江西崇义淘锡坑矿区60°斜孔技术施工

■李文胜　宫寒冰　刘方海（江西省地质矿产勘查开发局九〇二地质大队江西新余338000）

江西崇义淘锡坑矿区60°斜孔技术施工

■李文胜宫寒冰刘方海
（江西省地质矿产勘查开发局九〇二地质大队江西新余338000）

本文简要对江西崇义矿区地层钻进进行分析，依据矿区存在的问题，新的钻进工艺提出了本文的研究内容。本文主要研究了60°斜孔技术施工设计，钻进方法，外部设备的选用和工艺参数的优选。

60°斜孔施工设计工艺参数

1　概述

江西省崇义县淘锡坑钨矿区位于南岭东西向构造带东段与武夷山北东一北北东向构造带南段的复合部位,是九龙脑一锡坑矿田的一个重要矿区,属于以石英脉型黑钨矿为主的钨多金属矿床。矿脉穿切于震旦系中,成矿主要受北西向断裂控制,成因与燕山期岩浆作用有关。选取含矿石英脉中与黑钨矿共生的辉铂矿进行Re一0s等时线年龄的测定,得到辉钼矿的等时线年龄为154.4Ma±3.8Ma。,黑钨矿的模式年龄为164.0Ma士2.7Ma,表明该矿床形成于燕山早期。

我院于2015年4月承接了章源钨业淘锡坑矿区60°斜孔的工作任务，总进尺9000米，平均孔深500米。针对60°斜孔，我院认真研究制定了一套施工方法和技术措施，确保钻孔施工的顺利进行。

2　工程概况

区内广泛出露震旦系一奥陶系,分布面积占80%以上;另有少量泥盆系、石炭系、二叠系、白奎系、第三系分布。该矿区内主要为泥砂质泥岩，砾质碳酸盐岩，黑云母花岗岩，二云母花岗岩,主要以石英脉型为主,次为矽卡岩型、破碎蚀变岩和云英岩型。

3　钻探设备及材料

3.1钻探设备和钻具

XY-4型钻机3台，BW-250型泥浆泵4台（备用一台），4135柴油机（带50KW发电机）4台（备用一台），自制9.5米斜塔3套，ST—1000型绳索取心绞车3台，φ75绳索取心钻具6套（每台钻机两套），BZMR型测斜仪3套，钻杆及主动钻杆，各种打捞工具及管钳。

3.2材料

管材：φ146套管100米，φ108套管200米，普通双管钻杆1000米，普通双管钻具4套，φ108钻具（2—3m）4套。

钻头：φ150硬质合金钻头20个，φ110硬质合金钻头20个，φ110金刚石钻头10个，P75孕镶金刚石钻头25个。S75孕镶绳索取心金刚石钻头底唇面形状有圆弧、平底、阶梯、锯齿形，胎体硬度有HRC20~25、HRC25~30、HRC30~35、HRC35~40四种，金刚石粒度46~70目，品级JR5、浓度100%；另配30个防斜钻头。

3.3金刚石钻头的选用（表1）

表1　不同地层选择的金刚石钻头参数表

3.4冲洗液材料用量

黏土10t，聚丙烯酰胺（PAM）0.5t，羧甲基纤维素（CMC）0.5t，纯碱（Na2CO3）3t,润滑油10t。

4　钻探工艺

4.1钻孔结构

开孔直径150mm,采用硬质合金钻头钻至风化或破碎岩层中，下φ146mm套管。然后变φ110mm硬质合金钻头或者金刚石钻头钻至完整基岩，下入φ108mm套管，用S75绳索取心钻具钻至终孔。

4.2取心钻具及方法

开孔用φ150mm段钻具采用干钻方法钻进，干烧法取心，下φ146mm套管后换φ110mm金刚石钻头、φ108mm钻具（2米）单管钻进，当岩心采取率低或者下一回次不到底时，采用钢丝硬质合金钻头捞取岩心。φ75段采用金刚石钻头及单动双管钻具，采用绳索取心绞车提取内管打捞岩心。

4.3冲洗液的选择

φ150、φ110段采用干钻法或清水泥浆；当换成φ75采用低固相泥浆或者无固相泥浆。

4.4钻进参数

硬质合金钻头钻进：采用八角柱状硬质合金，底唇为半圆型，3个水口，钻压4—8KN，转速83r/min。

孕镶金刚石钻头（φ110）：圆弧底唇面，胎体硬度HRC38—40，水口为10个，钻压4.8—9KN，转速83-217r/min，泵量50—70L/min。

S75绳索取心金刚石钻头：钻压9—15KN，转速400-1100r/min，泵量52-90L/min。

4.5钻探施工技术措施

4.5.1钻塔、钻机安装同心措施

（1）由于钻孔倾角60°，上下钻时摘挂提引器很困难，为减轻工人劳动强度和减少班作业人员，用单根绳直接连接提引器；

（2）将钻机调平后，立轴主动钻杆调成倾角60°后，再调钻塔主支腿，如果卷扬绳从上向下穿，钻塔倾角60.5°-61.5°之间，通过现场调试后固定，使天车绳、立轴、钻孔三点在一条直线上。

4.5.2套管安装和起拔措施

（1）φ146mm套管安装到底投黏土球即可，顶部周围要用黏土球或粘泥封严，防止岩粉进入套管外壁与孔隙间隙。

（2）φ108mm套管安装很关键，否则起拔不动。注：当φ108mm套管超过10m时，安装时连接丝扣用红铅油、缠线、拧紧，然后至少有3处再用1.5mm厚铁片搭接点焊。套管下端用黏土球封住，防止泥浆进入φ146mm和φ108mm套管之间缝隙

（3）起拔套管：当套管用钻机立轴无法拔动时，将钻机移走，采用75t千斤顶强拉或拉近后停放几个小时。（60°斜孔无法打吊锤）

4.5.3保证钻孔倾角、方位措施

（1）钻塔：每次搬迁前先用彩色绳拉一条线，孔位在线上，然后把钻机整体沿线拖过来，使主动钻杆垂直投影与线重合成平行，钻机调平后，用罗盘校正立轴倾角为60°。

（2）开孔换径：开孔时轻压慢转，φ150mm换φ110mm时先导正，然后再下φ146mm套管。φ110mm钻进换φ75口径时也同样导正后再下φ108mm套管，以防止钻孔倾角变动。

（3）钻进参数：每个班在同样地层中钻进的工艺参数要基本一致，S75钻具钻进时，转速要相同，并且泵量也要基本一致。

4.5.4破碎层取心措施

首先回次进尺控制在0.5m左右，在开孔时在第四系地层采用干钻法钻进及取心，岩心采取率预计达到100%。φ110口径钻进破碎层时用自制钢丝钻头取心，S75钻具钻进时进尺突然加快，立即减压，小泵量，继续进尺0.5m停钻，提内管。

4.5.5漏失地层泥浆的使用

轻微漏失层采取无固相泥浆提高PAM和CMC加量（比正高30%即可），且保持泥浆性能。

中等漏失层采取无固相泥浆PAM加量提高到正常值的2倍。争取将泥浆消耗量降到轻微漏失级别。

4.5.6局部地层坍塌处理

处理方法：（1）无固相泥浆变普通泥浆；（2）将S75钻具换P75钻具，S75钻杆换成φ60mm钻杆，扫孔到底，然后满进尺，又换回S75钻杆、钻具，无固相泥浆正常钻进。

4.5.7S75钻进工艺

（1）每次保证投放内管到底。判断内管是否到位：通过弹卡钳进入弹卡室，张开撞击弹卡室内壁声及悬挂环坐落在座环时的撞击声来判断；通过到位报信机构，内管到底，地面压力表上的压力会明显上升，泵压变化范围为0.5—1MPa,表面内管到位。

（2）认真组装内外管总成，弹卡与弹卡挡头的顶面应保持一定距离，一般为3—4mm；

（3）在破碎地层钻进，一旦发现不进尺，立即停机，捞取内管，否则造成内管打捞不动，而提大钻，两套内总成交替使用并不影响效率。

（4）根据地层合理选择钻头，钻头寿命延长，提大钻的次数就会减少。一般HRC30—35圆弧形底唇钻头，更适合打软层，均质硬层钻进，在特硬层使用胎体硬度HRC20-25的钻头较好。

4.5.8管理措施

（1）实行机长责任制。

（2）实行机台单价承包。

（3）提前做准备工作，缩短搬迁辅助时间，增加纯钻进时间。

（4）机台用水合理化。

5　防止钻孔孔斜及岩矿心采取率

5.1防止钻孔孔斜

（1）正确地安装钻探设备，把好开孔关。钻探设备必须安放在坚固、稳定的基础上。钻塔和钻机必须安装周正、坚固、水平。钻塔天轮、提引器中心、钻孔中心、立轴中心必须在一条直线上。开孔钻进100-200米时，应对钻机基础螺丝、地基是否下沉和四点是否还在一个直线上进行一次全面检查，发现问题及时纠正。

（2）钻塔各部螺丝，特别是斜拉手中间的螺丝必须齐全坚固。钻塔与地梁要用螺丝固紧，横、顺地梁木交接处必须用螺栓连接。

（3）开孔钻具要直，必须按设计方向开孔，钻进时要轻压慢转，其长度应随钻孔延深逐渐加长，按设计方向将孔口管固定稳固。

（4）换径和扩孔钻进都必须采用导向，且同心度要好。换径钻进5-10米后要测斜一次，达到设计要求方可继续钻进，否则，要采取纠斜措施或重新开孔钻进。

（5）不得将弯曲、不同心的钻具下入孔内，孔内钻具必须有足够的刚度和长度，保证使其具有稳定性和导向性。

（6）在易斜井段钻进时，用好冲洗液保证钻孔孔壁稳定，防止孔壁垮塌，尽量采取轻压快转法。在同一地层钻进时，三班钻进参数应保持一致，严禁随意改变钻进参数，不得盲目追求进尺而大压钻进，采用正确的钻进规程;

（7）钻进溶洞地层，加长粗径钻具穿过溶洞，下入套管封闭溶洞后再继续钻进。

（8）每50米测斜一次，并将结果记录在班报上。

5.2岩矿心采取率

为保证岩心的采取率，上部地层采用双动双管内管超前压入式钻具，下部泥岩和花岗岩采用绳索取心钻进工艺，这样岩心的采取率普遍较高；对破碎地层应采取“少打多捞”原则，防止岩心堵塞钻头而将岩芯推损磨掉，影响采取率。

6　液动潜孔锤的应用

液动潜孔锤是提高硬到坚硬岩层钻速，克服一些复杂岩层岩心易堵塞以及减轻钻孔易斜程度的有效技术之一。

6.1实质

它的实质就是在传统回转时，采用专门设计的液动锤利用钻杆柱中的冲洗液驱动液动锤，对碎岩工具施加冲击载荷同时慢转钻杆柱。此时钻头对岩石的破碎方式从回转破碎变为冲击回转破碎。冲击回转时，岩石受到轴向压力，冲击和由钻杆回转而形成金刚石UI岩石碾磨的联合作用。

6.2特点

（1）可充分利用现场常规设备，配套方便投资少。

（2）钻压和转速较低切削具磨损小钻头寿命可提高30%。在可钻性6—7级的岩石中钻速可提高15—70%，在致密打滑岩层可城北地提高效率。它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪切强度低不耐冲击的弱点。

（3）钻进裂隙及解理发育的岩层，可有效减少岩心堵塞回次长度至少提高30%，对于硬脆碎的破碎带采用绳索取心液动锤钻进可以提高回次长度1—3倍。

（4）在大部分易斜地层中可减少钻孔弯曲程度，提高钻孔质量。

6.3设备要求

（1）用大功率的泥浆泵，加大液动锤的动力源。

（2）金刚石钻头：60—80目的人造金刚石，HRC35—40，水口8—10个，纯棉选择锯齿和多阶梯。

（3）严格控制冲洗液质量（选用清水加0.2%CMC,加0.2%钻进减阻剂的无固相冲洗液）。

6.4适应地层

能提高中硬地层效率、硬脆碎地层回次长度、减轻大部分易孔斜地层孔斜程度，同时适应打滑地层等。

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-1-369-2