贵州开阳某矿区深孔钻探施工项目总结

张百东

（广东省地质局第五地质大队，广东 肇庆 526060）

1 工程概况

贵州开阳某矿区距离贵阳市60公里，距开阳县城仅12公里，我单位于09年和高山矿业签订合同并进入矿区进行勘查钻探工作。

矿区地处贵州省贵阳市开阳县双流镇东南方向，地理坐标为北纬27°1.792′，东经106°48.975′左右。临靠305省道，交通相对便利。当地气候多雨雾，空气潮湿，晴朗天气较少[1]。

矿区内地形多为山岭，植被茂盛。有水流从附近水库流出，穿过矿区，机台施工用水比较方便。附近有田坝、古望、烂沟等村落可提供民房给钻探队居住和储放材料物资，并可提供大量人力协助机台搬迁。

2 矿区地质条件

矿区岩层情况自上而下依次为：

（1）表层覆盖层厚度5m～15m，为黄褐色粉砂质粘土，其中夹杂粉砂质粘土岩砾块，自上而下含量递增，分布杂乱，砾块大小不一，直径0.5cm～6cm。顶部粘土中含植物根系。胶结很差，水冲即散[2]。

（2）含钙质、砂质粘土岩厚度350m～550m，深灰色或浅灰色灰岩、页岩。产状30°～50°。含少量黄铁矿自行晶体，星星点状产出，粒径0.1mm～0.3mm。岩石可钻性等级Ⅳ-Ⅴ级。岩心完整，采取率可达100%。

（3）碳质粘土岩厚度50m～100m，为黑色、灰黑色粉砂质粘土岩、页岩，偶尔含钙质。岩石可钻性等级Ⅳ级。岩心完整，少许碎块状、碎屑状（1%～10%）。采取率可达100%。

（4）白云岩厚度250m～400m，为浅灰色或灰白色含白云质硅质岩。具条纹状，角砾状构造。该层为溶隙、溶洞发育底层，相对破碎，易发生漏水、涌水、坍塌等复杂情况。岩石可钻性等级Ⅳ-Ⅴ级。岩心完整，部分呈碎块、碎屑状（1%～15%）。采取率95%以上。

（5）紫红色粘土岩，该层为底板，钻孔至此可终孔。

矿层一般在白云岩和底板交界变层处，为深灰色，深灰绿色厚层状砂屑岩。厚度在0.5m～2m之间。白云岩中偶尔也存在一层矿层。厚度0.5m～2m之间。

3 钻进工艺的选择

采用金刚石绳索取芯钻进工艺，针对白云岩层存在可能漏水，坍塌的情况，决定以S95绳钻为主，当遇到并穿越不稳定地层后，下入套管，改以S75绳钻继续钻进[3]。

表1 钻头规格

设计钻孔深度在750m～1100m。由于矿区多山，为便于机台搬迁，要求钻机重量轻，拆卸方便，我单位采用连云港黄海机械厂生产的HYX-5立轴式岩心钻机，该钻机钻机净重（不包括动力机）约3000kg，主机可分解为10个部件（最大可拆部件重量450kg），搬迁方便，宜于山区工作。S95绳钻钻进深度1000m,S75绳钻钻进深度1300m。动力机采用YC6108柴油机，额定功率85KW,额定转速2000r/min。

钻机有8级转速，动力机转速2000 r/min时，立轴转速从低到高为：104，181，308，361，479，629，1069，1661。

钻机的其他一些性能参数见表2。

表2 HXY-5钻机性能参数

对于钻塔的选择，首先要考虑塔底面积是否足够摆放和操纵钻机，然后考虑天车负荷是否满足工作要求。由于要求直孔，所以采用直塔即可[4]。我单位选用SGZ18型钻塔，该钻塔为直塔，塔底面积4.5×4.5㎡，而HYX-5钻机占地面积3.36×1.3㎡，足以摆放钻机并有充足的操纵空间。天车正常负荷20吨，最大负荷30吨，满足工作要求。钻塔其他规格如下表。

表3 SGZ18型钻塔参数

根据孔深和钻进工艺的要求，注浆泵选择BW-150型。它是一种卧式三缸往复单作用活塞泵，可变换8种不同压力和流量，适合1500米以内小口径金刚石钻探输送冲洗液。该泵耗能少，操纵灵活，分解型好，易于搬迁，也可作为水泵向机台抽水。当输入转速1500转/分时，冲次，流量，压力如下。

表4 BW-150泵冲次，流量，压力表

根据岩层情况，决定采用无固相聚合物冲洗液作为钻井液。具体配方如下：

表5 钻井液配置方案（1m3量）

其中聚丙烯酸钾主要起护壁和携带岩粉作用，钾离子抑制粘土岩层膨胀分散，植物胶SD-1起增粘和降失水作用，随钻型堵漏剂防堵小裂隙漏水，06型高效润滑剂起润滑钻具作用。

表6 钻井液性能控制范围

配制按“严格计量,分别溶解,依次加入,性能调整,充分搅拌”的原则进行，如遇破碎地层，可加入适量速溶硅酸钠胶结岩石[5]。

本次钻探任务有两台钻机同时作业，分别为5号机和6号机。全年共完成8个孔的钻探任务，总进尺七千多米。

4 下面以典型孔ZK603为例具体介绍施工过程

该孔孔位临靠水边，用水方便。开孔口径130mm，下φ127mm套管8.91m；然后110mm口径钻入稳定岩层后下入φ108mm套管9.07m；采用S95绳钻进行取芯钻进。

＜200m时，岩层为含钙质、砂质浅灰色粘土岩，钻机6-7档，孔底压力1.5t～2t，冲洗液为清水加0.1%聚丙烯酸钾和0.3%高效润滑剂，注浆泵慢2档；

200m～400m时，岩石为含钙质、砂质浅灰色或深灰色粘土岩，钻机5～6档，孔底压力1.5吨左右，冲洗液为清水加0.2%聚丙烯酸钾、0.2%植物胶SD-1和0.4%高效润滑剂,注浆泵慢2档；

400m～532m时，岩石为含钙质、砂质深灰色粘土岩，钻机5档，孔底压力1.5吨左右，冲洗液为清水加0.2%聚丙烯酸钾、0.2%植物胶SD-1和0.4%高效润滑剂,注浆泵慢2档；

532-582 m时，岩石为黑色碳质页岩，钻机4档，孔底压力1t～1.5t，冲洗液为清水加0.3%聚丙烯酸钾、0.4%植物胶SD-1和0.4%高效润滑剂，注浆泵慢2档；

582m进入白云岩层，冲洗液按标准配置。600m开始岩心破碎，600.10m漏水[6]。由于动水位并不深，该孔对漏水情况果断采取顶漏钻进方法继续钻进，加大钻井液浓度防止孔壁坍塌。钻机3档，孔底压力1吨左右，钻井液中加入0.05%速溶硅酸钠固结岩石，注浆泵慢2档；

748m时穿越破碎带，下入151.79mφ89mm套管，改S75进行钻进直至终孔。岩石为白云质硅化岩，钻机2～3档，孔底压力1吨左右，冲洗液按标准配置并加入0.03%速溶硅酸钠，注浆泵慢2档。

终孔845.31m，矿层位置：657m～658m（白云岩层中），837.5m～841m（白云岩与底板交界处）。

表7 ZK603台月时间表

5 对于事故的处理

在钻探行业中，谨记“预防大于处理”原则。由于孔内情况看不到，摸不着，只能依靠经验判断，事故处理起来比较麻烦，所以在工作当中一定要遵循正确的工作方法，时刻注意水泵和钻机的工作状态，尽力避免事故的发生。

对于深孔钻探有时会出现断钻杆的情况，断口多为接手丝扣或钻杆丝扣，处理办法基本是用公锥下去锥紧断口处拉上来。对于断口偏移导致锥无法对正断口的情况，可在锥上焊装导向或在锥后装一截弄弯的50钻杆人工扭转去对。在ZK603的施工过程中发生了φ71mm钻杆断在φ95mm孔径里面的情况，断口处发生偏斜而无法锥到，于是采取下面方法：在公锥外加焊一50cm左右φ89mm套管作为导向，成功解决事故。

在ZK601的施工过程中，遇到了卡钻问题，用反丝钻杆将钻杆反出后，遗留钻头和下扩孔器在孔底，判断卡钻位置就在钻头部分。考虑到孔底有沉渣，下锥不一定能锥到，即使锥到，如果难以拔起的话将使情况变得更加麻烦，于是采取以下措施：孔底钻头内径49mm，用50钻杆加工钻具，下入孔底进行钻进，钻穿钻头并继续钻进60cm左右。这样清除了钻头的沉渣，并且磨掉钻头底部岩心，减少了扭转并拔起钻头的阻力。结果下锥后成功锥到并扭转钻头和扩孔器，然后慢慢边回转研磨边往上拉，成功处理上来。

6 经过现场实践，对本矿区工作提出几点建议：

（1）在施工过程中，大部分钻孔遇到了漏水情况，根据严重程度大小。我们采用堵漏和顶漏钻进两种方法。对于顶漏钻进方法，当孔内水位较深时，上部钻杆极易因润滑不够而与孔壁摩擦发生抖动，对钻杆造成极大损伤，并且难以提高钻速，影响钻进效率。采用润滑冲洗液进行润滑会大量消耗润滑剂等材料增加钻探成本。在这种情况下建议采取向钻杆涂抹润滑脂润滑钻杆。润滑脂成分：黑机油，松香，沥青，石蜡等。它与钻杆粘附力强，润滑性好，水中不溶，价格低廉。可人工涂抹或使用孔口涂抹桶涂抹在钻杆上。

（2）本矿区岩石多为粘土岩，岩粉容易分散在钻井液中，而且金刚石钻进岩粉细小，沉淀池太小的话会导致岩粉沉淀不完全，使得钻井液越来越浓，增大钻杆回转阻力，影响钻井液性能。所以，沉淀池和泥浆池应该尽量挖大些，使岩粉能够充分沉淀，而且机台人员要注意及时捞出沉淀岩粉，保证钻井液性能，提高钻进效率。

（3）注意环保。终孔后机台场地尽量恢复原貌，泥浆池填平。废弃物不要随便丢弃，可集中销毁。废弃钻井液不要随便排放，因为含大量化学有机物，会对生态造成污染。