黄岭矿区复杂地层绳索取心钻进综合治理

林振福

(广东省核工业地质局二九三大队，广东 广州 510811)

近年来随着我队地质探矿项目增多，而且施工向中深部钻探延伸的发展趋势，各探矿施工单位遇到的钻探施工问题越来越多，特别是绳索取心钻进在复杂地层钻孔中的漏水、缩径、坍塌、掉块、风化等等以及孔壁岩层遇水风化膨胀造成的孔内复杂化的特征。如果机台工作人员不高度重视，及时处理排除，就会造成孔内事故发生，钻具无法正常下到孔底钻进，轻则造成岩粉增多，重复钻进，增加隐患，进尺缓慢，成本加大，重则造成埋钻、烧钻，钻杆拆断等孔内事故，甚至造成报废工作量。笔者根据三十多年来绳索取心钻进复杂地层的钻探工作经验，谈谈在钻进过程中，钻孔在千变万化的复杂地层钻进泥浆护壁堵漏综合治理的点滴认识及体会，供同行们参考借鉴。

一、黄岭矿区地层概述

黄岭矿区处于罗定白垩纪断陷盆地南缘，广宁—罗定断裂带和吴川—四会断裂带之间夹持的贵子弧形构造中段，强应力变形区内。区内地质构造、岩浆活动较为发育，出露地层主要有蓟县纪云开群、泥盆纪、白垩纪和第四纪。已发现和控制的矿体主要受蓟县纪云开群、泥盆系、白垩系所构成的不整合断裂构造控制。矿石风化、破碎、容易膨胀、松散的水敏性地层，往往造成孔内严重垮碴和坍塌。若不及时排除治理，甚至演变为重大孔内事故，造成报废工作量的后果。在黄岭矿区复杂地层绳索取心钻进中，软硬地层的互变是多种多样的。如何应对这样复杂多变地层，是个比较复杂的技术难题，单纯应用一般的护壁堵漏材料和方法、手段。是较难攻克黄岭矿区复杂地层，钻探工作中所见复杂地层都有其固有特征和基本影响要素，这就会限制我们单纯考虑某一项护壁堵漏材料和方法是“最好”的。迄今很多钻探工程师及钻探技术工作者发表了大量的有卓见的理论、实践、经验等等见解。这些见解对于解决绳索取心钻进攻克黄岭矿区复杂地层的综合治理起到了独特的作用。不过事实证明:任何单项的护壁堵漏方法都不是万能的，它不能解决一切复杂地层钻进问题。攻克复杂地层综合治理，要达到理想的效果，而且经济上也是最省的，那就只有在加强复杂地层的综合研究的基础上，认真研究、制定综合治理的方案及措施，才能解决黄岭矿区复杂地层钻进中难题。

二、常规的“护堵”治理方法

通常绳索取心金刚石钻进在岩层比较完整，地层不太复杂，钻孔轻微漏水、孔内干净地层较稳定，岩粉厚度小于0.3 米的施工，如黄岭矿区Zk21—2 钻孔，通常情况下我们都采用常规的“护壁堵漏”治理方法进行钻进。

1、PHP 低固相泥浆配比

粘土粉:3%——4%

纯碱:0.1——0.2%

往基浆内加水解聚丙烯酰胺(PHP)100——300PPM，搅拌30 分钟后即往水源箱中添加。

粘土粉加水搅拌后加纯碱钠化以充分分散粘土颗粒。粘土粉必须预先泡制6 小时以上。

2、PHP——Na——CMC 无固相冲洗液配比

HPAM (水解度H=30%、分子量M=600——800万、浓度1%)200PPM。

Na——CMC (干量)0.3——0.6%

癸酯酸钠(干粉)0.3%

把HPAM 加入清水中搅拌5-10 分钟，再加入预先泡制好的Na-CMC，搅拌10 分钟后，加入癸酯酸钠搅拌即成。

3、“魔芋”——烧碱——硼砂无固相冲洗液

魔芋粉:3000PPM——4000PPM (0.3-0.4%)

烧碱:加量控制PH 值等于8-10 之间即可，约魔芋粉重量的10%-30%。

硼砂:为魔芋干粉重量的20-100%。

先把定量魔芋粉加入水中搅拌5 分钟后，再加入NaOH 搅拌约30 分钟，加清水后搅拌约1 小时即成。如需稀释成较低浓度的冲洗液，可加入定量清水搅拌均匀现场使用。

魔芋粉无固相冲洗液可以与HPAM、CMC、水玻璃等处理剂，任意比例可混合使用。

三、水泥与PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理

绳索取心钻进在黄岭矿区地层相对较复杂的岩层中钻进，我们通常使用水泥、PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理，通过对所在矿区地层进行认真总结、分析、探索，我们研配和探索了一套适应在黄岭矿区的绳索取心钻进的综合治理方案，较好地解决了钻探过程中的难题，为该矿区在复杂地层顺利钻进提供后续保障，主要特点是:

①加快探矿进度，满足地质工程质量标准要求;

②节约探矿成本，提高经济效益和社会效益;

③提高探矿机台的台月效率和纯钻进时间，快速解决钻孔漏失水以及孔壁保护层链状的形成;

④转变探矿技术人员，对使用水泥、PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏在黄岭矿区地层综合治理的全面认识;

⑤降低探矿工人劳动强度，提高探矿机台专业技术水平;

⑥调动探矿工人施工积极性，创建文明生产施工;

⑦减少各类机械事故、孔内事故、人身事故的发生。

1、普通硅酸盐水泥——三乙醇胺浆液

水灰比:0.4-0.5

三乙醇醇胺:0.05-0.1%

食盐:0.5-2%

普通硅酸盐水泥及矿碴水泥均可用此配比，能较快提高泥浆早期强度，并且可延长灌浆周期，且不易发生灌浆管道流通事故，用WW/90 变量泵可一次性灌至钻孔任何部位。

2、超早强水泥

水灰比:0.6-0.8

铁铬盐(FLLS):0.2-0.5%

影响水泥灌注成功与否的因素很多，除了探矿技术人员的操作方法、专业技术水平、素质、还有灌浆的部位、地层特征以及钻进工艺外;对于灌浆工艺、灌浆方法、压水计算、水泥浆配比、外加剂及掺量等等对其有着重要的影响。在此不一一叙述。

3、PHP 与惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理

使用PHP 与惰性材料聚合物护壁堵漏进行综合治理，主要应用于黄岭矿区地层复杂、岩层软硬互变突出，钻孔内漏失水特别严重，地层破碎、研磨性强，钻孔局部有裂隙、坍塌、掉块、缩径以及孔壁岩层遇水风化膨胀造成的孔内复杂化的情况下，我们主要应用PHP 与惰性材料聚合物的方法，来提高钻进过程中的护壁堵漏综合治理有效途径。

聚丙烯酰胺(分子量1000-1500万、水解度30%，浓度1%)1000-3000PPM

水泥(普通硅酸盐水泥)适量

惰性材料聚合物(稻草杆、废麻绳、谷康、锯末康、花生壳、甘蔗渣)

①PHP 与惰性材料聚合物及配方:

我们应用PHP 与惰性材料聚合物主要为锯末康、花生壳、甘蔗渣、水泥、聚丙烯酰胺;把花生壳、甘蔗渣、锯末康用粉碎机粉碎成规格粒度为最小0.5mm、最大5mm，惰性材料聚合物加工之前需把材料晒干。

配方:根据钻孔内地层的漏失水量、钻孔裂隙大小以及灌注工艺流程不同，选择配比不相同。通常情况下对裂隙破碎带小，漏失水量相对不大的岩层;锯末康(固结性好)、花生壳(堵漏效果好)、甘蔗渣(吸水性强易膨胀)的比例为1:1.5:2，泥浆粘度控制在25～30 秒。地层复杂性的变化往往不是绝对的，况且惰性材料聚合物与PHP 及水泥混合成浆液或固体后，受时间与探矿工作人员等等因素影响，多数情况下我们采用1:1:1 相配。对溶洞或裂隙大，漏失水严重，坍塌、掉块的孔段长的地层，就要专门配制粘度高、浓度大护壁堵漏泥浆。而且惰性材料粒度要大，泥浆量可以提高20%。也可以用聚丙烯酰胺与惰性材料、水泥做成泥球投入孔内，再用钻具回转挤压。

②灌注工艺法:

边漏失水边堵护方法:对钻孔裂隙破碎带小，漏失水量相对不大的钻孔岩层，一般采用水泵灌注的方法较好，将调试好的护壁堵漏惰性材料加入泥浆里，搅拌均匀，用水泵灌送的方法和正常钻进在样使用，方法简单，节约成本、降低劳动强度、效果很好。

孔口投入工艺法:对溶洞、裂隙、漏失水大钻孔的裂隙破碎带严重，坍塌、掉块的孔段长的地层钻孔地层相对复杂，专门配制粘度高、浓度大护壁堵漏泥浆，用惰性材料聚合物与PHP 及水泥混合成固体浆液后，做成泥球投入孔内，再用钻具回转钻进挤压到各溶洞、裂隙、漏失部位。每回次起钻后即往孔内投入球，即配即用，投入孔内后马下钻进行钻进，这样坚持数回次，孔口就会返水。因为当聚丙烯酰胺--惰性材料——水泥混合浆液进入漏失层后，形成凝胶，堵塞了溶洞、裂隙带的漏失层部位，达到理想效果和综合治理预期目的。

四、绳索取心金刚石钻进套管护孔综合治理

绳索取心钻进金刚石钻进，在黄岭矿区复杂岩层岩溶施工中，我们常用的PHP 低固相泥、PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理，但在黄岭矿区糯米坑连州断裂破碎带的岩溶钻进时，采用PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理，效果不是很多，而且达不到我们预期目的;这样我们只好应用劳动强度相对大的护壁堵漏综合治理方案--套管跟进护壁综合治理。为了更顺利达到穿越多层位坍塌溶岩，严重漏失水复杂岩层，提高探矿效率，保证钻孔质量，降低钻探成本，采用套管护孔综合治理是必需的一种手段。在大力推广使用泥浆护孔，水泥护孔和化学浆液护孔，并实现无套管钻进，虽收到一定的效果，但钻进效率、台月效率低，钻孔质量得不到保证、钻探成本高，技术工人劳动强度大。根据我们多年的钻探实践经验，套管护孔，在多层位、多孔段坍塌、掉块、连通性大裂缝复杂岩层钻孔中，是可靠而又经济的综合治理办法。

五、绳索取心金刚石钻进护壁堵漏综合治理实例

1、常规的“护堵”治理方法实例

绳索取心金刚石钻进对钻进地层比较完整，钻孔轻微漏水、孔内干净、且地层较稳定岩层施工，我们应用常规的“护壁堵漏”治理方法;如:黄岭矿区Zk21—2 钻孔，设计孔深380 米，实际终孔孔深406.15 米，设计倾角75°，采用绳索取心金刚石钻进工艺，该孔根据地质设计，200 米以上有4段2～6 米不等的破碎岩层、轻度坍塌、掉块、漏失水。采用φ108 直径开孔，钻进到35.62M 后到基岩面，入下入φ110 套管;应用PHP 低固相泥浆钻进，PHP 低固相泥浆配比:膨润土粉:3%—4%;纯碱;0.1—0.2%;搅拌10 分钟后，往基浆内加水解聚丙烯酰胺(PHP)200—300PPM，搅拌30 分钟后即往水源箱中添加。从开孔至终孔，用了25 天时间，并达到地质设计要求。在施工Zk21—2 钻孔，我们有两点感想;其一:膨润土粉加水搅拌后，加纯碱钠化以充分分散粘土颗粒上，膨润土粉必须预先泡制6 小时以上;其二:PHP 的使用量，应根据孔内地层复杂情况进行调整。

2、PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理实例

在黄岭矿区复杂地层的绳索取心金刚石钻进过程中、由于岩层软硬互变突出，钻孔内漏失水特别严重，地层破碎、研磨性强，钻孔局部有裂隙、坍塌、掉块、缩径以及孔壁岩层遇水风化膨胀造成的孔内复杂化的情况下，我们主要应用PHP 与惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理的方法，来提高钻进效率，效果非常好。

3、绳索取心金刚石钻进套管护壁堵漏综合治理实例

绳索取心金刚石钻进在黄岭矿区牛路坑岩层施工中，我们常用的PHP 低固相泥、PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理，效果非常理想;但在黄岭矿区糯米坑连州断裂破碎带的复杂岩层岩溶施工钻进时，采用PMP 及惰性材料聚合物护壁堵漏综合治理，效果不是很好，而且达不到我们预期目的;这样我们只好应用劳动强度相对大的护壁堵漏综合治理方案--套管跟进护壁综合治理。为了更顺利达到穿越多层位坍塌溶岩，严重漏失水复杂岩层，提高探矿效率，保证钻孔质量，采用套管护孔综合治理是也是必需的一种手段。在大力推广使用泥浆护孔，水泥护孔和化学浆液护孔，并实现无套管钻进时，虽收到一定的效果，但钻进效率、台月效率低，钻孔质量得不到保证、技术工人劳动强度大。根据我三十多年的钻探实践经验，套管护孔，在多层位、多孔段坍塌、掉块、连通性大裂缝复杂岩层钻孔中，是可靠又安全的综合治理办法。

六、小结

绳索取心金刚石钻进，在黄岭矿区复杂地层的施工，综合应用了各种护壁堵漏材料及方法，形成了一些共识和体会。我们认为:在黄岭矿区糯米坑连州断裂破碎带复杂地层的钻进，采用护壁堵漏泥浆主要应用PHP 与惰性材料综合治理，是解决复杂地层钻进的有效途径。务必在做好钻探工程单孔施工设计，了解和掌握地层的变化，正确选择最优的护壁堵漏材料和方法，制定实施方案，“对症下药”应用有效的护壁堵漏手段。