房县南部磷矿整装勘查钻探施工新技术及其应用研究

费香红　朱勇　徐海洋　王冰

摘 要：该文共分三部分，第一部分为项目概况，主要内容包括项目、地层概况；第二部分为钻探技术设计及质量要求，主要内容包括：钻具选择、钻进参数制定、钻孔结构设计、冲洗液类型与护壁堵漏措施、新技术的应用、钻孔质量保证措施，为钻探施工的顺利进展提供了保障；第三部分为孔内事故的预防及处理措施，主要内容包括：常见事故的处理方案。

关键词：钻进工艺 钻孔结构 护壁堵漏 事故处理

中图分类号：TD85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0089-01

湖北省房县南部磷矿整装勘查是根据湖北省地质找矿突破战略行动总体部署经省人民政府同意设立的七个首批找矿突破战略行动整装勘查区之一。项目总体工作目标是对房县南部深部磷矿资源开展统一勘查，以期发现新的矿床，力争新增磷矿资源量2亿t，提交矿产地3～5处，使本区的磷矿找矿工作具有突破性的进展。2012年度工作任务是进一步开展地质测量以及钻探、槽探工程施工等地质工作，进一步开展综合研究，寻找成矿的有利区段。

1 施工区概况

1.1 项目概况

整装勘查区位于房县南部的野人谷镇及上龛乡，西起上龛乡，东至南河。西南角红花朵一带属神农架林区管辖，为一般保护区。

勘查区属中山地貌，总体上南高北低，一般标高在1600～2200 m之间。本区地形切割较深，多呈“V”形峡谷，地形陡峭，植被发育，通行通视条件差。

1.2 矿区地层概况

勘查区范围属扬子地层区上扬子地层分区，地层出露有中元古界神农架群，晚元古界南华系、震旦系及古生界寒武系、奥陶系、志留系等。中生界三叠系等。

1.3 地层可钻性简介

第四系残坡积层：结构松散，易冲蚀、易坍塌、难取心，孔壁不稳。

白云岩、蠕虫状白云岩：岩石可钻性Ⅶ级，是本区主要岩石，因受地下水溶蚀影响，裂隙、溶洞较发育，部分裂隙、溶洞中有黄泥、碎石充填。

白云质泥灰岩：可钻性Ⅵ，含泥质成分较多，易破碎。

磷块岩：是本区的主要勘探对象，属硬、脆、碎地层，在机械作用下，岩心易破碎成碎块状，给取心带来一定困难。

燧石条带白云岩：其硅条带硅化程度高，岩石结构细密、坚硬，可钻性在Ⅹ级，金刚石钻进容易造成打滑。

含锰白云岩：可钻性Ⅶ级，是本矿区矿层的底板。

泥质条带磷块岩：岩石可钻性Ⅵ级，岩石破碎，易掉块。

片麻花岗岩：极坚硬，研磨性强，可钻性在Ⅺ级左右。

2 钻探新技术

2.1 钻进方法与钻具组合

（1）开孔第四系残坡积层采用Φ130 mm单管合金钻进至完整基岩，下套管后Φ76mm采用金刚石绳索取心钻进。

（2）Φ76mm口径选用人造孕镶金刚石钻头，在白云岩层中钻头和扩孔器胎体硬度为25～30HRC。

（3）扩口器外径应比钻头外径大0.3～0.5 mm。

（4）在硅质岩层钻进选用15～20HRC人造孕镶金刚石钻头。

（5）每个钻孔要将钻头和扩孔器排队使用。

（6）注意的几个问题：

①在水位很低或者孔内没有水位的钻孔，禁止从孔口投入内管，在深孔水位高的情况下，可开泵将内管送入孔底，确保内管到位后方可钻进。

②每回次检查内、外管的同心度及钻具的性能，有缺陷的钻具应及时维修、保养，不符合要求的钻具不得下入孔内。

③深孔在打捞内管时，应同时向孔内回灌冲洗液。

2.2 钻孔结构

钻孔结构为：以Φ130mm孔径钻穿第四系覆盖层和强风化层，下入Φ127mm的套管；储备Φ110mm、Φ91mm两级口径在遇到岩溶及大的断层破碎带时，可以扩孔下入Φ108mm、Φ89mm的套管隔离复杂地层，地层完整后使用Φ76mm绳索取芯金刚石钻至终孔。

2.3 冲洗液类型与护壁堵漏措施

根据护壁和润滑的需要，本矿区使用无固相化学浆液作钻探冲洗液，根据地层情况加入植物胶、腐植酸钾及其他高分子材料。

（1）在松散、破碎岩层中钻进，在每个回次终了时，向孔内灌入高粘度的优质泥浆，其目的是在新钻进的孔壁上能够形成一层泥皮，起到保护孔壁的作用。

（2）水泥护壁堵漏：对于部分泥浆护壁不起作用、同时孔内漏失情况不是很严重的的钻孔可以采用水泥护壁。其作用机理在于，将孔壁松散的岩石进行固结，预防钻孔孔壁的进一步垮塌，同时，对于前期形成的部分空腔有回填作用，可以有效的防止钻杆在空腔部位甩断。

（3）在垮塌地层中钻进，使用水泥封闭时由于水泥漏失严重，同时固结情况较差，不能起到保护孔壁的作用 ，可向孔内投入粘土、水泥球，然后用钻具将投入的粘土、水泥球擂实，在垮塌空腔处形成补丁，防止空腔继续扩大。

（4）堵漏措施：在漏失量不太大时，可采用801、803大裂隙堵漏剂、锯末、核桃壳、海带等材料加入冲洗液中送入孔内，可减缓或者完全堵塞钻孔漏失通道。

2.4 新技术的应用

（1）在特别坚硬地层（硅质及打滑）和破碎（岩心易堵和难于取心）的地层中，使用液动冲击回转钻进，对机台普及液动冲击器的使用。

（2）在特别难采的地层中使用底喷钻头或喷射式孔底反循环取心，以保证取心效果。

2.5 钻孔质量保证措施

根据矿区地质条件、岩矿层的物理机械性质和技术因素，选择金刚石绳索取心工艺。特殊地段、硬脆碎地层选用底喷钻头或喷射式孔底反循环取心在取心困难的岩、矿层钻进时，应限制转速、泵压和泵量，控制回次进尺长度和时间，回次进尺不得超过岩心管长度。在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有取出来时需要采取偏斜补取岩矿心。

3 孔内事故的处理措施

（1）钻具折断，钻杆脱落：用丝锥迅速锥起提出处理，如遇到孔内阻力过大，绳索钻杆丝扣锥不紧，则需要先磨掉接头处的丝扣再锥。

（2）钻头脱落及小物件掉入孔内：可用磁铁打捞器打捞，如吸不上来则可用切铁钻头直接消灭，再打捞干净后继续正常钻进。

（3）埋钻、卡钻、烧钻：遵循冲、提、打、顶、反、透、扩等原则逐步处理，处理时要保证优质泥浆的供应。

（4）孔斜事故：重在预防，在换层时和软硬不均时注意轻压慢转，并加强孔斜的测量密度，及时发现和纠正钻孔的偏斜。对已经发生的可采用造斜鍥，连续造斜器等纠正。

参考文献

[1] 李世忠.钻探工艺学[M].北京地质出版社，1989.

[2] 鄢捷年.钻井液工艺学[M].石油大学出版社，1993.endprint