金鸡窝矿区钻探施工影响因素及质量保证措施

李长春

摘要：金鸡窝矿区地质构造位于九江台陷瑞昌-九江凹皱断束长山-城门山背斜的东断北翼近倾伏端处。文章通过对金鸡窝矿区钻探施工中矿区地质地层的分析，提出了为应对复杂地层保证钻孔质量的一系列措施，以供相关人员参考。

关键词：金鸡窝矿区；钻孔质量；施工影响因素；质量保证措施；复杂地层 文献标识码：A

中图分类号：P634 文章编号：1009-2374（2016）13-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.073

1 影响钻探施工中矿区地质地层的因素

金鸡窝矿区地质构造位于九江台陷瑞昌-九江凹皱断束长山-城门山背斜的东断北翼近倾伏端处，矿区地质钻探施工环境为复杂类型，具体影响到岩心钻探施工难以取芯的地层是花岗闪长斑岩地层和碳酸盐岩溶地层。矿区的岩浆岩为花岗闪长斑岩和石英斑岩，矿区北西大部分为赛湖水域，均被较厚的第四系全新统淤泥黏土、粉质黏土、含粘土砂砾岩，上更新统含碎石粉质黏土，中更系统粉质黏土，碎石粉质黏土及砂砾卵石覆盖，矿床为斑岩型矽卡岩型铜硫矿，矿石及围岩多呈现松软、半坚硬状态，工程地质条件差，地下水类型有松散岩类孔隙水，碳酸盐岩溶裂隙水，碎屑岩裂隙水，水文地质条件复杂。

1.1 花斑闪长斑岩地层及施工的不稳定性

花斑闪长斑岩岩石具斑状结构，斑晶主要为斜长石、角闪石、黑云母、钾长石和石英。基质具微粒-细粒结构成分，跟斑晶接近。钾化和硅化的花斑闪长斑岩样品中有较新鲜的角闪石，斜长石和钾长石有较弱的绢云母化，磷灰石较为自形，颗粒较粗大，仍有少数颗粒发生溶烛现象。花斑闪长斑岩的内部构成结构成分，它的结构不稳定性以及内部成分易于发生溶蚀现象，这些都会给岩心钻探施工本身增加一定的难度。

1.2 碳酸盐岩溶地层及施工中的未知性

碳酸盐岩溶地层，伴有碳酸盐岩溶裂隙水，碎屑岩裂隙水，水文地质条件复杂，有时伴有大裂隙以及空间大小未知的溶洞，给岩心钻探施工造成了极大的困难。

2 钻探施工中保证钻孔质量应对复杂地层的措施

鉆进中对于以上复杂地层，根据不同实际情况做好预防，认真对待，要保证复杂地层的岩心采取率，在孔内漏失严重地层、裂隙、溶洞以及不稳定地层避免盲目，要认真研究，区别不同情况认真对待，做出最佳处理方案。

2.1 复杂地层钻孔结构的选择

针对城门山金鸡窝矿区地质地层情况的复杂化，根据地质工程师对钻孔的孔深及对地层的预设计，施工方要根据地质设计做好对该钻孔结构的设计，这对顺利完成特定钻孔的钻探施工至关重要。原则上钻孔结构孔内套管层次，尽量简单化，针对设计的中深部及深部钻孔情况、地质地层复杂情况对钻探施工中的影响，考虑钻孔后期施工中遇到问题有一定回旋余地，选择上一级开孔口径，穿过第四系覆盖层，下好第一级套管；中间一层套管要考虑到中途可能扩孔等因素，第三层套管的底部位置一定要下到穿过地质设计的诸如花岗闪长斑岩及可能出现溶洞的地层。以上的情况问题的关键词为开孔孔径选择、换径位置、套管级配等。

2.2 孔斜的预防措施及孔深校正

孔斜的预防上最主要的一点是要把好开孔验收关，机场地基平整坚固，钻塔钻机安装水平，验收时直孔要保证天车立轴钻孔位三点一线，垂直地面90度，斜孔验收一定要用罗盘打好立轴钻进方位和立轴的倾角。钻进中严格按照地质设计要求直孔每100m或斜孔每50m测量钻孔弯曲度参数方位角和倾角，直孔每100m或斜孔每50m、钻孔终孔按设计要求校正孔深，确保孔深误差在规范范围内以及进入矿层加测的要求。如果因自然因素孔斜测量在规定的整数位置超出规范，就要停止钻进进行纠偏处理，方法是用螺杆钻受控定向钻进工艺纠斜。

2.3 钻进中遇到复杂地层措施及确保岩矿心采取率问题

诸如花斑闪长斑岩地层及碳酸盐岩溶地层，施工中的不稳定性和未知性，其中的泥页岩、石灰岩地层溶洞以及裂隙发育地层、易坍塌不稳定地层、松散易碎不易取芯的地层、水溶以及膨胀缩径地层等，在施工中除了影响正常钻进外，主要对岩心采取率有很大的影响，同时还会伴随孔内事故的发生。对于溶洞以及裂隙发育地层，涉及到堵漏工艺，对于易坍塌不稳定松散易碎地层，涉及到护壁问题，对于水溶以及膨胀缩径地层则更要在冲洗液上做功课。

施工中如遇到严重漏失水地层，注意泵压表压力变化，表上会反映出具体漏失水孔深位置。泵压突然升高，判断钻头底部水口是否因磨损变小受堵，避免烧钻；突然泵压表没有压力了，判断钻孔底部是否大裂隙失水，预防烧钻等，或通过孔内阻力判断以及对钻具液压称重，判断是否孔内断钻杆，造成孔内假循环致使泵压减小等。

根据施工中孔内具体漏失孔深位置和漏失程度情况，可采用泥浆护壁或者泥浆中加入惰性材料堵漏，高分子聚合物泥浆，水泥浆堵漏；孔内岩性稳定的小裂隙漏失水，在孔外水源充足补水足以弥补孔内漏失水，能够保持一种动态平衡，此种情况视孔深及实际情况可考虑顶漏作业。

钻进中对于松散地层施工以及矿层钻进施工时，应根据地质对矿层位置的设计，对矿层顶板、矿层及底板的控制要求，确保钻进中特别是矿层位置的采取率。在接近地质设计的矿层上顶板位置、矿层位置、矿层下底板位置要控制每回次钻进长度，注意钻进参数的选择，比如钻进矿床为斑岩型矽卡岩型铜硫矿，要注意钻压和避免大泵量等。

施工中的钻进参数要根据钻进中的实际情况而定，比如根据岩层软硬程度、完整性、碾磨性等来合理确定钻进参数；根据钻速钻压泵量以达到最佳的钻进效果，在保证采取率的同时提高钻进效率。

2.4 钻探施工中孔内常见事故识别处理及预防

2.4.1 由于孔内地层夹杂反复套管底部下方可能反复出现不完整的松散层改径后的钻进中，孔壁不稳定甚至在起下钻过程中出现垮孔现象，此时泥浆护壁出现困难时，考虑到下面设计孔深较深，必要时可考虑起拔上级套管通径扩孔至完整地层，做好套管再改径钻进。如果孔内已经有两级套管，离地质设计孔深下面不深，可通过泥浆护壁等方法施工到底。

2.4.2 钻孔施工设计时，钻孔结构尽可能不复杂化，但考虑地质设计地层的中深部地层的不稳定性，终极套管可能需要下得比较深，此时套管间的连接为避免钻进中丝扣脱节或滑丝，连接时丝扣间除了上紧外，丝扣上要做些处理，如缠上麻绳和抹上沥青等；两级以上的钻孔结构护壁，一定要注意两级套管间的稳固，在孔口固定好，避免摇晃与钻杆碰撞钻进中套管易反脱。

2.4.3 孔内断钻杆和滑扣。

判断断钻杆的情况：钻进中正常断钻杆，烧钻时断钻杆，空壁卡钻，孔内钻杆回车滑扣等。

处理及注意事项：绳索钻杆断钻杆，用配套的同径正丝公锥，锥时注意轻、慢、小压力，避免用力过大把钻杆口锥成喇叭口，卡钻最好用吊锤打和砸，避免单一向上打卡死；滑扣选用丝扣好的钻杆下去套，确认连接后起钻换去丝扣不好的接手。对于孔底烧钻需要动用￠50mm反丝钻杆绳索反丝公锥去反孔内的正丝绳索钻杆。动用反丝前尽量把孔内的内管总成及内管打捞上来，减少后续处理工作的麻烦。

2.4.4 钻进中孔内事故的预防。钻进中操作者要加强责任心，钻进中注意进尺的快慢，孔内岩层变层，孔内岩层的硬度变化直接反映钻速的快慢，软层钻进要适当减压，硬层钻进进尺速度慢，要适当加压，考虑到钻头外径大小，钻头大，外缘线速度大，相比之下，小口径扭矩小，钻头外缘线速度小，可适当用高速檔钻进，以提高钻进效率。这些在钻进中根据地层实际情况调节钻进参数，钻压控制以钻进该地层岩层适当钻速为宜，避免为单纯追求钻速过于盲目加大钻压，导致孔斜，断钻杆甚至烧钻事故的发生。泵压的压力变化，随着钻孔深度的加深，孔底水柱的压强变化直接反映在泵压表上，孔底若地层突发性大裂隙发育，孔底漏失水，泵压急骤减小，此时要避免烧钻事故的发生，所以操作者眼睛不能离开泵压表。

机台班与班之间，班长交接班一定要把本班的孔内钻进情况如实交接给下一班，不能因为孔内出现了问题而推卸责任，故意隐瞒事故内情，以免延误处理时机，造成钻探生产事故和直接的经济损失。

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（责任编辑：秦逊玉）