全面钻进工艺在甘肃阳山矿区失返性漏失地层中的应用

罗 龙，曹灶开，杨 科，樊腊生

（1.中国地质调查局应用地质研究中心，四川成都610036；2.中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都610036）

1 地质概况

甘肃阳山矿区主要由第四系残坡积物、碎裂岩、钙（碳）泥质千枚岩、灰岩、斜长花岗斑岩、硅质岩及石英砂岩脉组成。其中，第四系覆盖层厚度较大，且发育大量滚石，滚石以灰岩为主；千枚岩呈浅灰色、细粒鳞片变晶结构，千枚状构造，绢云母化、硅化较强，千枚理发育，局部碎裂；灰岩呈隐晶质结构，块状构造，致密坚硬；斜长花岗斑岩呈浅灰色、斑状结构，块状构造，硅化较强，局部破碎；硅质岩及石英砂岩硅化极强，分布较少。地层软硬互层交替变化频繁，各向异性明显，地层倾角60°～80°。

第四系由马兰黄土和残坡积物组成，马兰黄土为浅黄色粉砂质亚粘土，厚5～10m，风积而成；残坡积物由灰岩和粘土等组成，厚度为130～300m。千枚岩夹砂岩，主要岩性为灰白—浅紫—灰黑色千枚岩、炭质千枚岩夹薄层状、透镜状砂岩，岩层多受挤压破碎；钙泥质千枚岩夹少量灰岩、砂岩岩石变形较强烈，局部可见碳酸盐胶结的角砾岩带。在千枚岩及千枚岩夹薄层灰岩、砂岩层中多见碎裂石英脉，主要由石英、绢云母及碳酸盐集合体组成，石英含量占70%～80%。破碎带主要为蚀变钙泥质千枚岩。

2 工程概况及施工难点

在矿区葛条湾—安坝矿段上布置了3个钻孔，钻孔位置距离G212国道约3km，位于PD211坑道一侧，山高坡陡，交通极为不便。

ZK2616，设计孔深480m，2020年6月22日开孔，终孔孔深480.03m，钻孔周期46.5d,由2号机台组织施工。采用CSD1800X全液压钻机、BW-250型泥浆泵、1.2m3泥浆搅拌桶等设备进行施工，柴油机供电。

ZK2620,设计孔深690m，2020年5月10日开孔，终孔孔深700.15m，钻孔周期59.6d,由3号机台组织施工。采用XY-44A型岩芯钻机、BW-250型泥浆泵、SGZ-13型钻塔、SQ114/8型液压动力钳、JSJ-1000型绳索取芯绞车、1.2m3泥浆搅拌桶等设备，电网供电。

ZK2216，设计孔深870m，2020年6月29日开孔，终孔孔深900.51m，钻孔周期48d,由1号机台组织施工。采用HXY-6B型岩芯钻机、BW-250型泥浆泵、HCX-18型直斜两用塔、SQ114/8型液压动力钳、1.2m3泥浆搅拌桶等设备进行施工，电网供电。

在葛条湾—安坝矿段，由于地层较为复杂，给钻探施工带来较大困难，在上部覆盖层施工中，面临许多困难，容易发生机器故障、断钻、烧钻事故。

（1）矿区第四系覆盖较厚，含灰岩滚石，孔壁易坍塌，掉块频繁，漏失严重。

（2）地层复杂，特别是在软硬互层频繁中钻进时，容易造成钻具跑斜，给钻进带来很大困难，甚至导致钻孔报废。

（3）由于地层孔隙、裂隙较为发育，存在多个不整合面和夹层，井壁垮塌严重，容易造成卡钻事故。

（4）在顶漏钻进时，由于缺少钻井液的润滑，钻杆与孔壁之间摩擦阻力增大，钻杆和钻机钻进时负荷较大，钻进较为困难。

（5）由于漏失严重，冲洗液无法悬浮钻屑并带出孔底，岩粉难以排除，导致岩粉堆积，重复破碎，影响钻进效率。

（6）岩芯管投放困难,由于孔内冲洗液的漏失，不能直接将内管投放到位，只有采取相关措施才能投放到孔底，增加了辅助时间，严重影响了施工效率。

3 施工方法

3.1 矿区传统施工方法

在阳山矿区葛条湾—安坝矿段，ZK2616、ZK2620采用传统的“绳索取芯钻进+跟管工艺+扩孔工艺”钻进,对钻孔上部失返性漏失层进行封隔。主要钻进方法如下。

3.1.1 ZK2616施工方法

（1）下ø146mm套管。采用用ø150mm金刚石钻头开孔，钻至13.57m，下入ø146mm套管。

（2）下ø114mm套管。PQ（ø122mm）自孔深13.57m顶漏钻进至104.40m，下入ø114mm套管，在钻进孔深14m处发生失返性漏失。

（3）下ø89mm套管。HQ（ø96mm）自孔深104.40m顶漏钻进至206.36m，下入ø89mm套管。

（4）NQ取芯钻进。从孔深206.36m钻进至480.03m，采用“膨润土+纯碱+植物胶+纤维素”泥浆钻进。

3.1.2 ZK2620孔施工方法

（1）下ø146mm套管。用ø150mm合金钻头开孔，钻至孔深13.02m，下入ø146mm套管。PQ（ø122mm）自孔深13.02m钻进至16.70m发生失返性漏失，起拔ø146mm套管，ø150mm扩孔后再下入ø146mm套管。PQ（ø122mm）自孔深16.70m顶漏钻进至20.80m，起拔ø146mm套管，ø150mm扩孔后再下入ø146mm套管（图1）。

图1 ZK2620覆盖层孔钻孔结构

（2）跟进ø114mm套管。PQ自孔深20.80m顶漏钻进至110.88m，下ø114mm套管。HQ（ø96mm）下钻至孔深99.80m，扫孔未进，起拔ø114mm套管，更换单根后再下入ø114mm套管。HQ自孔深110.88m顶漏钻进至130.18m，跟进ø114mm套管至孔深126.48m。

（3）下ø95mm套管。HQ从孔深130.18m顶漏钻进至162.73m，下入ø95mm×6mm直连套管。NQ（ø76mm）从孔深162.73m顶漏钻进至206.36m；送内管，脱卡无效，钢丝绳拉断，提钻后发现内管掉入孔底；起拔ø95mm套管，HQ钻具扩孔，处理打捞中HQ钻杆多次脱扣、HQ弹卡室断裂等，反复处理后，反丝钻杆打捞出内管及钻具。

HQ钻具研磨、扩扫至孔深206.36m，进入基岩（千枚岩），下入ø95mm直连套管。

（4）NQ取芯钻进。NQ从孔深206.36m钻进至610.16m，采用“膨润土+纯碱+植物胶+纤维素”泥浆钻进。NQ从孔深610.16m钻进至700.16m终孔，采用“纯碱+聚丙烯酰胺”清水顶漏钻进。

3.2 新方法的的探索

在地质许可的情况下，覆盖层（失返性漏失层）不采取岩芯，采用“全面钻进为主，绳索取芯钻进+跟管钻进”为辅的工艺方法，快速通过漏失返地层，该施工方法在ZK2216中进行应用，方法如下：

（1）下ø168mm套管。用ø172mm合金钻头开孔，钻至孔深4.49m。用全面钻进工艺，全面钻具组合见图2（中国地质科学院探矿工艺研究所提供），ø152.4mm牙轮钻头全面钻进至孔深8.59m。扩、扫孔后，下入ø168mm套管（图3）。

图2 ø152.4mm牙轮钻头全面钻进钻具组合

图3 ZK2216覆盖层钻孔结构图

（2）ø146mm套管。ø152.4mm牙轮钻头自孔深8.59m，全面钻进至孔深17.89m,ø152.4mmPDC全面钻头自孔深17.89m,全面钻进至75.56m，约孔深64m处发生失返性漏失。

ø152.4mm牙轮钻头自孔深75.56m顶漏全面钻进至孔深119.62m、121.22m时，HQ钻杆各脱扣1次，孔深121.22m处打捞成功后，下入ø146mm套管至孔深115.16m。

采用PQ（ø122mm）绳索取芯自孔深121.22m顶漏钻进至124.22m，提钻后，转动下压ø146mm套管至121.22m。

（3）跟进ø114mm套管。PQ自孔深124.22m顶漏钻进至127.73m，下入ø114mm套管（未带套管钻头）。HQ（ø96mm）自孔深127.73m顶漏钻进至129.83m，提出ø114mm套管，下入薄壁钻头+ø114mm套管自孔深127.73m跟进至129.83m。HQ自孔深129.83m顶漏钻进至132.93m，跟进ø114mm套管至132.83m。HQ自孔深132.93m钻进至136.63m。跟进ø114mm套管至135.75m。

（4）HQ取芯钻进。HQ自孔深136.63m钻进至168.71m，穿过失返性地层。HQ自孔深168.71m采用绳索取芯钻进至332.51m。采用“膨润土+纯碱+植物胶+纤维素”泥浆钻进。

（5）NQ取芯钻进。NQ从孔深332.51m钻进至900.51m，终孔，采用“膨润土+纯碱+植物胶+纤维素”泥浆钻进。

4 施工效果分析

在葛条湾—安坝矿段,ZK2616、ZK2620采用传统的“绳索取芯钻进+跟管工艺+扩孔工艺”钻进，ZK2216以“全面钻进为主，绳索取芯钻进+跟管为辅”的工艺方法，施工后，对3个钻孔施工效果进行了统计分析（表1）。

从表1可看出：

表1 葛条湾—安坝矿段第四系的灰岩夹粘土的失返性漏失层位封隔效果统计

（1）采用“全面钻进为主，绳索取芯钻进+跟管为辅”的工艺方法，较矿区传统的钻进方法（取芯钻进结合跟管工艺、扩孔工艺）对失返性地层的封隔效率要高，且封隔效果较好。

（2）全面钻进能快速穿过失返性漏失层，下套管进行封隔，防止了孔壁的坍塌，施工时井内比较安全。

（3）采用牙轮钻头全面钻进，钻进时由于钻头工作面较大，钻进时较为稳定，大大降低了井故发生概率。

（4）在地质许可的情况下，采用全面钻进，辅助时间少、有利于提高施工效率。

5 结论与建议

（1）矿区传统的跟管工艺及扩孔工艺在干孔中实施存在有较大的风险，同时干孔中钻进，阻力加大，容易导致井故发生。

（2）通过“全面钻进为主，绳索取芯钻进+跟管为辅”工艺方法在阳山矿区的有益实践，找到了应对矿区失返性漏失层钻进的有效施工方法，为下一步对该地层提供了强有力的技术支撑。

（3）全面钻进方法在该地层有较好的适应性，施工效率高、封隔效果好，安全有保证，在地质许可情况下，在该矿区可推广使用。