徐 國 輝

(青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

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青海省格爾木拉陵高里河溝腦ZK4001孔鉆探技術(shù)研究

徐 國 輝

(青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧 810000)

礦區(qū)位于青海省西部東昆侖山脈西段、柴達(dá)木盆地南緣。平均海拔4 000 m以上，最高海拔4 700 m，區(qū)內(nèi)山勢陡峻，溝谷深切，植被稀疏，呈典型高原荒漠景觀，如圖1。

ZK4001鉆孔布置在該礦區(qū)HS32異常區(qū)MI、MII礦化帶東段，設(shè)計孔深900 m，直孔，終孔孔徑Φ75 mm，要求全孔取心。

圖1　溝腦礦區(qū)地形地貌

1　地質(zhì)概況

出露地層為金水口巖群，巖石類型主要有黑云斜長片麻巖、黑云角閃片麻巖、黑云二長片麻巖、斜長角閃巖、及鎂橄欖石大理巖、條帶狀大理巖?？辈閰^(qū)內(nèi)褶皺、斷裂均很發(fā)育，巖漿活動頻繁，由此形成的侵入巖主要類型有灰黑色角閃石巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖、灰色花崗閃長巖、正長花崗巖、花崗閃長玢巖等。區(qū)域動熱變質(zhì)作用強(qiáng)烈，形成的主要變質(zhì)巖類型有斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、白云石大理巖、橄欖石大理巖、大理巖等。

參照《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》巖石可鉆性分級表，與ZK4001鉆孔相關(guān)的主要巖石可鉆性級別如表1。

2　ZK4001孔面臨的主要難題

表1　巖石可鉆性分級

主要有以下幾個方面：鉆孔比較深，對鉆探設(shè)備、施工隊伍的整體要求比較高；斷裂發(fā)育，巖心容易碎裂化，鉆探過程中易造成掉塊卡鉆等孔內(nèi)事故；該孔遇到的主要巖石為花崗巖，硬度高，巖石平均可鉆性達(dá)Ⅸ級以上，鉆頭壽命低。

3　鉆進(jìn)工藝

3.1設(shè)備選擇

根據(jù)鉆孔的具體情況結(jié)合本單位的鉆探設(shè)備，最終選用XY-44型鉆機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如表2。

3.2鉆進(jìn)方法

根據(jù)礦區(qū)地層條件和地質(zhì)要求，本著高效、低耗、安全的原則，鉆進(jìn)方法主要沿用金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法。在具有一定厚度第四系覆蓋層、風(fēng)化層中鉆進(jìn)，選擇常用的“PDC”和金剛石套管鉆頭開孔的鉆進(jìn)方法，用套管隔離地表不穩(wěn)定地層后，然后使用金剛石繩索取心鉆進(jìn)。鉆具采用北美標(biāo)準(zhǔn)“Q”系列，相對應(yīng)的外徑分別為：PQ：122 mm、HQ：96 mm、NQ：76 mm。

金剛石繩索(Q系列)取心作為本礦區(qū)的主要鉆進(jìn)方法，要求鉆進(jìn)中避免鉆具強(qiáng)烈震動、鉆壓、轉(zhuǎn)速要與巖層相適應(yīng)，不要盲目加壓或提高轉(zhuǎn)速、合理地選擇鉆具級配、鉆具各部件之間的同心度要好、管材和絲扣部分無傷裂、合理地調(diào)整鉆具內(nèi)管卡簧座底端與鉆頭內(nèi)臺階的距離，充分發(fā)揮金剛石繩索取心鉆探優(yōu)越性，減少各類事故的發(fā)生，保證鉆探施工順利進(jìn)行。

3.3鉆頭的選擇及鉆具組合

開孔選用Ф150 mm口徑復(fù)合片鉆頭，隨著孔深的加深依次使用PQ、HQ、NQ金剛石繩索取心鉆頭。根據(jù)地層情況鉆頭的選擇如表3。

表3　ZK4001孔鉆頭選擇

總之，在選用鉆頭時要根據(jù)地層情況靈活選用，以發(fā)揮鉆頭最長使用壽命從而達(dá)到最佳鉆進(jìn)效率。鉆具組合：主動鉆桿+變絲+繩索取心鉆桿+鉆具+擴(kuò)孔器+繩索取心鉆頭。

表4　金剛石繩索取心(Q系列)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

3.4鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

金剛石繩索取心(Q系列)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)(孕鑲)，如表4。

3.5鉆孔結(jié)構(gòu)

該區(qū)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計要求，終孔孔徑不小于φ75 mm或NQ。在滿足終孔口徑的前提下，盡量少換徑簡化鉆孔結(jié)構(gòu)。針對該區(qū)上部地層松散、膠結(jié)性差、巖石破碎等特點，采取套管隔離和泥漿護(hù)壁相結(jié)合的治理措施，根據(jù)地層的復(fù)雜程度及所選用的鉆進(jìn)技術(shù)方法特點，確定合理的鉆孔結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)正常鉆進(jìn)、保證優(yōu)質(zhì)、高效順利終孔的基礎(chǔ)。

開孔采用φ150 mm口徑的復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)6 m，并下好φ146 mm孔口管，然后換用PQ金剛石鉆頭鉆進(jìn)60 m至較完整巖段后下好PQ套管，之后換用HQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進(jìn)210 m隔離上部不穩(wěn)定地層，并將HQ鉆桿作為套管下入孔內(nèi)，最后使用NQ金剛石繩索取心鉆頭鉆進(jìn)1 064 m至終孔，鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2。

3.6泥漿體系

在鉆進(jìn)過程中遇到的主要問題是由蝕變花崗巖引起的掉塊、坍塌，在孔深600 m以深大顆粒巖粉排除困難從而造成埋鉆、燒鉆等事故以及高泵壓。因此配備的泥漿須具有膠結(jié)性能好、防塌的效果好的特點，同時為保證鉆進(jìn)速度，泥漿應(yīng)滿足具有清除巖粉能力強(qiáng)、潤滑效果好、冷卻效果好的特點。攪拌泥漿前，首先對于蓄水坑中的水用純堿(Na2CO3)進(jìn)行軟化處理，降低鈣、鎂等離子對于泥漿體系的影響，再根據(jù)不同地層制定不同的泥漿配方。經(jīng)過反復(fù)試驗對比，ZK4001孔最終得出如下幾種泥漿配方。

圖2　ZK4001鉆孔結(jié)構(gòu)圖

開孔地層的泥漿配置(0～12 m)：覆蓋層(以風(fēng)化基巖為特征伴隨漏失)；鈉基土：50～80 kg(5%～8%),攪拌時間30～35 min；純堿：0.5～1 kg(0.05%～0.1%)，攪拌時間30 min；鈉羧甲基纖維素：1～2 kg(0.1%～0.2%)，攪拌時間大于30 min；植物膠(SH)：0.15%～0.5%，攪拌時間大于30 min。

較復(fù)雜地層的泥漿配置(12～210 m)：自12 m直至60 m地層較為破碎，60 m至210 m孔段地層完整破碎交替出現(xiàn)，易掉塊、卡鉆，為此選擇不分散低固相泥漿。泥漿類型滿足適用范圍廣、攪拌方便、材料簡單易購的特點，具體配制見表5。

對泥漿材料的要求：PHP：水解度30%～35%、分子量≥800萬；鈉土：造漿率≥11 T·m-3、膨脹率≥16、含沙量<4%、目數(shù)≥200；Na—CMC：代替度>0.5、聚合度300～600、分子量1～4萬；攪拌要求：各種處理劑的摻加過程依據(jù)表中自上而下，不可顛倒。Na—CMC須首先配制成5%的溶液，PHP配置成1%的溶液。

表5　不分散低固相泥漿

相對完整地層的泥漿配置(210～1 064 m):210 m以深地層相對完整，主要以花崗巖為主，配置的泥漿需具備攜粉能力好、流動性能好、潤滑性能好等特點。針對該地層主要選擇如下的無固相泥漿配比，見表6。

表6　無固相泥漿配比

地層相對完整時，在清水中也可加入1%～1.5%的高效潤滑劑。

4　結(jié)　論

溝腦礦區(qū)中深孔ZK4001，設(shè)計孔深900 m，在鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計孔深后，由于未達(dá)預(yù)期找礦目的，繼續(xù)加深，最終1 064 m終孔。該孔在作鉆進(jìn)過程中克服了一系列技術(shù)難題，全孔巖心平均采取率大于99%，實測鉆孔頂角與設(shè)計頂角之差1.2 °，被評定為優(yōu)質(zhì)鉆孔，創(chuàng)下了青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在青藏高原實施小口徑巖心鉆探的最深紀(jì)錄，為溝腦礦區(qū)地質(zhì)找礦提供了寶貴的原始資料。

[1]DZ/T 0227-2010.地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程.

[2]烏效鳴.鉆井液與巖土工程漿液.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)，2002：26-79.

[3]石立明.復(fù)雜地層巖心鉆探綜合治理技術(shù).探礦工程:巖土鉆掘工程，2008，35(02):12-14.

[4]王達(dá)，何遠(yuǎn)信.地質(zhì)鉆探手冊.長沙：中南大學(xué)出版社，2016：16-96.

[責(zé)任編輯：王榮榮英文編輯：劉彥哲]

徐國輝(1979-)，男，山東萊西人，青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院探礦工程師，從事小口徑巖心鉆探生產(chǎn)技術(shù)與管理研究。

P 634

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.09.012