四川理塘金礦勘探復(fù)雜地層鉆探施工難點(diǎn)及其對(duì)策

翁少海，舒 智，高啟貴，夏 東，李永強(qiáng)

（四川華鋒鉆探工程有限責(zé)任公司 四川 成都 610091）

四川省理塘金礦區(qū)地層中含有大段炭質(zhì)泥巖、蝕變玄武質(zhì)凝灰?guī)r，均屬強(qiáng)水敏性巖層，在鉆探施工中極易吸收沖洗液中的水分，引起孔壁失穩(wěn)，工程上表現(xiàn)為極易出現(xiàn)卡鉆、憋鉆、埋鉆等事故，為鉆探施工帶來極大難度。2016年我公司進(jìn)入該礦區(qū)施工，制定、執(zhí)行了科學(xué)合理的技術(shù)方案，取得了較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 地層概況

礦區(qū)出露地層為三疊系瓦能蛇綠巖組。有黃砂（泥）巖、角礫灰?guī)r、碳質(zhì)板巖、含碳質(zhì)板巖與炭質(zhì)泥巖互層和蝕變玄武質(zhì)凝灰?guī)r[2]。其總體產(chǎn)狀傾向東到南東，近南北向展布。礦區(qū)內(nèi)單孔水敏性地層累計(jì)厚度最高可達(dá)一百多米，單層水敏性地層厚度達(dá)40～50米。

2 施工難點(diǎn)

該礦區(qū)施工中同時(shí)存在多種復(fù)雜狀況，嚴(yán)重影響鉆探施工的正常進(jìn)行，具體復(fù)雜情況大致可分為以下幾類：

（1）破碎、掉塊。礦區(qū)表面覆蓋層多為黃砂巖或帶泥質(zhì)成分的粉砂巖，這類地層比較松散，破碎，容易掉塊或是垮塌。整個(gè)孔段地層大致是軟硬互層、破碎帶穿插出現(xiàn)的現(xiàn)象。所有鉆孔傾角均為75°，施工時(shí)鉆桿的擾動(dòng)容易引發(fā)掉塊卡鉆事故[3]。

（2）縮徑、垮塌。穿過覆蓋層后，下部地層為碳質(zhì)板巖、板巖泥巖互層、凝灰?guī)r和破碎灰?guī)r等。炭質(zhì)泥巖、風(fēng)化的綠泥石化變質(zhì)巖和凝灰?guī)r為水敏性巖石，有較強(qiáng)的塑性，遇水膨脹引發(fā)孔壁縮徑，碳質(zhì)板巖及泥巖厚度較深，影響排粉，容易造成埋鉆事故。

（3）漏失。破碎灰?guī)r伴隨有嚴(yán)重的漏失，對(duì)沖洗液護(hù)壁和防止掉塊都增加了難度，對(duì)掃孔劃孔和排巖粉都有較大影響。在中深孔的施工中，出現(xiàn)嚴(yán)重漏失時(shí)，操作不當(dāng)易引發(fā)卡鉆、燒鉆、埋鉆等孔內(nèi)事故，大大增加了施工難度。

3 采取的技術(shù)措施

為應(yīng)對(duì)上述難題，經(jīng)過認(rèn)真分析研究，在施工中采用了以下技術(shù)措施。

3.1 施工工藝

（1）采用合金干鉆開孔，再跟管鉆進(jìn)。礦區(qū)覆蓋層為黃砂巖或帶泥質(zhì)成分的粉砂巖，這類地層比較松散，破碎，干鉆開孔有利于形成穩(wěn)定的孔壁，保證開孔質(zhì)量和足夠的巖心采取率。

（2）控制打撈速度為保證良好的護(hù)壁效果和降失水效果，復(fù)雜層位鉆進(jìn)時(shí)需采用粘度較高的沖洗液，內(nèi)管打撈時(shí)在孔底和鉆孔內(nèi)壁形成抽吸作用相應(yīng)增大。為減少此抽汲作用的影響，在打撈時(shí)前幾十米一定要緩慢勻速上提。

（3）控制起管速度起下鉆的過程是孔內(nèi)安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，起下鉆的速度直接影響到激動(dòng)壓力和抽汲壓力的變化。我公司采用的鉆具、鉆桿組合形式，決定了孔內(nèi)環(huán)空間隙很小，形成的激動(dòng)壓力和抽吸作用都很大。因此，在復(fù)雜孔段的起下鉆速度均需得到控制。

（4）向孔內(nèi)回灌沖洗液為減少漏失帶來的不利影響，應(yīng)該隨時(shí)向孔內(nèi)回灌沖洗液。復(fù)雜層位起鉆時(shí)，為了使孔壁所受的內(nèi)外壓力基本保持平衡，鉆桿每提升幾十米后，應(yīng)該向孔內(nèi)回灌沖洗液，防止孔壁因壓力失衡而坍塌。

3.2 鉆進(jìn)參數(shù)

（1）由于覆蓋層比較松散，開孔轉(zhuǎn)速不宜過高、壓力不能過大，以保證開孔孔壁的穩(wěn)定和開孔的質(zhì)量。

（2）采用金剛石繩索取心鉆進(jìn)時(shí)，保持中低轉(zhuǎn)速，不宜過高。

（3）水敏性復(fù)雜地層施工中，轉(zhuǎn)速和泵量應(yīng)控制在合理值范圍。

（4）破碎地層，轉(zhuǎn)速和泵量不宜過高。

3.3 沖洗液方案

（1）開孔配方

A、開孔巖層為較完整的黃砂巖的；巖層比較穩(wěn)定，采用常規(guī)坂土漿液。

配方組成：膨潤土+純堿+纖維素。

B、開孔巖層為泥質(zhì)粉砂巖的；由于巖層中含有泥質(zhì)成分，遇沖洗液后泥質(zhì)部分容易被沖洗液帶走，影響巖心采取和采取率，通過適當(dāng)提高沖洗液粘度和膠結(jié)性的方法保證巖心采取率。

配方組成：膨潤土+燒堿+植物膠+纖維素

（2）碳質(zhì)板巖、不延續(xù)的泥巖（凝灰?guī)r）和破碎灰?guī)r地層沖洗液配方。這類地層容易掉塊，保證較高的巖心采取率難度較大。為確?？妆诜€(wěn)定和足夠的巖心采取率，沖洗液應(yīng)具備低失水量、高動(dòng)塑比和護(hù)壁作用的性能。

配方組成：膨潤土+燒堿+植物膠+纖維素

（3）連續(xù)長孔段水敏性地層配方

這類地層的特點(diǎn)是遇水容易膨脹、造成鉆孔縮徑，引起孔內(nèi)排粉不暢通、孔內(nèi)泵壓升高。為保證孔壁穩(wěn)定和合理的孔內(nèi)泵壓，沖洗液應(yīng)具備低固相、低切力、低失水量以及充足的抑制性。

配方組成：膨潤土+純堿+纖維素+S-1降失水劑+氯化鉀

3.4 堵漏

該項(xiàng)目在鉆進(jìn)至鉆孔下部破碎板巖、灰?guī)r地層時(shí)，常出現(xiàn)鉆孔漏失現(xiàn)象，堵漏工作也較為頻繁。通過采用以下方法進(jìn)行堵漏，取得了較為理想的效果：①對(duì)于小裂隙漏失的孔段，用801堵漏劑和適量鈉土添加到?jīng)_洗液中進(jìn)行隨鉆堵漏；②對(duì)于大裂隙漏失的，用803堵漏劑+纖維素+適量鈉土+聚丙烯酰胺+馬糞攪拌成粘糊狀，直接倒入孔內(nèi)，用稠泥漿將之壓入孔底，再來回快速掃孔，使其擠壓到裂隙中達(dá)到堵漏的效果；③若上述堵漏無效的話，還可用進(jìn)口堵漏劑AusPlug+803堵漏劑+纖維素進(jìn)行堵漏；

3.5 掃孔

在理塘金礦鉆探項(xiàng)目，掃孔對(duì)維持孔內(nèi)正常起到了很好的效果，是施工過程中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。每段水敏性縮徑地層一般都存在一個(gè)逐漸延長的縮徑周期。在縮徑周期內(nèi)掃一次孔，可以減少下次掃孔時(shí)間、減輕掃孔負(fù)荷，減小鉆進(jìn)泵壓，維持孔內(nèi)正常。經(jīng)過幾次掃孔之后，縮徑層的縮徑現(xiàn)象就會(huì)相對(duì)減弱。

4 結(jié)語

通過上述一系列技術(shù)措施和科學(xué)的沖洗液方案，我公司在理塘金礦區(qū)共完成有效總進(jìn)尺39454.80m，巖心采取率達(dá)到90%以上，平均臺(tái)月進(jìn)尺716米，無一報(bào)廢孔和報(bào)廢進(jìn)尺。該項(xiàng)目的順利完工，為我公司在此類水敏性復(fù)雜地層的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。也為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。