿巖賦存條件

主要為已經(jīng)變質(zhì)的太古代巖漿巖，變質(zhì)成黑云母斜長(zhǎng)花崗巖、混合花崗巖等，多呈巖墻或巖床產(chǎn)出。

1.2 施工區(qū)巖層可鉆性

本區(qū)鉆探工作層段重點(diǎn)位于長(zhǎng)城系高于莊組下部變質(zhì)巖含礦段(Chg1)，依據(jù)巖礦層的賦存位置自下而上依次劃分為：下段(Chg11)、中段(Chg21)、上段(Chg31)。

下段(Chg11)：主要由灰白—淺灰色、灰綠色石英巖、長(zhǎng)英巖、變粒巖、大理巖及糜棱巖等組成，巖石可鉆性8～10級(jí)。

中段(Chg21)：本段地層為本區(qū)的含礦段。灰—灰黑色為主，夾淺灰色，含有石墨礦，具有粒狀、鱗片狀，變晶結(jié)構(gòu)，千糜構(gòu)造和含有紅柱石結(jié)晶為特征，并且?guī)r礦石具有不同程度的綠泥石化、絹云母化及高嶺土化。由片巖、云母片巖、石英片巖、千糜巖及變粒巖等組成。本段地層巖石硬度特點(diǎn)呈跳躍式起伏變化，巖石可鉆性5～8級(jí)。

上段(Chg31)：本段地層為淺灰—灰色為主，由一套陸源沉積碎屑物和中酸性火山碎屑物生成的沉積巖，經(jīng)變質(zhì)作用，演變成千糜巖、糜棱巖及變粒巖等，巖石強(qiáng)烈高嶺土化、糜棱巖化、伴隨綠泥石化。巖石硬度呈跳躍式起伏變化，巖石可鉆性8～10級(jí)。

1.3 施工區(qū)地層漏失性

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層裂隙發(fā)育，破碎帶多，其中有19條斷層與施工鉆孔產(chǎn)生了交織切割關(guān)系，而且水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，造成沖洗液漏失嚴(yán)重，鉆孔漏失滲透系數(shù)K>13，為最高等級(jí)。施工鉆孔極易發(fā)生嚴(yán)重的涌、漏水事故，給施工造成了很大困難，影響工期。

2 變質(zhì)巖系復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)難題及形成機(jī)理與特點(diǎn)分析

2.1 變質(zhì)巖系復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)難題

本區(qū)石墨礦鉆探施工分為普查和詳查兩個(gè)階段，普查又分為普查第一階段和普查第二階段。普查第一階段鉆探施工自2012年3月1日開(kāi)始，至2012年10月30日結(jié)束，投入繩索取心鉆進(jìn)的鉆機(jī)2臺(tái)，共完成鉆孔19個(gè)，鉆探進(jìn)尺3620.90 m，歷時(shí)7個(gè)月整。普查第一階段鉆探施工暴露出亟待解決的問(wèn)題。

2.1.1 石墨礦層的取心問(wèn)題嚴(yán)重

本區(qū)石墨礦體厚度較大，一般從幾米至幾十米不等，有些厚達(dá)百米。特別是礦體表層呈風(fēng)化狀。開(kāi)孔過(guò)表土后，即為礦體，厚達(dá)幾十米，且為粉狀，部分為碎塊狀。由于礦體本身的物理特性，遇水后具有一定的潤(rùn)滑性，易沖蝕滑脫，造成礦層取心非常困難，滿足不了地質(zhì)設(shè)計(jì)、采樣化驗(yàn)的需求，經(jīng)常造成鉆孔報(bào)廢，需要進(jìn)行補(bǔ)孔，個(gè)別地段需補(bǔ)孔四、五次之多。在普查第一階段，因取心、縮徑而報(bào)廢工程量達(dá)2000余米，占整個(gè)工程量的55%。

2.1.2 變質(zhì)巖系復(fù)雜地層沖洗液的應(yīng)用問(wèn)題

參與施工的2個(gè)井隊(duì)使用的沖洗液雖然也是低固相和無(wú)固相沖洗液，但由于缺乏預(yù)研，開(kāi)鉆后難以適應(yīng)并克服本地區(qū)變質(zhì)巖系的復(fù)雜地層，給正常的鉆進(jìn)施工帶來(lái)很多麻煩和困擾。

(1)鉆桿結(jié)泥皮嚴(yán)重，造成取心內(nèi)管不能正常打撈或投入內(nèi)管不到位，造成打單管現(xiàn)象，丟失巖礦心。導(dǎo)致無(wú)用提鉆次數(shù)增加，甚至每個(gè)回次后都要提鉆，并且把每個(gè)鉆桿都要卸開(kāi)進(jìn)行疏通，鉆進(jìn)不能開(kāi)高速，嚴(yán)重影響了鉆進(jìn)效率。

(2)鉆孔經(jīng)常發(fā)生因孔壁掉塊夾卡鉆具，并發(fā)生鉆具折斷事故，導(dǎo)致輔助時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，孔內(nèi)事故率大幅增高。

(3)裸眼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，浸泡時(shí)間長(zhǎng)，而引起孔壁的大段坍塌、掉塊、縮徑等現(xiàn)象，且處理時(shí)間長(zhǎng)，需要經(jīng)常反復(fù)處理，有個(gè)別鉆孔鉆進(jìn)了500多米因此報(bào)廢而移孔。

(4)地質(zhì)條件因素導(dǎo)致鉆孔經(jīng)常發(fā)生涌、漏水等現(xiàn)象，影響正常鉆進(jìn)。

(5)機(jī)械設(shè)備始終處于運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷狀態(tài)，提高了機(jī)械設(shè)備的故障率，如停鉆時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的大型設(shè)備(鉆機(jī)柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)組等)的損壞，有時(shí)因此停鉆長(zhǎng)達(dá)7 d。

2.2 本區(qū)變質(zhì)巖系復(fù)雜地層的成因特點(diǎn)與沖洗液對(duì)巖礦層產(chǎn)生影響的機(jī)理分析

2.2.1 本區(qū)變質(zhì)巖系復(fù)雜地層的成因特點(diǎn)

本區(qū)的復(fù)雜地層高于莊組(Chg)貫穿于整個(gè)鉆探工程的始末。由于其形成于元古代，屬于較老地層，變質(zhì)程度受區(qū)域內(nèi)深度變質(zhì)作用、動(dòng)力變質(zhì)作用影響劇烈，在成礦期的熱液蝕變產(chǎn)生礦物的同時(shí)，也發(fā)生了強(qiáng)烈的圍巖蝕變，致使一套由陸源碎屑物和中酸性的火山碎屑物生成的沉積巖，經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用演變形成了千糜巖、糜棱巖等巖石形成，并伴強(qiáng)烈的硅化、綠泥石化、高嶺土化、絹云母化、糜棱巖化等現(xiàn)象。

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層傾角變化大，斷裂構(gòu)造和次生裂隙發(fā)育。比較大的斷裂有19條，都對(duì)原有地層產(chǎn)生了切割作用，這種作用由所取出的巖心可見(jiàn)，如圖1、圖2所示。在破碎帶中，多伴有揉碎物充填破裂的巖層碎塊間隙中。

圖1 遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)石墨礦普查4-E8號(hào)孔巖心

圖2 遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)石墨礦普查12-E10號(hào)孔巖心

可以看出，由于受地質(zhì)成因和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多向擠壓作用，使地層內(nèi)部受力不平衡，一旦被鉆穿后，就破壞了原來(lái)處于相對(duì)原始平衡的狀態(tài)，加之受重力的作用使孔壁產(chǎn)生不穩(wěn)定的坍塌、掉塊發(fā)生，屬典型的力學(xué)不穩(wěn)定地層；由于巖礦層伴隨有強(qiáng)烈的硅化、糜棱巖化、高嶺土化、綠泥石化、絹云母化和大段的斷層泥，呈松散碎屑狀、泥土狀，沖洗液浸入易產(chǎn)生水解、水化作用，使孔壁巖層發(fā)生松散、松軟，遇水膨脹，為強(qiáng)水敏性地層，造成鉆孔縮徑的發(fā)生。

2.2.2 沖洗液對(duì)石墨巖礦層穩(wěn)定性影響分析

石墨巖礦層裂隙發(fā)育，其比表面積巨大，并含有較多親水表面，對(duì)液體的吸附能力強(qiáng)。同時(shí)，沖洗液向石墨巖礦層的濾失不可避免，當(dāng)濾液為水時(shí)，進(jìn)入石墨礦體及圍巖影響有以下幾方面的作用。

(1)虹吸毛吸管效應(yīng)。礦體節(jié)理、裂隙及孔洞極其發(fā)育，石墨呈顯微粒狀、鱗片狀，變晶結(jié)構(gòu)，微晶片狀構(gòu)造，呈定向、半定向排列，具有大的比表面積，虹吸、毛吸管效應(yīng)顯著，深入孔隙，削弱和破壞了石墨礦體及圍巖分子間的氫鍵和固有引力，并潤(rùn)滑了裂隙，使巖礦體的內(nèi)聚力和本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到破壞。

(2)水化膨脹作用。石墨礦體和圍巖吸水后產(chǎn)生膨脹，分子間的抗拉強(qiáng)度降低和破壞，彈性模量小，非均質(zhì)性強(qiáng)，水化膨脹導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，引起剝落、掉塊，在分裂面上引起更大的分裂，進(jìn)而產(chǎn)生膨脹縮徑。

(3)膠結(jié)物的溶解。本區(qū)石墨礦體中含有少量的粘土類礦物和無(wú)機(jī)鹽，主要以膠結(jié)物和充填物存在于裂隙和孔隙中，礦體和圍巖吸水后引起粘土礦物的水化膨脹和無(wú)機(jī)鹽膠結(jié)物的溶解，裂隙膠結(jié)被破壞，使礦體間的自身強(qiáng)度受到破壞和下降。

(4)沖洗液的密度。本區(qū)石墨礦體的穩(wěn)定性與沖洗液的密度有著直接的關(guān)系。若沖洗液的密度過(guò)低，石墨巖礦體抗拉強(qiáng)度和彈性模量小，引起巖礦體內(nèi)的應(yīng)力釋放，沿節(jié)理和裂隙崩裂和坍塌；若沖洗液的密度過(guò)高，巖礦層在高的靜液柱壓力作用下破裂,水極易嵌入巖礦體內(nèi)部使其坍塌。

3 鉆進(jìn)施工的技術(shù)優(yōu)化措施與效果

根據(jù)普查第一階段鉆進(jìn)施工所出現(xiàn)的各類問(wèn)題，對(duì)北鎮(zhèn)杜屯石墨礦變質(zhì)巖復(fù)雜地層、巖礦特性進(jìn)行了深入研究。在沖洗液配方使用上確定了無(wú)固相原則，對(duì)于5組配方進(jìn)行了近30次的巖礦樣浸泡對(duì)比試驗(yàn)，選擇最優(yōu)配方為下階段使用。與此同時(shí)，還對(duì)鉆桿結(jié)泥皮問(wèn)題、影響鉆進(jìn)效率、石墨礦心的采取問(wèn)題、套管護(hù)壁等問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 鉆進(jìn)工藝的優(yōu)化

由于本區(qū)石墨礦層的表層風(fēng)化礦具有埋深淺、厚度大的特點(diǎn)，第一階段施工的鉆孔廢孔率在很大程度上都與表層風(fēng)化礦采取率低(礦心采取率80%)有直接關(guān)系。為此，有必要打破常規(guī)與固有習(xí)慣，因地制宜對(duì)鉆進(jìn)施工進(jìn)行優(yōu)化，體現(xiàn)一切從快的原則，盡可能降低復(fù)雜地層對(duì)鉆進(jìn)工作的影響，做到早有預(yù)判，早有預(yù)案。

3.1.1 優(yōu)化鉆進(jìn)工藝與技術(shù)套管的程序

開(kāi)孔用大徑取心短管(?89 mm)，鉆過(guò)表土層后，鉆遇石墨風(fēng)化礦體，即采用輕壓慢轉(zhuǎn)小泵量鉆進(jìn)工藝采取礦心，回次進(jìn)尺控制在0.50 m，以避免礦心的沖蝕來(lái)保證礦心的采取率。待到孔深能下入S75繩索鉆具的取心外管，即下入S75繩索取心鉆具進(jìn)行礦心的采取，表層風(fēng)化帶的礦心采完后，且鉆進(jìn)到相對(duì)穩(wěn)定完整的巖層，再用?110 mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，下入?108 mm的表層技術(shù)套管。

以往在沉積巖地層施工下套管，采用的都是金屬?108 mm×6.5 mm的厚壁地質(zhì)鋼管，其特點(diǎn)為重量大，需要加工絲扣和接箍，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，采購(gòu)、加工、運(yùn)輸成本高，下入孔內(nèi)后，易發(fā)生套管脫、跑事故。在第一階段施工的19個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔至少有2次套管脫、跑事故，多者4次，而且重新下套管都要延長(zhǎng)一定深度，由于離隊(duì)部路程較遠(yuǎn)，延長(zhǎng)了機(jī)加工待料時(shí)間。

在吸取了以上教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，采用了農(nóng)用灌溉用重體PVC塑料管作為鉆孔技術(shù)套管。其最大的特點(diǎn):不僅采購(gòu)運(yùn)輸方便，而且質(zhì)量輕，強(qiáng)度剛好，柔韌度好，耐腐蝕，易加工。選用的外徑110 mm×10 mm重體PVC塑料管，它的長(zhǎng)度一般200 m一根，可以盤卷，不能折疊，能輕壓，根據(jù)下入套管的深度選取長(zhǎng)度，鋼鋸可鋸斷。整根送入孔內(nèi)，頭部固定于孔口，而且可以重復(fù)使用。由于質(zhì)量輕，避免了金屬套管對(duì)巖盤接觸的磨損破壞及套管跑管的發(fā)生。在以后套管使用中沒(méi)有發(fā)生一起套管的跑、脫事故，同時(shí)還避免了金屬套管的起拔困難的問(wèn)題，在第二階段的施工中推廣了此項(xiàng)技術(shù)，取得了良好的效果。

3.1.2 鉆桿去泥皮

本區(qū)地層的最大特點(diǎn)是變質(zhì)巖系巖礦層的高度綠泥石化、高嶺土化、糜棱巖化及硅化等，巖石硬度大，必須適用高速700～1200 r/min，經(jīng)鉆頭破碎狀態(tài)下形成更碎的微小顆粒，因大量粘土類顆?；烊霙_洗液后，在鉆具的高速旋轉(zhuǎn)離心力作用下，甩向鉆桿內(nèi)壁，形成粘土質(zhì)涂層，進(jìn)而形成較為厚韌的泥皮。

對(duì)于鉆桿內(nèi)泥皮去除方法，文獻(xiàn)上鮮有報(bào)導(dǎo)。依據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了破除泥皮配方：2 m3清水+0.1%～0.5%Na4PO7(焦磷酸鈉)+3%NaOH+0.5%洗衣粉。用法：將配好的水溶液在巖心打撈前，用水桶將溶液緩慢倒入鉆桿內(nèi)，然后再打撈取心器內(nèi)管總成，經(jīng)過(guò)8個(gè)井隊(duì)使用抑制了該區(qū)鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)重的鉆桿結(jié)泥皮現(xiàn)象。

3.2 沖洗液的優(yōu)化

3.2.1 優(yōu)化后的沖洗液體系及配方

針對(duì)第一階段施工的技術(shù)難點(diǎn)，確定了水玻璃、植物膠無(wú)固相防塌沖洗液體系，配方為：2%水玻璃+0.2%羧甲基纖維素(CMC)+0.2%火堿+0.5%部分水解聚丙烯酰胺(PHP)+0.3%植物膠+2%～5%氯化鉀。其性能指標(biāo)為：漏斗粘度16.5～21 s，表觀粘度3.2～6.5 mPa·s，塑性粘度2～4 mPa·s，動(dòng)切力0.5～1 Pa，密度1.02 g/cm3，失水量8～12 mL/30 min，pH值8～9，體系不分散不變形。

3.2.2 護(hù)壁作用的機(jī)理分析

水玻璃和植物膠對(duì)巖石具有膠結(jié)作用和吸附作用，具體為水玻璃的SiO2凝膠與巖石表面產(chǎn)生物理與化學(xué)吸附作用，快速在巖石表面形成吸附膜，阻斷了沖洗液中自由水的進(jìn)入。植物膠屬于非離子型聚合物，分子中的羥基與孔壁的吸附能力強(qiáng)，可在巖石表面快速形成吸附網(wǎng)膜，對(duì)孔壁和巖心起到保護(hù)作用。另外，水玻璃和植物膠它們的作用會(huì)相互補(bǔ)充，當(dāng)水玻璃的pH值降低后，發(fā)生縮合作用生成具有三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)的形成可在一定程度上抑制自由水的滲透。而氯化鉀的加入，可對(duì)以上二者有加強(qiáng)和補(bǔ)充作用。因石墨巖礦段具有親水的粘土質(zhì)團(tuán)塊，易受水化作用影響，K+不僅能起壓縮粘土顆粒雙電層的作用，而且K+進(jìn)入粘土顆粒硅氧四面體六角環(huán)后，使上下兩晶胞連結(jié)很緊，水分子不能再進(jìn)入晶胞層間，抑制了粘土顆粒的水化與分散，使之聚結(jié)沉淀。大分子量聚合物、水玻璃、植物膠、聚丙烯酰胺使巖屑“橋聯(lián)”在一起絮凝沉淀，從而起到防止和抑制鉆孔縮徑和坍塌的發(fā)生。

3.2.3 漏失的處理

本區(qū)巖礦段的水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，涌水、漏水頻發(fā)，施工中采取了小漏頂水鉆進(jìn)，大的漏失則采用水泥添加速凝劑封閉漏失段。

3.3 取得的成果

通過(guò)以上鉆進(jìn)施工措施的優(yōu)化，不僅保證了鉆孔孔壁的穩(wěn)定性，還大幅度地提高了鉆進(jìn)速度與鉆孔質(zhì)量。普查第一階段鉆探施工出現(xiàn)的技術(shù)難題全部予以克服和得到解決，整個(gè)北鎮(zhèn)杜屯地區(qū)石墨礦普查、詳查項(xiàng)目鉆探施工全部得以按時(shí)保質(zhì)保量完成，為詳查地質(zhì)報(bào)告的提交贏得了時(shí)間。完成的鉆探工作量見(jiàn)表1。

表1 遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)石墨礦勘查鉆探工程質(zhì)量一覽表

4 結(jié)論

(1)北鎮(zhèn)杜屯石墨礦床賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育，地層為變質(zhì)巖系強(qiáng)水敏性復(fù)雜地層，孔壁穩(wěn)定性極差。本次施工采用了繩索取心鉆進(jìn)工藝與優(yōu)化后的無(wú)固相沖洗液體系，解決了鉆進(jìn)中出現(xiàn)的嚴(yán)重縮徑、孔壁坍塌及鉆孔漏失等問(wèn)題；解決了繩鉆鉆桿結(jié)泥皮及技術(shù)套管的使用問(wèn)題；解決了石墨礦心的采取問(wèn)題。使用效果證明，該沖洗液體系具有很好的適用性。

(2)該無(wú)固相沖洗液防塌效果明顯，對(duì)泥頁(yè)巖的水化作用抑制性強(qiáng)，對(duì)繩索金剛石鉆進(jìn)潤(rùn)滑效果好，符合繩索金剛石鉆進(jìn)高速的需求，鉆進(jìn)效率高，鉆孔質(zhì)量好。

(3)該無(wú)固相沖洗液成本較低，綜合效益顯著，現(xiàn)場(chǎng)使用配制簡(jiǎn)便，維護(hù)方便，只需做好除泥去砂工作。施工現(xiàn)場(chǎng)最好配備小型振動(dòng)篩和旋流除砂器。

[1] 張春波，等.繩索取心金剛石鉆進(jìn)技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.

[2] 趙運(yùn)興,等.煤田鉆探技術(shù)手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，1986.

[3] 武漢地質(zhì)學(xué)院,等.鉆探工藝學(xué)(中)[M].北京:地質(zhì)出版社，1981.

[4] 李世忠，主編.鉆探工藝學(xué)(中)[M].北京:地質(zhì)出版社，1989.

[5] 郝瑞，等.鉆探工程(中)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1980.

[6] 東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì).遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)石墨礦普查報(bào)告[R].2012.

[7] 東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì).遼寧省北鎮(zhèn)市杜屯地區(qū)石墨礦詳查報(bào)告[R].2016.

[8] 劉志峰.遼西楊家杖子煤田繩鉆應(yīng)用小泵量解析[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，2011，23(5)：62.

[9] 黃衛(wèi)東.無(wú)固相鉆井液在沉積巖復(fù)雜地層鉆探中的應(yīng)用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011,38(12)：11-12,17.

[10] 柯學(xué),李繼營(yíng),池崇榮,等.蘇77-5-8H井大斜度穿煤層安全鉆井技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2011,38(12)：13-17.

[11] 田明錦,孫平賀,曹函,等.固結(jié)鉆井液對(duì)湘西北頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的護(hù)壁機(jī)理研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(10)：193-196.

Application of Solid-free Flushing Fluid for Wire-line Coring in Complex Metamorphic Rocks Formation/

LIUZhi-feng

(No.155 Exploration Team of Northeast Coalfield Geology Bureau, Jinzhou Liaoning 121000, China)

A super graphite deposit in Beizhen Dutun of Liaoning Province exists in metamorphic series. The genesis and characteristics of complex metamorphic formation were analyzed in this regional exploration and wire-line coring drilling and solid-free flushing fluid drilling technologies were used. By the analysis on the effect of flushing fluid on the stability of graphite rock seams, the flushing fluid system is optimized; the wall protection mechanism of flushing fluid is also analyzed and the technical countermeasures in drilling process is optimized to solve the problems of slurry cake and intermediate casing application. The deposit exploration is successfully completed with good technical and economic results obtained.

wire-line coring; solid-free flushing fluid; metamorphic series; graphite deposit; complex formation

2017-01-22；

2017-03-15

劉志峰，男，漢族，1962年生，高級(jí)工程師，鉆探工程專業(yè)，長(zhǎng)期從事地質(zhì)鉆探工程技術(shù)及管理工作，遼寧省錦州市凌河區(qū)石橋子小區(qū)文興里38號(hào)，155wanglijun@163.com。

P634.6

B

1672-7428(2017)04-0014-05