广西南丹大厂矿区1800米深孔钻探设备及技术措施

吴年超

（广西二一五地质队有限公司广西柳州545006）

广西南丹大厂矿区1800米深孔钻探设备及技术措施

吴年超

（广西二一五地质队有限公司广西柳州545006）

广西大规模地质矿产勘查项目大厂矿田更庄-龙神坳锌铜矿普查，设计钻孔孔深1800 m，详细介绍钻探设备材料选择，主要钻探技术措施，钻进体会。

钻探深孔钻探设备技术措施绳索取心钻进

0　前言

广西南丹大厂锡矿田是世界上最大的锡多金属矿之一，其锡、铅、锑等储量在全国占有重要的地位。

但随着近半个世纪以来矿山的不断开采，矿区保有储量日益减少，严重影响到矿山的持续发展。

为了增加矿山储量，延长矿山服务年限，近年来广西二一五地质队有限公司在老矿区外围开展了大量“探边摸底”的找矿工作，在老矿区的深部和边部相继发现了黑水沟-大树脚、羊角尖等多个大中型矽卡岩型锌铜矿床，潜在价值大于500亿元。矿体埋藏深，矿床边界尚未控制，展示了深部良好的找矿前景。

根据大厂锡矿田找矿工作需要，2010年3月我公司立项了广西自治区大规模地质矿产勘查项目——“广西南丹县大厂矿田更庄～龙神坳锌铜矿普查”，设计了ZK101-1号钻孔、设计孔深1800米，设计方位225°、倾角90°。该钻孔于2011年3月17日开孔，2011年10月7日终孔，历经199天，终孔孔深1800.51米，台月数6.6个，台月效为272米。

1　矿区主要地层情况

大厂矿田出露的地层为泥盆系～三叠系一套碎屑岩—碳酸盐岩—硅质岩组合，泥盆系为主要赋矿层位。

该区岩浆岩主要岩石类型为黑云母花岗岩和斑状黑云母花岗岩组成。矿田位于NW向丹－池褶皱断裂带的中段，区内构造发育、以NW、NNW方向为主的不对称线形褶皱和逆冲断层，组成了区内的构造格架，是大厂矿田内主要的控岩、控矿构造，被多组NE、NNE断层切割，形成复杂的构造带，矿区构造发育。

2　钻探设备及主要材料的选择

2.1钻机的选择

根据以往我们施工情况经验分析，施工深孔主要是考虑钻机钻进能力、扭矩力、升降起重力。

经过市场考查对比，我们选用了连云港黄海探矿机械厂生产的HXY-6B型钻机，该钻机的主要技术参数为：钻进能力800～2200米（钻杆114～50mm）；75KW电动机（100KW柴油机）；钻孔角度75～90°；转速81～1037r/min（8挡）；立轴最大矩7800N.M、立轴行程600 mm、立轴最大起重重力200KN、立轴最大加压压力150KN、立轴内径118 mm；卷扬机单绳最大提升力85KN、钢丝绳直径21.5mm、最大卷绳量为120 m；外形尺寸（长×宽×高）3200 mm×1300 mm×2200 mm；钻机质量（不含动力机）3800kg。

经过深孔占进使用情况看，该钻机能够满足钻进1800米钻孔的要求（终孔直径为75 mm）。

深孔钻进中一直用电机55KW，动力能满足施工需要。到终孔时，在使用中除立轴头卡盘部位的大轴承损坏一次，钻机其他部位一切正常。

2.2钻塔选择及安装

根据以往钻探施工经验及施工区域搬迁条件、后续继续使用情况分析，施工深孔首先是考虑钻塔负荷能力是否能满足钻孔如果继续加深后的负荷能力，这是最主要、最关键问题；其次钻塔高度，考虑升降钻杆立根时升降时间、钻杆立根是否能满足摆放；再三考虑钻塔搬迁条件、后续继续使用、节约成本。

我们选用了连云港黄海机械厂生产的SGZ23-50型四角铁钻塔，该塔主要配XY-5型1500米岩心钻机使用，也可配用于孔深1800米以内且负荷符合钻塔规定的其他型号钻机。该塔总重量轻，单件重量小，适合经常折迁和高空安装的要求。其主要技术参数为：天车正常负荷230KN，最大负荷300KN，钻塔高度23m，塔底尺寸5.5×5.5M2塔顶尺寸1.2×1.2M2，移摆立根长18-19米。ZK101-1孔终孔深度1800米，访钻塔稳定好，完全满足施工要求。

钻塔安装处理方法，由于考虑到到钻孔深度大，钻杆重量大，钻塔负荷重，地盘要求保证平整完工。

在地盘平盘时用水泥加石碴拌成混凝土硬化成厚20cm的硬底，保证施工时地盘完全达到要求。钻塔安装时按操作规程进行进行安装。

2.3水泵的选择

经过钻探设备市场调查和对比，选用衡阳探矿机械厂生产的BW-320型泥浆泵，该泵性能可靠、质量好、易损件寿命长，但重量较大、动力要求大，从使用情况来非常好、没有出现损坏情况。

2.4拧管机选择

选用北京中地装备机械仪器有限公司生产的SQ114/8型绳索取心钻杆动力钳，该动力钳适用绳索取心钻杆快速上卸扣的一种开口动力钳，特点：动力钳由主钳和背钳组成，结构紧凑，重量轻、效率高、高档速度快、低档扭矩大、动作灵活可靠，安装、调整、使用、维修方便，也易分离使用、搬迁。

使用动力钳大大减轻劳动强度、提高升降钻杆速度，效果非常显著。

2.5钻杆选择

市场上绳索取心钻杆材料主要有三种：

（1）普通绳索取心钻杆；

（2）钻杆体加厚公母接手带切口的绳索取心钻杆；

（3）两端经镦粗加厚的绳索取心钻杆。

在实际钻探施工中，钻杆易断折部位绝大部分是丝扣位置，在钻杆中间发生折断现象情况极少。钻杆两端经镦粗加厚，在钻杆丝扣处强度增加，能保证钻杆增加质量。

经过钻探材料市场调查、研究和对比、以前工作经验和比较，我们选用唐山市金石超硬材料有限公司生产的两端经镦粗加厚的绳索取心钻杆（ZXJS75）为主要钻杆和普通绳索取心钻杆（SW95），SW95钻杆可作套管使用，这两种绳索钻杆级差匹配；SW95钻杆能和φ108mm套管匹配使用。

经过钻进1800米施工钻孔，绳索取心钻杆在正常钻进过程中没有发生钻杆折断现象；只是在处理井故时发生六根钻杆在接手处折断六次现象，根据分析原因是钻杆接手磨得过薄受力而造成的后果。在处理井故完毕后，经检查发现有些接手变薄更换了些钻杆接手，再没有发生钻杆折断情况，钻孔很顺利完成施工。

2.6主动钻杆选

主动钻杆选择主要考虑钻孔深度和重量、扭矩力的传动等；主动钻杆有圆型和六方型两种，圆型主动杆受力太大情况易打滑、对提升力有影响。

深孔施工受力重，六方型更适合深孔施工，所以选用唐山市金石超硬材料有限公司生产的59 mm六方机上钻杆，机上钻杆配套高速轻便的水接头、五层高压水管。在施工完钻孔，机上钻杆一直很正常、只是换了几次水接头小轴承。

经过施工证明59 mm六方机上钻杆质量是符合要求。

3　钻探技术措施

3.1钻孔结构

由于本工作区为老矿区，地层岩石受后期坑道开采原因改变了原有的岩石结构，裂隙发育，漏失严重，易发生孔内事故，同时地下有许多不明民窿的巷道甚至于空采场，给钻探施工带来很大的影响。考虑到不可遇见因素。一开采用φ171 mm合金钻进，钻进超过第四纪地层到6米深，下φ168mm套管；然后换φ151mm金刚石钻头钻进15米，下φ146mm套管；换φ131mm金刚石钻头钻进35米，下φ127mm套管；换φ110mm金刚石钻头钻进60米，下φ108mm套管；换径φ95mm、要求φ95mm口径施工到450米。用φ95mm绳索取心钻进这深度的目是预防遇到严重失水和漏浆、破碎等不可预见因素影响的地层、避免必须采用多次扩孔变径下多套套管的施工方法；在φ95mm绳索取心钻进时，遇严重漏失地层基本采用顶漏钻进到设计深度、必要时可采用水泥护壁或提前换径。然后换用φ75mm绳索取心金刚石钻进至终孔。

3.2钻进工艺参数选择

3.2.1转速的选择：

转速的选择是钻探各参数选择的关键，本孔在金刚石钻进参数的选择，主要考虑设备机具能力和岩层的变化情况，在能力允许的情况下，尽量采用高参数（见表1）；450米以前浅钻采用四档转速（225r/min）为主钻进；在450米～1200米中深钻采用六档转速（389r/ min）为主钻进；在1200米以下深度采用四档转速（225r/min）为主钻进，在钻进过程中根据岩石的可钻性和研磨性.完整程度等实际情况适当调整钻进参数。

表1　

3.2.2压力的选择

浅孔时遇预漂斜严得采用轻压、低转速、适当水量钻进。450米以前浅钻采用轻压4-8KN；在450米～1200米中深采用在大钻压10-15K为主钻进；在1200米以下深度后适当减压钻进、采用8-12K为主钻进，

3.2.3冲洗液选择

450米以前，泥浆漏失非常严重、采用清水中加入聚丙烯酰胺+皂化油作钻进冲洗液，并在井口从钻杆旁在钻进中加冲洗液，就可以保证金刚石绳索取芯钻进的正常需要；450-1000米以灰岩为主，岩性胶结性差，松散破碎、漏失、掉块严重，并会有轻微坍塌，采用SD-KP低固相冲洗液+随钻型多效堵漏剂，能保障施工的顺利进行。

SD-KP低固相泥浆配置方案:清水+1%膨润土+0.4%SD-2+ 0.5%纯碱+0.5%CMC+0.02%PAm+0.4%KP共聚物，冲洗液性能指标为:密度1、02-1、05kg/l,失水量9-10ml/30min,PH值9-10,漏斗粘度20-24s。

该泥浆具有低失水、低粘度、低固相、造浆性能好等特性,有较强的水化分散和防塌护壁作用。

在使用过程中还要根据井内返浆的情况及时调整泥浆的浓度；1000米以下硅化灰岩、砂岩为主，我们采用LBM冲洗液,其配方为: NV-12%-5%,GSA0、1%-0、3%,GPA0、1%；冲洗液的性能指标为:密度1、02-1、05kg/l,失水量9-10ml/30min,PH值8-9,漏斗粘度18-24s。

4　钻探成果及工作中出现问题

（1）该钻孔于2011年3月17日开孔，2011年10月7日终孔，历经199天，终孔孔深1800.51米，台月数6.6个，台月效为272米。通过该深孔的施工实践，我们不仅在钻探工艺方面学习了施工经验，也为今后深孔施工奠定了技术基础。

（2）根据地层及老矿区工作施工设计要求，φ95mm口径施工最少要到达井深450米。实际施工中到达37米、岩性较完整，为了追求施工进度和现场施工技术人员深孔施工经验不足原因，未按设计要求提前换径用φ75mm钻进，造成在270米发生偏斜超差，最终重新用φ95mm扩孔到470米，既报废了进尺又浪费了15天时间。

（3）在施工912米时，由于地层遇破碎带变化大、当班班长施工经验不足及操作失误，造成糊钻井故。糊钻后，钻具总承及内管利用强拉取上，钻杆动用反丝处理，最后井内剩余钻具无法处理，采用加工合金钻头消灭方法处理钻具，前后共处理了33天才把糊钻事故处理好。

5　经验和体会

（1）HXY-6B型岩心钻机，满足1800米孔深施工，动力还十分充足。

（2）HXY-6B型岩心钻机，动力设计为75kw电动机，考虑到降低成本问题，从开孔我们先用55 kw电动机施工，施工中动力满足工作需要，最终到终孔我们一直采用55 kw电动机施工。既节约能源又节约了成本。

（3）选用唐山市金石超硬材料有限公司生产的两端经镦粗加厚的绳索取心钻杆。其各项技术指标满足1800米深孔设计施工需要。

（4）老矿区由于开采原因及坑道影响，钻孔结构设计要合理选择，并预留必要的技术口径套管。要适当考虑套管护壁这施工方案，能少走些施工弯路。

（5）绳索取心钻杆动力钳使用既降低劳动强度又提高工作效率、节约成本。

[1]卢飞，李华，赵振峰，王占芳.2010m斜孔钻探设备选择及技术措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36(3)：1-3.

[2]刘广志.金刚石钻探手册[M].北京:地质出版社，1991.

[3]乌效鸣，胡郁乐，贺冰新等，钻井液与岩土工程浆液[M].湖北武汉:中国地质大学出版社，2002.

P2[文献码]B

1000-405X（2015）-7-480-2

吴年超（1970～），男，本科，地质勘查工程专业，高级工程师，研究方向为钻探施工技术及管理工作。