贵州紫金簸箕田2金矿主及副井工程地质水文地质钻孔施工技术

2021-06-28李武胜兰永飞

中国金属通报 2021年7期

李武胜，王虎，李勇*，兰永飞

（1.贵州紫金矿业股份有限公司，贵州贞丰 562205；2.贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队，贵州贵阳 550081）

1 工程概况

为对贵州省贞丰县簸箕田2金矿进行开发，拟在矿区内新建主井及副井各一口，为查明拟建竖井区水文地质及工程地质条件，保证井巷工程设计施工所需工程地质、水文地质资料，施工了主井工程勘察钻孔（ZK-BJT2G2）及副井勘察钻孔（ZKBJT2G1）各一口工程地质水文地质钻孔。施工钻孔兼顾水文地质和工程地质勘察，孔径大、取芯率要求高、地质条件复杂，施工难度大。为完成任务，采用S91金刚石绳索取芯钻进工艺和扩孔钻进工艺复合钻进技术，顺利完成了两口井得施工[1-3]。

2 地层结构、地质要求及施工难点

2.1 地层结构特征

钻孔地层自上而下为第四系、三叠系下统夜郎组、二叠系乐平统大龙组、长兴组、龙潭组、蚀变体、二叠系阳新统茅口组。碳酸盐岩地层岩溶裂隙发育、富水性好；粘土岩地层水敏性强、易缩径；蚀变体局部硅化严重、可钻性较低。钻探揭露地层结构及特征见表1。

表1 钻探揭露地层结构及特征表

2.2 钻孔技术要求及指标

按相关规范要求加强对钻孔施工质量的监控，特别在岩矿心采取率、钻孔弯曲度测量、孔深误差测量与校正、简易水文观测、原始报表记录和封孔等6个方面的质量要求。具体要求如下。

（1）竖井工程地质勘察钻孔应布置距井筒中心10m～25m范围内，可根据现场条件经设计单位同意后适当调整。

（2）勘察钻孔深度应大于设计井深5m～10m，终孔直径不小于91mm。钻孔在井底附近已揭露影响竖井建设的不良地质体时，应穿透该不良地质体。

（3）勘察钻孔每钻进20m～30m应测斜一次，测出钻孔倾角、方位角、钻孔偏斜率，偏斜率应控制在1.5%以内。

（4）勘察钻孔应釆用全孔取芯，岩芯釆取率：在基岩和黏性土中不应低于80%,在破碎带、软弱夹层和粗颗粒土层不应低于65%。

（5）钻孔应做好水文观测，对各主要含水层（组）应分层封堵进行抽水试验。

（6）钻进结束后使用强度等级不低于M10的水泥砂浆严密封堵全钻孔，并作出明显标志。当地下水质具腐蚀性时，封孔材料尚应釆取防腐措施。

（7）钻孔施工前，应先在井位周边进行地表工程地质和水文地质测绘及辅助物探剖面测量。

（8）在钻孔中应同时配合进行工程物探和原位测试。竖井钻孔内应全孔进行声波测试，竖向测点间距不宜大于5m，在复杂孔段宜为1m～2m。

2.3 施工难点

（1）地质条件复杂、地质要求高、钻孔深度大[4-6]。

（2）同一钻孔实施水文勘查和地质勘查，钻孔结构需多级变径。

（3）水文勘查及以上段孔径及深度大，地质勘查段取心率要求高。

（4）需对各主要含水层（组）分层封堵进行抽水试验。

3 钻探设备

钻探设备根据钻探目的任务、钻孔结构、钻进工艺、地层条件、设备性能和能力、环保等要求，使用“XY-44钻机”组合满足上部复杂地层及大孔径井段钻进和含矿层绳索取心钻进要求，主要钻探设备见表2。

4 施工工艺技术

4.1 施工工艺

为达成任务目的，钻孔总体采用S91金刚石绳索取芯钻进工艺和扩孔钻进工艺的复合钻进工艺。

4.2 钻具组合及搭配

（1）Ф91绳索钻具组合及搭配：Φ91mm取心钻头+Φ91mm上扩孔器+HQ绳索取心钻具总成+Φ91mm下扩孔器+Φ89mm绳索取心钻杆。

表2 主要钻探设备表

（2）扩孔钻进钻具组合及搭配：扩孔钻具+Φ89mm钻杆。

4.3 钻进参数

（1）钻压。选择依据：取心钻进孕镶钻头按单位底面积压力为40～80kg/mm（直径）计算。在钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时，钻压应适当降低。钻进过程中钻压应保持平稳，不得用升降机进行减压，在钻进中钻压不应太大，以免造成较大的孔斜。实际操作中钻压推荐如表3。

表3 钻头适用钻压推荐表

（2）转速。根据该区的地层情况及所选设备配置情况，采用91mm金刚石绳索取心钻进时钻机最优转速推荐500～700r/min，扩孔钻进转速推荐50～100r/min，在实际操作中还应根据岩层的破碎、软硬程度和钻孔的稳定性等情况确定转速，若岩层破碎，软硬不均匀，根据钻进过程实际情况作调整。

（3）泵量。在转速较高、钻进速度较快、岩石研磨性较强、岩石颗粒较粗时，应选用较大泵量，反之则泵量应减少。钻进时必须随时观察泵压变化，严防送水中断和钻具中途泄漏。不允许用三通水门调节泵量。具体参数如下表（表4）。

表4 金刚石钻进推荐泵量表

4.4 钻井液配方

（1）低固相钻井液配方。清水1m3+钠土粉50kg+纯碱2kg+水解聚丙烯腈胺盐（NH4-HPAN）2.5kg（或腐植酸钾KHm）+高粘羧甲基纤维素（HV-CMC）0.4kg+磺化沥青防塌护壁剂2.5kg。性能指标约为：密度1.03，漏斗粘度27～33s，失水量5ml～8ml/30min，PH值为8.5～10。

钻进不同的地层适当调整添加剂和数量。

（2）无固相钻井液配方。1m³清水+2kg聚丙烯酸钾+5kg植物胶+1kg聚丙烯酰胺。

5 分层抽水试验封堵设计

根据勘察钻孔揭露地层层序结构、岩性、地下水类型及旁边钻孔水位埋深及各套岩性组富水性情况，自上而下依次分层进行抽水试验。抽水试验前，先采用活塞洗井工艺进行洗井。抽水试验时，使用止水器、止水托盘、“止水橡胶圈”、粘土球海带包等止水工具或止水材料安置于预抽水含水层底部，封堵预抽水含水层以下的地下水，抽水完毕后，扫穿止水工具或止水材料，下套管对已进行过抽水试验的地层进行止水，再进行下一层含水层的抽水试验。

6 现场应用情况

6.1 钻孔结构

根据水文地质勘查、矿山地质勘查施工工艺和规范及地质设计要求和钻进揭露地层结构，主井钻孔（ZK-BJT2G2）及副井钻孔（ZK-BJT2G1）结构如下。

表5 主井、副井井身结构

6.2 施工效率分析

主井工程勘察钻孔终孔深度884.38m，施工周期46天，台月效率576.77m/月。

副井勘察钻孔终孔深度844.18m，施工周期42天，台月效率602.99m/月。

6.3 施工质量

（1）主井工程勘察钻孔（ZK-BJT2G2）进行了0m～536.17m和536.17m～884.38m两个含水层的抽水试验，副井勘察钻孔（ZK-BJT2G1）进行了0m～506.24m和506.24m～844.18m两个含水层的抽水试验，分层封堵效果良好，各含水层抽水试验均获取了真实准确的水文地质参数，各项指标均满足水文勘查要求。

（2）两口井平均岩心采取率均超过了90%，满足地质勘查要求。

（3）钻孔终孔孔斜满足规范及设计要求[7-9]。