河南柳关铅锌矿区复杂地层钻探施工技术

2020-02-25李大鹏郝金玉

世界有色金属 2020年23期

关键词：胎体钻具铅锌矿

李大鹏，郝金玉

（1.河南省地矿局第四地质勘查院，河南郑州 450001；2.河南省小口径钻探工程技术研究中心，河南郑州 450001）

1 项目背景

河南柳关铅锌矿勘查项目是为增加柳关铅锌矿储量，延长矿床开采期限而勘探的。该项目位于河南省卢氏县东坪乡柳关村，介于前柳关组和后柳关组之间，经过紧张施工，共完成7 个钻孔，钻探工作量3427.94m。

2 地层情况

河南柳关铅锌矿钻探工程施工项目地处华北地台南缘，构造区划属崤山～熊耳山断隆区。工区钻孔地层从上到下可以分为四层：上部黄土及残坡积物、中部白云岩及铅锌矿构造带、下部角砾岩和底部花岗岩。黄土及残坡积物段岩性较软，而铅锌矿构造带岩石破碎，漏浆严重，其余白云岩、角砾岩和花岗岩局部破碎。

3 主要技术难点

（1）冲洗液易漏失。钻孔上部10m～30m为第四系覆盖，与基岩接触带，裂隙发育、岩石松散，钻进过程中易发生微漏，甚至全漏失现象。

（2）白云岩层段岩石破碎，裂隙发育。在钻进过程中由于钻杆回转扰动，造成孔壁坍塌、掉块现象，一旦碎块掉进环空间隙，易造成卡钻事故。铅锌矿构造带松散，无胶结，易发生埋钻事故。

（3）取心难度大，采取率低。铅锌矿构造带为白云岩蚀变造成，基本成块状，部分松散，无胶结，取心难度大。

4 施工设备

5 钻进工艺

5.1 钻孔结构

结合工区地层特点，该项目选择的钻孔结构主要有两种：①用Φ150mm 金刚石单管钻具开孔，见较完整基岩2m 后下入Φ146mm 孔口管护壁；然后采取SJ122 绳索取心钻进工艺，穿越坑道3m～5m 后下入Φ114mm 技术套管护壁；最后改用SJ96 绳索取心钻具钻进至终孔；②选用Φ130mm 复合片单管钻具开孔，穿过覆盖层见完整基岩2m 后，下入Φ127mm 套管护壁，然后改用Φ110mm 金刚石钻具裸眼钻进3m～5m（该径为备用孔径，根据具体情况再决定是否扩孔），最后使用SJ96 绳索取心钻具钻进至终孔。

5.2 钻进方法

主要采用金刚石单管钻进、复合片单管钻进和SJ122、SJ96 金刚石绳索取心钻进四种方法。

5.3 分层钻进技术

5.3.1 第四系黄土和残坡积物覆盖

一般为黄土和残坡积物，可钻性低，常采用金刚石单管或复合片单管钻进。钻进参数采用金刚石钻进时经常使用中钻压、中转速、大泵量或者复合片钻进时使用低钻压、低转速、大泵量。

5.3.2 白云岩

该层位主要存在的问题是岩石破碎和裂隙发育，易发生卡钻和漏浆现象。因此，该层钻进时，护壁和堵漏措施显得尤为重要。主要是通过添加优质的钠土、CMC、植物胶和烧碱来达到效果。钻进参数采用常规钻进参数，主要以钻速为基础进行适当调节。

5.3.3 铅锌矿构造带

该层因地层应力作用基本挤压成块状，部分松散呈颗粒或粉状，主要钻进问题是保证岩（矿）心采取率。为此，该层段主要采取SJ96 金刚石绳索取心钻进工艺，钻进参数严格按照岩心钻探规程要求，并结合实际情况加以适当调整。为了保证孔底干净，提高岩粉的携带能力，配合使用无固相泥浆冲洗液。即水+CMC+腐殖酸钾+聚丙烯酰胺等配成冲洗液。

5.3.4 花岗岩

花岗岩岩石较完整，硬度中等，研磨性强，存在数层软岩。存在的难点主要是软岩遇水膨胀及保障岩心采取率。冲洗液主要采取低失水量的低固相泥浆，来防止软层缩径。工艺方面采用SJ96 金刚石绳索取心钻进技术，保障岩心的高采取率。钻进参数采用常规金刚石钻进参数[1]。

5.4 取心技术

根据岩石的物理、力学性质和岩石层完整程度和业主要求，该项目主要采用了单管取心和绳索取心的方法。

5.5 钻进技术参数

钻进参数见下表2。

表2 钻进参数表

5.6 冲洗液

配方：(单位：1m3)。

钠土粉30-40Kg ＋1%植物胶+1.5%CMC(高粘)＋0.5%Na2CO3+润滑剂。

泥浆性能：粘度(s)：25-35 比重（g/cm3）：＞1.10 失水量(ml3/30min)：＜15 含砂量(%)：＜4；

6 解决施工难点采取的关键技术及取得的效果

6.1 SJ122 绳索取心钻进工艺的应用

根据生产条件，在“保留一级口径”的原则下，项目采用SJ122 绳索取心钻进工艺，投入400mΦ114mm 绳取钻杆和两套SJ122 绳取钻具，完成钻探工作量466.09m。经统计，使用SJ122mm 绳取钻探工艺完成的工作量占总工作量的13.60%，孔内事故次数明显减低。

6.2 SQ114/8 型液压钳的应用

应用的钻杆有SJ114、SJ89 和SJ71 绳取钻杆，钻杆外径大，起下大钻时，自由钳拧卸费时、耗力，丝扣拧合紧，有时需用锤子震松，极易损害钻杆丝扣，难以保持钻杆的同心度，而应用的SQ114/8 型液压钳能够很好的解决这些问题，满足地质绳索钻杆快速卸扣的需要，并且具有结构紧凑、重量轻、效率高，便于搬迁等优点[2-5]。

6.3 高胎体钻头

钻探施工中，最为关键的是如何提高钻进效率，钻头选择方面我们进行了重点研究，试验了郑州高胎体钻头。在郑州某家超硬材料有限公司生产的ZFDN-75A 型钻头的基础上，设计生产高胎体钻头，要求胎体工作层高度从10.00 增加到16.00mm，胎体硬度HRC30～35，同心圆尖齿形唇面，热稳定性聚晶金刚石，金刚石粒度60～80 目，浓度90%，沿用10 个水口的设计，每个水口宽度为5mm，实践证明，该类型钻头平均进尺103.21m/只。在同等地层情况下，钻进效率提高20%，寿命提高104%以上。

7 结论

7.1 利用Φ122mm 新规格口径，简化钻孔结构，提高钻进效率

ZK301 用Φ150mm 金刚石单管钻具开孔，见较完整基岩2m 后下入Φ146mm 孔口管护壁；然后采取SJ122 绳索取心钻进工艺，穿越坑道3m～5m 后下入Φ114mm 技术套管护壁；最后改用SJ96 绳索取心钻具钻进至终孔。这不仅简化了钻孔结构，而且可利用SJ122 绳取工艺的技术优势提高钻进效率，减少孔内事故。