鸡笼山矿区深孔岩心钻探技术应用探讨

郭孟林

（广东省有色金属地质局九三八队，广东 惠州 516023）

1 概况

1.1 工程概况

由于新一轮找矿的需要，2011年我队受探矿权人的委托，对紫金县凤安镇鸡笼山钨矿区进行普查工作，主要的勘查工作是探边摸底，攻深找盲，使危机矿山获得新生[1]。

鸡笼山钨矿区是座开采超过百年历史的老矿山，20世纪曾有多支地质队在这开展过普查、详查工作，定为小型钨矿山。

经二年多的勘查工作，其中主要为钻探工程，累计施工钻孔29个，大部分钻孔施工孔深为300m～700m，累计进尺17099m。实现了对本区段的探边摸底、攻深找盲，新发现花岗岩型、云英岩型钨矿，两种钨矿化均达到了工业质量分数的要求，为矿区下一步的地质找矿工作提供了新线索。

为加深对矿区的认知，队地质部门设计了ZK406钻孔，直孔、孔深1300M，进行深部钻进和摸索[2]。

1.2 地层概况

地层主要的岩性上部为灰黑色泥碳质斑点板岩，局部夹硅化板岩及变质石英粉砂岩条带，中部为灰黑色绢云母化泥碳质斑点板岩与石英二云母化岩相间出现，下部为灰白色弱云英岩化黑云母花岗岩，局部夹高岭石化黑云母花岗岩，地层上下含有5条破碎带[3]。

2 设备、机具

2.1 设备

钻机：钻孔地层、岩石力学、口径、倾角因素的影响，对钻机性能提出了较高的要求，选用变速范围较宽、立轴行程较大的油压钻机HXY-5A型1台，电动机功率55（kw），最大钻深1500m，能满足1300M的勘探技术参数要求。

水泵：衡阳BW300型/12型1台，泵压、泵量可调范围大、适应中、深孔地层复杂的岩心钻探施工。

钻塔：用18 m直斜两用四角塔，该塔具有性能稳定、拆卸方便、安全度高、适用范围广、强度大等特点。

用380V做动力电源，总箱电源控制箱分配，设置漏电保护器，做到一机一漏电保护，绳索卷扬机1台，用于提升1300M内管。

管材：备用S75绳索钻杆1500M，S75金刚石绳索取心双管钻具三套。

选用质量好的唐山金石钻头：工作层高的钻头、尖齿型钻头、大粒度金刚石。

2.2 钻进技术参数

ZK406钻进参数见表：

表1 ZK406钻进参数

2.3 钻孔结构

四级结构：开孔使用φ130mm硬质合金钻头单管钻进，钻进砂岩风化层内4.8m，下入φ127mm套管到位，用水泥混泥土灌注填实，用钢夹板夹φ127mm套管固定，防止套管跑位。二开换φ110mm硬质合金钻头钻进到19m，下φ108mm套管到位，三开用φ91mm硬质合金钻头单管钻进，钻到26m深，下入φ91mm套管，然后用S75金刚石绳索取心双管钻具进入正常钻进。

3 净化系统及冲洗液

（1）从孔口挖一条槽沟和岩粉沉淀坑，循环的槽沟长度要求15M，连接2个～3个岩粉沉淀池、水池、形成一个完整的排水、岩粉沉淀池循环系统，钻进时要加强冲洗液循环，经常清除槽沟、沉淀坑内的岩粉、砂子，保证泥浆性能的稳定。

（2）冲洗液的配制：①深孔钻进要认识到“泥浆是钻井的血液”“主要在于泥浆”的思想，对地层遇水溶解而渣多、吸水膨胀而缩径、坍塌掉块而超径、裂隙发育而漏水、漏水严重至不返水等各种情况，采取不同性能、不同配方的泥浆技术措施，充分发挥泥浆冷却钻头、润滑钻具、携带岩粉、止水堵漏、维护孔壁稳定的重要作用，确保深孔钻进顺利进行。②开孔单管合金钻进地表土层时，粘土和火碱的配制成的泥浆乳状液具有良好的润滑性，泥浆用于松散、破碎及坍塌等不稳定地层中，护壁好携带岩粉能力强，能有效地清除孔底岩粉。③绳索钻具正常钻进时，釆用水解PHP聚丙烯酰胺冲洗液，水解度30%左右的无固相冲洗液，具有粘度低、相对密度小、流动性好及有防坍性能等特性，利于内岩心管在钻杆内的升降，使钻杆的旋转阻力减低。每台班泥浆性能要保持一致，上下钻要慢，减少对钻孔的抽吸和激动压力，钻进一个回次后，升钻时，泥浆要回灌好；为了加强排出岩粉，较大地冷却钻头，减少重复破碎，冲洗液要适中。

（3）润滑剂：釆用含基础油的乳化油类润滑剂：一般用量为0.3%～0.5%。

4 深孔钻探的施工重点和技术难点

（1）地层坚硬致密“打滑”，钻进效率低，需优选高质量的金刚石钻头或孔内投磨料对金刚石钻头进行研磨出刃，最好采用液动锤冲击回转钻进。

（2）回次进尺短、采取率不高，常规单动双管钻进效率低，采用液动锤冲击回转钻进亦是很好的办法。

（3）钻进破碎带，松散、酥脆、破碎、怕水地层，采取率低，采用底喷钻头、半合管取芯工具；保证了岩矿心的采取率达到85%的地质要求。

（4）复杂地层钻进应注意的几点：

①孔内异常不进尺，岩芯堵塞，泵压升高，此种情况必须提钻，以防止岩芯自磨消耗，甚至提不起内管。②缩水、遇水膨胀的较破损地层，钻进时应小间隙、低泵量、低或适中转速、慢进尺，以提高采取率，保护孔壁，让浆液在孔壁成膜，以达到护壁效果，待穿过破碎地层后应恢复正常操作。③对冲洗液每班要进行多次检查，如有发现变稀，要及时进行高浓度补加。要事先浸泡好预制液。

（5）机械式连续造斜器和孔底螺杆马达定向造斜，可以满足钻孔顶角和方位角纠偏的需要。

5 深孔钻进关键技术操作

（1）孔深超过1000m，升降机要安装使用水刹车；金刚石钻头外径要加大1.5mm；提钻时，坚持冲洗液的回灌；先加钻杆后取芯；在复杂地层不准带内管上下钻具。

（2）三清：孔内情况要清；机械运转、电器运行及附件情况要清；班报表填写、材料消耗、岩芯采取率、泥浆的使用、泵压泵量要清。

升降钻具要求小心、仔细，做到操作以稳重为主，稳中有快，下钻不能太快，易使金刚石钻头受到冲击而损坏，越深钻具重量就越重，钻杆与接手处壁薄易受拉力、或冲击力过大，造成钻杆折断、拉断。钻具下到位，开泵送水冲岩粉。提钻前要送大水量，冲孔时间要足够，使孔底的岩粉冲出，提钻时尽量低速均匀提出，避免岩心脱落和抽吸。

6 制定深孔施工技术方案、选择施工技术高的施工队

（1）制定好深孔钻探施工技术方案，钻进技术措施要细致，针对性强，可操作性。施工前进行深孔钻探施工技术方案交底，技术人员和机台生产骨干人员要按设计方案严格执行施工。

（2）深孔钻探施工装备解决之后，选择组织良好的施工队伍，加强技术培训，提高施工队伍素质，尤其是项目经理、机班长必须要德、才兼备，才能保证深孔钻探项目的完成。

7 事故的预防和处理

绳索钻杆，特点是壁薄。接头釆用高强度低合金钢制作，要预防升降过程中跑管事故，跑管可造成钻杆接头处形成向上的喇叭口，使钻杆与井壁的摩擦力加大，造成转动不了，也拉不动，造成钻孔事故。钻进中要预防烧钻事故，要采用无固相冲洗液，低黏度、低失水的泥浆，减小流动阻力，在破碎层，松散层要强化除砂除泥措施，防止绳索钻杆内壁结垢形成泥皮，造成内管升降不了，遇到这种情况，在钻杆加入柴油与机油混合油，阻止泥粉吸附在钻杆内壁形成泥皮，钻进过程中，难免钻杆或接手折断，可用丝锥处理掉。遇到卡钻，要慎重，不可强拉，要上下窜动，慢速转动磨耗掉块。钻进时，孔壁间隙小，上下钻要轻提慢下，由其带动内管提钻时要边提边进行回灌，因为钻具在孔内像活塞一样在做功，抽吸往复运动的过程中会不断地施压和放压，造成孔壁坍塌，破坏井壁，甚至会造成连环事故。

8 结论

经过ZK406钻孔从2012.9.14开孔，到2013.1.27终孔，孔深1008.41m，历经4个多月，没达到地质设计目的，但也是矿区钻孔最深的一个，取得了深孔钻进的一些技术和经验，为下一步矿产资源深部找矿探索到一些经验，主要是钻探设备无法满足深部钻探工程施工的要求，地质岩心钻探的从业人员多数是民工，缺乏岩心钻探的施工经验，更缺乏深孔钻探经验，缺少深孔钻探施工技术，这些问题都要求我们去解决，探索深孔的施工技术，为今后深部钻探取得更好的成果。