江西省朱溪礦區(qū)鉆探施工回顧與思考

黃忠高， 李志強(qiáng)， 楊啟文

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西 鷹潭 335000； 2.山東萊蕪鴻豐探礦工程有限公司，山東 萊蕪 271100)

江西省朱溪礦區(qū)鉆探施工回顧與思考

黃忠高1， 李志強(qiáng)1， 楊啟文2

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊，江西 鷹潭 335000； 2.山東萊蕪鴻豐探礦工程有限公司，山東 萊蕪 271100)

在介紹朱溪礦區(qū)鉆遇地層特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析了鉆孔深度大、易斜，相對淺孔而言地層更復(fù)雜，鉆孔質(zhì)量要求尤其是孔斜要求更為嚴(yán)格等施工難點(diǎn)，總結(jié)了主要鉆探裝備選用和鉆探施工管理工作，以及鉆進(jìn)方法、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆頭選用、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)、沖洗液選用、護(hù)孔堵漏措施等。建議今后深孔施工中必須提高鉆探裝備的施工能力、遏制重大孔內(nèi)事故發(fā)生、堅持預(yù)防為主治理為輔的孔斜防治原則、抓好泥漿護(hù)孔等工作。

深孔巖心鉆探；鉆探裝備；鉆進(jìn)工藝；施工管理

1 礦區(qū)概況

江西省浮梁縣朱溪外圍鎢銅多金屬礦，位于江西省東北部景德鎮(zhèn)—樂平之間，行政區(qū)劃隸屬于景德鎮(zhèn)市浮梁縣壽安鎮(zhèn)、樂平市涌山鎮(zhèn)等管轄。

朱溪礦區(qū)交通便利，位處景德鎮(zhèn)—樂平丘陵地帶，欽杭接合帶江西萍樂凹陷帶之北緣、江南造山帶東南部、贛東北深大斷裂北西側(cè)、宜豐—景德鎮(zhèn)深斷裂帶南側(cè)，塔前—賦春推覆構(gòu)造帶從礦區(qū)中部呈北東向通過。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期次多階段的構(gòu)造運(yùn)動，構(gòu)造十分復(fù)雜。

朱溪礦區(qū)是江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊近年承擔(dān)的江西省地質(zhì)勘查基金和中央地質(zhì)勘查基金聯(lián)動勘查項目。項目自2010年開始啟動，累計完成鉆探工作量近62000 m，揭示了礦區(qū)礦化具上銅下鎢銅的分布規(guī)律，以及向深部矽卡巖化增強(qiáng)、花崗巖礦化變強(qiáng)、白鎢礦主礦層變厚和品位變富的特點(diǎn)。礦床具上部熱液脈型、中深部矽卡巖型、更深部為巖體(斑巖)型的礦床模式。至2015年底，朱溪礦區(qū)探明WO3資源量(333+334)286.48萬t并一舉成為世界最大的鎢礦床、打破江西“南鎢北銅”的成礦格局而形成贛南贛西北贛東北鎢礦“三足鼎立”的新態(tài)勢、超額完成我國找礦突破戰(zhàn)略行動“358”鎢礦找礦第二階段目標(biāo)(全國鎢礦目標(biāo)200萬t)并大大提高了我國鎢礦資源的保障程度、榮獲了中國地質(zhì)學(xué)會2015年度十大地質(zhì)找礦成果。

2 鉆孔施工特點(diǎn)

2.1 地層特點(diǎn)

礦區(qū)沉積巖地層主要有粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、中細(xì)粒砂巖，局部見燧石礫巖或炭質(zhì)頁巖及煤層，灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖、矽卡巖，以及硅質(zhì)巖、燧石灰?guī)r、中細(xì)粒長石石英砂巖等。

礦區(qū)巖漿巖巖石類型以煌斑巖、花崗閃長斑巖、細(xì)晶巖、閃長玢巖和閃長巖為主，還有少量石英閃長(玢)巖、英安斑巖、變安山巖、變英安巖、花崗斑巖，主要分布在鉆孔底部。

礦區(qū)變質(zhì)巖主要巖性為灰、灰綠色絹云母千枚巖、砂質(zhì)千枚巖、變質(zhì)砂巖、絹云母板巖夾變余沉凝灰?guī)r。這些淺變質(zhì)巖系，主要分布在鉆孔底部或礦區(qū)邊緣鉆孔。

第四系(Q)分布于現(xiàn)代河流洼地中。巖性為淺黃色亞粘土層，下部為砂、砂礫石層，厚度不大。

總之，礦區(qū)主要鉆遇地層為灰?guī)r、厚—巨厚層狀中細(xì)粒白云巖、糖粒狀大理巖、矽卡巖化大理巖和粉砂質(zhì)石英砂巖。巖石硬度一般(軟—中硬)，可鉆性級別中等(5～7級)，研磨性不強(qiáng)(弱—中)，比較完整和穩(wěn)定。但部分巖石裂隙發(fā)育，局部破碎比較嚴(yán)重，泥質(zhì)含量增多，蝕變常見，遇水分解、松散剝落，鉆進(jìn)中掉鉆、掉塊、垮渣、漏水時有發(fā)生。

2.2 完工鉆孔統(tǒng)計

幾年來，在朱溪礦區(qū)共完工鉆孔43個，完成鉆探工作量61919.01 m。從表1的統(tǒng)計中可以看出，完工的43個鉆孔平均孔深1440 m，超過1000 m的鉆孔有34個，超過1700 m的鉆孔有20個，超過2000 m的鉆孔有6個，最深鉆孔是ZK5406孔，2222.80 m；直孔13個，其余都是斜孔，且以開孔頂角10°者居多；采用螺桿糾斜鉆孔數(shù)8個，其中2個變質(zhì)巖地層鉆孔螺桿糾斜不成功。

日本曾將核電視為能源政策的基石，在積極推動國內(nèi)核電發(fā)展的同時，大力開拓國際市場，并在美國、印度、英國和越南等國取得顯著成績。2011年的福島核事故使日本核電工業(yè)遭受重大打擊，迄今仍未走出陰影，國內(nèi)和國外發(fā)展前景堪憂。

2.3 施工難點(diǎn)分析

綜合表1和鉆孔施工地層特點(diǎn)等情況，結(jié)合這幾年的鉆探施工實踐，朱溪礦區(qū)鉆探施工有如下難點(diǎn)。

(1)鉆孔深。如前所述，43個完工鉆孔中，超過1000 m的鉆孔有34個，超過2000 m的鉆孔有6個。從施工設(shè)備、工具、材料方面看，大型、復(fù)雜、多種多樣，但設(shè)備、工具、材料的安全性、配套性、實用性，卻常常不盡人意；從工藝技術(shù)角度看，無論是鉆進(jìn)、取心，還是護(hù)壁、堵漏，抑或孔內(nèi)事故處理，由于鉆孔深度的增加，各種施工難題都可能出現(xiàn)；從施工管理角度看，不管是鉆前準(zhǔn)備工作，還是鉆中的日常管理，以及鉆后的收尾、驗收和總結(jié)，涉及的人和事，都多了很多；從現(xiàn)場施工操作角度看，包括鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

表1 朱溪礦區(qū)2010—2016年施工鉆孔統(tǒng)計

尤其是鉆壓的控制，內(nèi)管到位的判斷，深部斷鉆的掌握等等，操作起來困難都很大；從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)看，一個2000 m左右的深孔，投資很大，動輒三四百萬元，工期也很長，快的也要4個月，慢的要半年甚至更長時間，一旦出現(xiàn)孔內(nèi)事故，處理起來時間占用長、材料消耗多、資金開銷大，甚至無法處理致鉆孔有報廢的可能，可謂高風(fēng)險。

(2)鉆孔斜。大頂角斜孔施工，如ZK5405開孔傾角75°，ZK1810開孔傾角80°，且要求鉆孔方位角偏差不超過勘探網(wǎng)距離1/4～1/3。即使小頂角甚至垂直孔施工，在孔深時方位角不大的變化，也將對鉆孔軌跡產(chǎn)生不小的影響。

(3)相對淺孔而言，深斜孔地層更復(fù)雜。深孔鉆探因各種厚度、容量、徑流量的孔隙、裂隙、洞穴所致各種程度鉆孔漏失經(jīng)?？梢?，因巖石松散破碎、遇水膨脹、鉆孔縮徑、孔壁掉塊坍塌等造成孔壁穩(wěn)定性差的情況普遍存在，而且，硬巖鉆進(jìn)的低效率，軟巖取心的大難度，也屢見不鮮。如ZK4210在下了1426 m ?89 mm套管后，中等程度漏失一直存在，ZK4209孔在孔深1397 m處遇空洞，ZK4207孔孔深530～570 m巖石松散、垮塌，孔內(nèi)沉渣近60 m，ZK2808孔孔深360 m見2 m厚斷層泥，ZK3004孔和ZK1812孔在孔深1800 m后都出現(xiàn)地層破碎、遇水分解等情況。

(4)質(zhì)量要求尤其是孔斜要求嚴(yán)格。如鉆孔頂角偏差≯3°/1100 m，方位偏差不超過勘探網(wǎng)距離1/4～1/3等，這與常規(guī)地質(zhì)巖心鉆探“直孔施工中每100 m頂角偏斜不應(yīng)超過2°”、“斜孔施工中每100 m頂角偏斜不應(yīng)超過3°”的一般要求相比，可謂“高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”。

(5)孔內(nèi)事故嚴(yán)重。從表1看出，超過2000 m的6個鉆孔中，有5個鉆孔出現(xiàn)過包括螺桿糾斜在內(nèi)的嚴(yán)重孔內(nèi)事故。尤其是2016年施工的5個深孔，孔孔糾斜，重大孔內(nèi)事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響了鉆探施工效率，大幅度增加了鉆探施工成本。

3 技術(shù)和管理工作回顧

3.1 主要鉆探裝備

“工欲善其事，必先利其器”。包括鉆機(jī)、動力機(jī)、水泵、鉆塔、泥漿攪拌機(jī)和繩索取心鉆桿在內(nèi)的鉆探設(shè)備配套，需考慮地層、地形等基本施工環(huán)境條件和地質(zhì)質(zhì)量技術(shù)要求，以及鉆探施工工藝的適用性、先進(jìn)性和安全性等各個方面情況。

朱溪礦區(qū)鉆探設(shè)備選用情況見表2。

表2 鉆探設(shè)備選用情況

3.2 主要鉆進(jìn)工藝

3.2.1 鉆進(jìn)方法

朱溪礦區(qū)主要采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法，只有ZK3002和ZK3003兩個鉆孔采用金剛石繩索取心液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

3.2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

如表3所示，基本上采用的是3級或4級口徑的鉆孔結(jié)構(gòu)，且以S95為主要施工口徑，S75次之。

表3 鉆孔結(jié)構(gòu)

3.2.3 鉆頭選用

深孔鉆探施工，一定要采用機(jī)械鉆速高、壽命長的金剛石鉆頭，盡可能延長鉆頭在孔底的工作時間，最大限度減少起下鉆次數(shù)，且應(yīng)適當(dāng)加大鉆頭外徑尺寸1～2 mm。朱溪礦區(qū)主要鉆遇巖石硬度一般(軟—中硬)，可鉆性級別中等(5～7級)，研磨性不強(qiáng)(弱—中)，普通金剛石鉆頭的鉆進(jìn)效率均不錯。

3.2.4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

理論上?95、75 mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)見表4。但實際操作中，受鉆機(jī)本身能力和孔深、孔斜等因素影響，鉆壓的精確控制比較困難。通常是以鉆進(jìn)小時效率的高低和泵壓的大小，來判斷采用鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的合適與否。

3.2.5 沖洗液選用

表4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)理論值

針對朱溪礦區(qū)深孔地層特點(diǎn)，沖洗液選用如表5所示。但因?qū)?fù)雜地層的特點(diǎn)認(rèn)識不足等原因，選用沖洗液類型時有不正確、不及時的情況發(fā)生。

表5 沖洗液選用對策

3.2.6 護(hù)孔堵漏措施

護(hù)孔堵漏是深孔巖心鉆探最為重要的工藝技術(shù)之一(其實淺孔鉆探也不例外)。在朱溪礦區(qū)施工中，主要采用了套管(擴(kuò)孔)護(hù)孔堵漏、堵漏劑堵漏、泥漿護(hù)孔堵漏和清水頂漏鉆進(jìn)這幾種護(hù)孔堵漏措施。至于淺孔鉆探常用的水泥護(hù)孔堵漏手段，在朱溪礦區(qū)深孔施工中，取得的效果非常有限。

3.3 施工管理

2010年7月24日，ZK4207孔的開鉆，標(biāo)志著朱溪礦區(qū)鉆探工程施工正式啟動；同年10月9日九一二大隊“深部找礦鉆探施工現(xiàn)場工作會議”在朱溪礦區(qū)召開，為后續(xù)1000 m以深的鉆孔施工做了思想準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備；2014年8月大隊下發(fā)文件成立九一二大隊深孔定向鉆探技術(shù)攻關(guān)小組，同時投入資金58萬元為該技術(shù)攻關(guān)小組配齊相關(guān)儀器設(shè)備并開展螺桿定向糾斜施工，滿足了2000 m左右深度鉆孔“見礦結(jié)束點(diǎn)在孔口所在水平面的投影位置與鉆孔開孔點(diǎn)的距離即水平偏距≯100 m”的地質(zhì)要求，開創(chuàng)了江西省地礦系統(tǒng)深孔螺桿定向糾斜先例；2016年下半年開始，大隊一分隊、一分院、二分院3個單位分別同時施工3個2000 m左右的深孔，都進(jìn)行了螺桿定向糾斜，都出現(xiàn)了嚴(yán)重的孔內(nèi)事故。

朱溪礦區(qū)是世界最大的鎢礦床，主要采用“九一二大隊宏觀統(tǒng)籌—3家二級實體單位全面管理—機(jī)臺鉆探施工”的組織管理模式，有小而散、散而亂之嫌。

朱溪礦區(qū)以鉆探深孔為主，對施工設(shè)備器具、鉆進(jìn)工藝技術(shù)和人員技能要求較高?，F(xiàn)有的6型立軸鉆機(jī)和17 m斜直兩用鉆塔等裝備、簡單粗糙且不及時的泥漿技術(shù)、難以掌握的孔內(nèi)準(zhǔn)確情況、單一的孔內(nèi)事故處理手段等等，給本就粗放的施工管理工作帶來了很大的挑戰(zhàn)。

朱溪礦區(qū)鉆探施工質(zhì)量要求尤其是孔斜要求非常高，鉆孔深部地層破碎、松散、遇水崩解、垮塌等不穩(wěn)定，給技術(shù)管理工作出了很大的難題。更加遺憾的是專職技術(shù)人員少且不精。

4 存在的問題

盡管九一二大隊朱溪礦區(qū)曾經(jīng)取得如下成績和榮譽(yù)：(1)3次創(chuàng)造江西省地礦局地質(zhì)巖心鉆探最深鉆孔紀(jì)錄；(2)連續(xù)5年榮獲江西省地礦局優(yōu)質(zhì)鉆探工程獎；(3)2014年采用螺桿定向糾斜工藝技術(shù)完工的終孔孔深2047.60 m的ZK5407孔，歷經(jīng)自1288.70 m開始至1637.25 m結(jié)束的17次糾斜(糾斜總進(jìn)尺47.80 m)并成功，開創(chuàng)了江西省地礦系統(tǒng)深孔螺桿定向糾斜先例；(4)2015年，“減小鉆孔施工的水平位移”QC成果在江西省第三十六次質(zhì)量管理小組代表大會上榮獲全省二等獎，該QC小組在江西省質(zhì)量活動推進(jìn)總結(jié)大會上榮獲2015年江西省優(yōu)秀質(zhì)量管理小組；(5)以朱溪礦區(qū)鉆孔施工技術(shù)為素材公開發(fā)表專業(yè)技術(shù)論文6篇等。但是以下4個問題的存在，也是不容置疑的。

4.1 現(xiàn)有鉆探裝備難以繼續(xù)滿足2000 m鉆孔施工要求

與通常采用“大馬拉小車”的鉆探設(shè)備選用模式不同，朱溪礦區(qū)實際施工中是“小馬拉大車”。因為，正常情況下，XY-6型鉆機(jī)施工?75 mm口徑的孔深達(dá)2000 m就基本滿負(fù)荷了，SGX-17型鉆塔額定工作負(fù)荷只有15 t。尤其是鉆塔，根本無法滿足2000 m左右深度鉆孔需求，反而產(chǎn)生重大安全事故隱患。務(wù)必選用鉆深能力更大的立軸鉆機(jī)如XY-7或XY-8型鉆機(jī)、額定工作負(fù)荷30或50 t的斜直兩用四角鉆塔。

4.2 深孔重大孔內(nèi)事故頻發(fā)

除了孔斜事故外，多發(fā)的孔內(nèi)事故主要是鉆孔垮塌事故。“深孔無小事”。毫無疑問，深孔重大孔內(nèi)事故頻發(fā)，是我們鉆探施工包括組織領(lǐng)導(dǎo)和工藝技術(shù)真實水平的真正體現(xiàn)，同時也反面證明：各級領(lǐng)導(dǎo)正確決策和指揮、技術(shù)人員大力推廣先進(jìn)工藝技術(shù)、機(jī)長班長規(guī)范操作互相協(xié)作密切配合，是提高鉆探施工水平、能力和效果的重要途徑。

4.3 孔斜防治問題突出

前述表1可知，朱溪礦區(qū)完工的鉆孔共43個，采用螺桿糾斜鉆孔就有8個，其中2016年施工的5個深孔，孔孔糾斜。在不得不接受“高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”的孔斜質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，孔斜防治的原則應(yīng)該是：預(yù)防為主，治理為輔。具體建議：(1)地質(zhì)設(shè)計方面盡可能設(shè)計初級定向鉆孔，利用一般情況下鉆孔自然彎曲的明顯規(guī)律設(shè)計鉆孔，可以達(dá)到操作簡便、投資少、施工快的效果，這是最重要、也是最簡單和最有效的方法，詳見圖1；(2)做好開孔和下孔口套管工作；(3)采用剛性更好的?110或114 mm而非?89 mm繩索取心鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，采用保直防斜效果良好的液動潛孔錘進(jìn)行金剛石繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；(5)安裝合乎要求的擴(kuò)孔器作穩(wěn)定器；(6)把好換徑關(guān)；(7)地層軟硬變化時，掌握好壓力，盡可能保持勻速鉆進(jìn)；(8)如出現(xiàn)了偏斜，采用螺桿定向鉆進(jìn)糾斜。

圖1標(biāo)準(zhǔn)曲線法設(shè)計初級定向鉆孔軌跡

4.4 護(hù)孔工作急需加強(qiáng)

深孔護(hù)孔工作的好壞，很大程度上決定了鉆孔施工效率的高低、施工成本的大小、施工質(zhì)量的好壞，甚至決定了鉆孔施工能否成功?？梢赃@么認(rèn)為，一個機(jī)臺、一個單位的鉆孔護(hù)孔水平的高低，直接反映了該機(jī)臺、該單位總體鉆探施工水平的高低。鉆孔護(hù)孔工作總的思路是：充分認(rèn)識地層特點(diǎn)，正確選用護(hù)孔方法，打牢套管護(hù)孔基礎(chǔ)，發(fā)揮水泥護(hù)孔作用，抓好泥漿護(hù)孔關(guān)鍵。朱溪礦區(qū)鉆孔上部包括空洞在內(nèi)的套管護(hù)孔工作，值得肯定；深孔水泥護(hù)孔沒有發(fā)揮應(yīng)有作用，有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善；不穩(wěn)定地層采用聚丙烯酸鉀、低瑩光特效防塌護(hù)壁降失水劑、防塌潤滑劑等的磺化瀝青無固相沖洗液，效果良好；水敏性不穩(wěn)定地層采用聚乙烯醇無固相沖洗液，如ZK2103、ZK3004、ZK1812鉆孔均在深部使用了聚乙烯醇，初步顯示出了優(yōu)良的成膜作用，必須繼續(xù)推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

朱溪礦區(qū)鉆探施工存在鉆孔深、鉆孔斜、相對淺孔而言地層更復(fù)雜、質(zhì)量要求尤其是孔斜要求嚴(yán)格和孔內(nèi)事故嚴(yán)重等施工難點(diǎn)，務(wù)必從提高鉆探裝備的施工能力、遏制重大孔內(nèi)事故發(fā)生、堅持預(yù)防為主治理為輔的孔斜防治原則、抓好泥漿護(hù)孔這一關(guān)鍵工作等4個方面，繼續(xù)努力，不斷解決鉆探施工難題，爭取取得與朱溪礦區(qū)之世界最大鎢礦和2015年全國十大地質(zhì)找礦成果榮譽(yù)相媲美的新成果。

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ReviewandReflectionofZhuxiMineDrillingConstructioninJiangxiProvince

HUANGZhong-gao1,LIZhi-qiang1,YANGQi-wen2

(1.912 Brigade, Jiangxi Province Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Yingtan Jiangxi 335000, China; 2.Hongfeng Exploration Co., Ltd., Laiwu Shandong 271100, China)

Based on the introduction of drilled strata characteristics of Zhuxi mining area, the construction difficulties are analyzed systematically in the aspects of deep drilling depth and easily being inclined, more complex formation comparing with shallow drilling, higher requirements of drilling quality, especially for hole inclining and some others. This paper summarizes the main drilling equipments selection, drilling construction management works and major technologies including drilling methods, hole structures, drill bit selection, drilling technical parameters, flushing fluid selection and hole wall protection and plugging measures; suggests improving construction capability of drilling equipments, curbing serious downhole accidents in future deep hole construction, insisting on the control principle of prevention first and treatment secondary and being prepared for hole wall protection with mud.

core drilling in deep holes; drilling equipment; drilling technology; construction management

2017-01-17；

2017-09-06

黃忠高，男，漢族，1968年生，鉆探工程專業(yè)，從事探礦工程生產(chǎn)與技術(shù)管理工作，江西省鷹潭市月湖區(qū)梅園大道16號，hzg681022@126.com。

P634

B

1672-7428(2017)10-0042-05