貴州開陽某礦區(qū)深孔鉆探施工項目總結(jié)

張百東

（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊，廣東 肇慶 526060）

1 工程概況

貴州開陽某礦區(qū)距離貴陽市60公里，距開陽縣城僅12公里，我單位于09年和高山礦業(yè)簽訂合同并進入礦區(qū)進行勘查鉆探工作。

礦區(qū)地處貴州省貴陽市開陽縣雙流鎮(zhèn)東南方向，地理坐標(biāo)為北緯27°1.792′，東經(jīng)106°48.975′左右。臨靠305省道，交通相對便利。當(dāng)?shù)貧夂蚨嘤觎F，空氣潮濕，晴朗天氣較少[1]。

礦區(qū)內(nèi)地形多為山嶺，植被茂盛。有水流從附近水庫流出，穿過礦區(qū)，機臺施工用水比較方便。附近有田壩、古望、爛溝等村落可提供民房給鉆探隊居住和儲放材料物資，并可提供大量人力協(xié)助機臺搬遷。

2 礦區(qū)地質(zhì)條件

礦區(qū)巖層情況自上而下依次為：

（1）表層覆蓋層厚度5m～15m，為黃褐色粉砂質(zhì)粘土，其中夾雜粉砂質(zhì)粘土巖礫塊，自上而下含量遞增，分布雜亂，礫塊大小不一，直徑0.5cm～6cm。頂部粘土中含植物根系。膠結(jié)很差，水沖即散[2]。

（2）含鈣質(zhì)、砂質(zhì)粘土巖厚度350m～550m，深灰色或淺灰色灰?guī)r、頁巖。產(chǎn)狀30°～50°。含少量黃鐵礦自行晶體，星星點狀產(chǎn)出，粒徑0.1mm～0.3mm。巖石可鉆性等級Ⅳ-Ⅴ級。巖心完整，采取率可達100%。

（3）碳質(zhì)粘土巖厚度50m～100m，為黑色、灰黑色粉砂質(zhì)粘土巖、頁巖，偶爾含鈣質(zhì)。巖石可鉆性等級Ⅳ級。巖心完整，少許碎塊狀、碎屑狀（1%～10%）。采取率可達100%。

（4）白云巖厚度250m～400m，為淺灰色或灰白色含白云質(zhì)硅質(zhì)巖。具條紋狀，角礫狀構(gòu)造。該層為溶隙、溶洞發(fā)育底層，相對破碎，易發(fā)生漏水、涌水、坍塌等復(fù)雜情況。巖石可鉆性等級Ⅳ-Ⅴ級。巖心完整，部分呈碎塊、碎屑狀（1%～15%）。采取率95%以上。

（5）紫紅色粘土巖，該層為底板，鉆孔至此可終孔。

礦層一般在白云巖和底板交界變層處，為深灰色，深灰綠色厚層狀砂屑巖。厚度在0.5m～2m之間。白云巖中偶爾也存在一層礦層。厚度0.5m～2m之間。

3 鉆進工藝的選擇

采用金剛石繩索取芯鉆進工藝，針對白云巖層存在可能漏水，坍塌的情況，決定以S95繩鉆為主，當(dāng)遇到并穿越不穩(wěn)定地層后，下入套管，改以S75繩鉆繼續(xù)鉆進[3]。

表1 鉆頭規(guī)格

設(shè)計鉆孔深度在750m～1100m。由于礦區(qū)多山，為便于機臺搬遷，要求鉆機重量輕，拆卸方便，我單位采用連云港黃海機械廠生產(chǎn)的HYX-5立軸式巖心鉆機，該鉆機鉆機凈重（不包括動力機）約3000kg，主機可分解為10個部件（最大可拆部件重量450kg），搬遷方便，宜于山區(qū)工作。S95繩鉆鉆進深度1000m,S75繩鉆鉆進深度1300m。動力機采用YC6108柴油機，額定功率85KW,額定轉(zhuǎn)速2000r/min。

鉆機有8級轉(zhuǎn)速，動力機轉(zhuǎn)速2000 r/min時，立軸轉(zhuǎn)速從低到高為：104，181，308，361，479，629，1069，1661。

鉆機的其他一些性能參數(shù)見表2。

表2 HXY-5鉆機性能參數(shù)

對于鉆塔的選擇，首先要考慮塔底面積是否足夠擺放和操縱鉆機，然后考慮天車負荷是否滿足工作要求。由于要求直孔，所以采用直塔即可[4]。我單位選用SGZ18型鉆塔，該鉆塔為直塔，塔底面積4.5×4.5㎡，而HYX-5鉆機占地面積3.36×1.3㎡，足以擺放鉆機并有充足的操縱空間。天車正常負荷20噸，最大負荷30噸，滿足工作要求。鉆塔其他規(guī)格如下表。

表3 SGZ18型鉆塔參數(shù)

根據(jù)孔深和鉆進工藝的要求，注漿泵選擇BW-150型。它是一種臥式三缸往復(fù)單作用活塞泵，可變換8種不同壓力和流量，適合1500米以內(nèi)小口徑金剛石鉆探輸送沖洗液。該泵耗能少，操縱靈活，分解型好，易于搬遷，也可作為水泵向機臺抽水。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分時，沖次，流量，壓力如下。

表4 BW-150泵沖次，流量，壓力表

根據(jù)巖層情況，決定采用無固相聚合物沖洗液作為鉆井液。具體配方如下：

表5 鉆井液配置方案（1m3量）

其中聚丙烯酸鉀主要起護壁和攜帶巖粉作用，鉀離子抑制粘土巖層膨脹分散，植物膠SD-1起增粘和降失水作用，隨鉆型堵漏劑防堵小裂隙漏水，06型高效潤滑劑起潤滑鉆具作用。

表6 鉆井液性能控制范圍

配制按“嚴(yán)格計量,分別溶解,依次加入,性能調(diào)整,充分?jǐn)嚢琛钡脑瓌t進行，如遇破碎地層，可加入適量速溶硅酸鈉膠結(jié)巖石[5]。

本次鉆探任務(wù)有兩臺鉆機同時作業(yè)，分別為5號機和6號機。全年共完成8個孔的鉆探任務(wù)，總進尺七千多米。

4 下面以典型孔ZK603為例具體介紹施工過程

該孔孔位臨靠水邊，用水方便。開孔口徑130mm，下φ127mm套管8.91m；然后110mm口徑鉆入穩(wěn)定巖層后下入φ108mm套管9.07m；采用S95繩鉆進行取芯鉆進。

＜200m時，巖層為含鈣質(zhì)、砂質(zhì)淺灰色粘土巖，鉆機6-7檔，孔底壓力1.5t～2t，沖洗液為清水加0.1%聚丙烯酸鉀和0.3%高效潤滑劑，注漿泵慢2檔；

200m～400m時，巖石為含鈣質(zhì)、砂質(zhì)淺灰色或深灰色粘土巖，鉆機5～6檔，孔底壓力1.5噸左右，沖洗液為清水加0.2%聚丙烯酸鉀、0.2%植物膠SD-1和0.4%高效潤滑劑,注漿泵慢2檔；

400m～532m時，巖石為含鈣質(zhì)、砂質(zhì)深灰色粘土巖，鉆機5檔，孔底壓力1.5噸左右，沖洗液為清水加0.2%聚丙烯酸鉀、0.2%植物膠SD-1和0.4%高效潤滑劑,注漿泵慢2檔；

532-582 m時，巖石為黑色碳質(zhì)頁巖，鉆機4檔，孔底壓力1t～1.5t，沖洗液為清水加0.3%聚丙烯酸鉀、0.4%植物膠SD-1和0.4%高效潤滑劑，注漿泵慢2檔；

582m進入白云巖層，沖洗液按標(biāo)準(zhǔn)配置。600m開始巖心破碎，600.10m漏水[6]。由于動水位并不深，該孔對漏水情況果斷采取頂漏鉆進方法繼續(xù)鉆進，加大鉆井液濃度防止孔壁坍塌。鉆機3檔，孔底壓力1噸左右，鉆井液中加入0.05%速溶硅酸鈉固結(jié)巖石，注漿泵慢2檔；

748m時穿越破碎帶，下入151.79mφ89mm套管，改S75進行鉆進直至終孔。巖石為白云質(zhì)硅化巖，鉆機2～3檔，孔底壓力1噸左右，沖洗液按標(biāo)準(zhǔn)配置并加入0.03%速溶硅酸鈉，注漿泵慢2檔。

終孔845.31m，礦層位置：657m～658m（白云巖層中），837.5m～841m（白云巖與底板交界處）。

表7 ZK603臺月時間表

5 對于事故的處理

在鉆探行業(yè)中，謹(jǐn)記“預(yù)防大于處理”原則。由于孔內(nèi)情況看不到，摸不著，只能依靠經(jīng)驗判斷，事故處理起來比較麻煩，所以在工作當(dāng)中一定要遵循正確的工作方法，時刻注意水泵和鉆機的工作狀態(tài)，盡力避免事故的發(fā)生。

對于深孔鉆探有時會出現(xiàn)斷鉆桿的情況，斷口多為接手絲扣或鉆桿絲扣，處理辦法基本是用公錐下去錐緊斷口處拉上來。對于斷口偏移導(dǎo)致錐無法對正斷口的情況，可在錐上焊裝導(dǎo)向或在錐后裝一截弄彎的50鉆桿人工扭轉(zhuǎn)去對。在ZK603的施工過程中發(fā)生了φ71mm鉆桿斷在φ95mm孔徑里面的情況，斷口處發(fā)生偏斜而無法錐到，于是采取下面方法：在公錐外加焊一50cm左右φ89mm套管作為導(dǎo)向，成功解決事故。

在ZK601的施工過程中，遇到了卡鉆問題，用反絲鉆桿將鉆桿反出后，遺留鉆頭和下擴孔器在孔底，判斷卡鉆位置就在鉆頭部分?？紤]到孔底有沉渣，下錐不一定能錐到，即使錐到，如果難以拔起的話將使情況變得更加麻煩，于是采取以下措施：孔底鉆頭內(nèi)徑49mm，用50鉆桿加工鉆具，下入孔底進行鉆進，鉆穿鉆頭并繼續(xù)鉆進60cm左右。這樣清除了鉆頭的沉渣，并且磨掉鉆頭底部巖心，減少了扭轉(zhuǎn)并拔起鉆頭的阻力。結(jié)果下錐后成功錐到并扭轉(zhuǎn)鉆頭和擴孔器，然后慢慢邊回轉(zhuǎn)研磨邊往上拉，成功處理上來。

6 經(jīng)過現(xiàn)場實踐，對本礦區(qū)工作提出幾點建議：

（1）在施工過程中，大部分鉆孔遇到了漏水情況，根據(jù)嚴(yán)重程度大小。我們采用堵漏和頂漏鉆進兩種方法。對于頂漏鉆進方法，當(dāng)孔內(nèi)水位較深時，上部鉆桿極易因潤滑不夠而與孔壁摩擦發(fā)生抖動，對鉆桿造成極大損傷，并且難以提高鉆速，影響鉆進效率。采用潤滑沖洗液進行潤滑會大量消耗潤滑劑等材料增加鉆探成本。在這種情況下建議采取向鉆桿涂抹潤滑脂潤滑鉆桿。潤滑脂成分：黑機油，松香，瀝青，石蠟等。它與鉆桿粘附力強，潤滑性好，水中不溶，價格低廉。可人工涂抹或使用孔口涂抹桶涂抹在鉆桿上。

（2）本礦區(qū)巖石多為粘土巖，巖粉容易分散在鉆井液中，而且金剛石鉆進巖粉細小，沉淀池太小的話會導(dǎo)致巖粉沉淀不完全，使得鉆井液越來越濃，增大鉆桿回轉(zhuǎn)阻力，影響鉆井液性能。所以，沉淀池和泥漿池應(yīng)該盡量挖大些，使巖粉能夠充分沉淀，而且機臺人員要注意及時撈出沉淀巖粉，保證鉆井液性能，提高鉆進效率。

（3）注意環(huán)保。終孔后機臺場地盡量恢復(fù)原貌，泥漿池填平。廢棄物不要隨便丟棄，可集中銷毀。廢棄鉆井液不要隨便排放，因為含大量化學(xué)有機物，會對生態(tài)造成污染。