四川理塘金矿勘探复杂地层钻探施工难点及其对策

2019-02-11翁少海高启贵李永强

世界有色金属 2019年3期

翁少海，舒智，高启贵，夏东，李永强

（四川华锋钻探工程有限责任公司四川成都 610091）

四川省理塘金矿区地层中含有大段炭质泥岩、蚀变玄武质凝灰岩，均属强水敏性岩层，在钻探施工中极易吸收冲洗液中的水分，引起孔壁失稳，工程上表现为极易出现卡钻、憋钻、埋钻等事故，为钻探施工带来极大难度。2016年我公司进入该矿区施工，制定、执行了科学合理的技术方案，取得了较好的使用效果和经济效益[1]。

1 地层概况

矿区出露地层为三叠系瓦能蛇绿岩组。有黄砂（泥）岩、角砾灰岩、碳质板岩、含碳质板岩与炭质泥岩互层和蚀变玄武质凝灰岩[2]。其总体产状倾向东到南东，近南北向展布。矿区内单孔水敏性地层累计厚度最高可达一百多米，单层水敏性地层厚度达40～50米。

2 施工难点

该矿区施工中同时存在多种复杂状况，严重影响钻探施工的正常进行，具体复杂情况大致可分为以下几类：

（1）破碎、掉块。矿区表面覆盖层多为黄砂岩或带泥质成分的粉砂岩，这类地层比较松散，破碎，容易掉块或是垮塌。整个孔段地层大致是软硬互层、破碎带穿插出现的现象。所有钻孔倾角均为75°，施工时钻杆的扰动容易引发掉块卡钻事故[3]。

（2）缩径、垮塌。穿过覆盖层后，下部地层为碳质板岩、板岩泥岩互层、凝灰岩和破碎灰岩等。炭质泥岩、风化的绿泥石化变质岩和凝灰岩为水敏性岩石，有较强的塑性，遇水膨胀引发孔壁缩径，碳质板岩及泥岩厚度较深，影响排粉，容易造成埋钻事故。

（3）漏失。破碎灰岩伴随有严重的漏失，对冲洗液护壁和防止掉块都增加了难度，对扫孔划孔和排岩粉都有较大影响。在中深孔的施工中，出现严重漏失时，操作不当易引发卡钻、烧钻、埋钻等孔内事故，大大增加了施工难度。

3 采取的技术措施

为应对上述难题，经过认真分析研究，在施工中采用了以下技术措施。

3.1 施工工艺

（1）采用合金干钻开孔，再跟管钻进。矿区覆盖层为黄砂岩或带泥质成分的粉砂岩，这类地层比较松散，破碎，干钻开孔有利于形成稳定的孔壁，保证开孔质量和足够的岩心采取率。

（2）控制打捞速度为保证良好的护壁效果和降失水效果，复杂层位钻进时需采用粘度较高的冲洗液，内管打捞时在孔底和钻孔内壁形成抽吸作用相应增大。为减少此抽汲作用的影响，在打捞时前几十米一定要缓慢匀速上提。

（3）控制起管速度起下钻的过程是孔内安全的一个重要环节，起下钻的速度直接影响到激动压力和抽汲压力的变化。我公司采用的钻具、钻杆组合形式，决定了孔内环空间隙很小，形成的激动压力和抽吸作用都很大。因此，在复杂孔段的起下钻速度均需得到控制。

（4）向孔内回灌冲洗液为减少漏失带来的不利影响，应该随时向孔内回灌冲洗液。复杂层位起钻时，为了使孔壁所受的内外压力基本保持平衡，钻杆每提升几十米后，应该向孔内回灌冲洗液，防止孔壁因压力失衡而坍塌。

3.2 钻进参数

（1）由于覆盖层比较松散，开孔转速不宜过高、压力不能过大，以保证开孔孔壁的稳定和开孔的质量。

（2）采用金刚石绳索取心钻进时，保持中低转速，不宜过高。

（3）水敏性复杂地层施工中，转速和泵量应控制在合理值范围。

（4）破碎地层，转速和泵量不宜过高。

3.3 冲洗液方案

（1）开孔配方

A、开孔岩层为较完整的黄砂岩的；岩层比较稳定，采用常规坂土浆液。

配方组成：膨润土+纯碱+纤维素。

B、开孔岩层为泥质粉砂岩的；由于岩层中含有泥质成分，遇冲洗液后泥质部分容易被冲洗液带走，影响岩心采取和采取率，通过适当提高冲洗液粘度和胶结性的方法保证岩心采取率。

配方组成：膨润土+烧碱+植物胶+纤维素

（2）碳质板岩、不延续的泥岩（凝灰岩）和破碎灰岩地层冲洗液配方。这类地层容易掉块，保证较高的岩心采取率难度较大。为确保孔壁稳定和足够的岩心采取率，冲洗液应具备低失水量、高动塑比和护壁作用的性能。

配方组成：膨润土+烧碱+植物胶+纤维素

（3）连续长孔段水敏性地层配方

这类地层的特点是遇水容易膨胀、造成钻孔缩径，引起孔内排粉不畅通、孔内泵压升高。为保证孔壁稳定和合理的孔内泵压，冲洗液应具备低固相、低切力、低失水量以及充足的抑制性。

配方组成：膨润土+纯碱+纤维素+S-1降失水剂+氯化钾

3.4 堵漏

该项目在钻进至钻孔下部破碎板岩、灰岩地层时，常出现钻孔漏失现象，堵漏工作也较为频繁。通过采用以下方法进行堵漏，取得了较为理想的效果：①对于小裂隙漏失的孔段，用801堵漏剂和适量钠土添加到冲洗液中进行随钻堵漏；②对于大裂隙漏失的，用803堵漏剂+纤维素+适量钠土+聚丙烯酰胺+马粪搅拌成粘糊状，直接倒入孔内，用稠泥浆将之压入孔底，再来回快速扫孔，使其挤压到裂隙中达到堵漏的效果；③若上述堵漏无效的话，还可用进口堵漏剂AusPlug+803堵漏剂+纤维素进行堵漏；