江西九江金鸡窝矿区ZKJ5—3孔钻探技术研究

刘光健　李飞

[摘要]结合金鸡窝矿区ZKJ5-3孔钻探实践，总结了本矿区内钻孔结构设计、工艺参数采用以及钻遇特殊地层的经验。

[关键词]细粒粉末状 钻探工艺 取芯

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-188-1

1工程概况

九江金鸡窝深部详查为城门山铜矿的第三期工程。金鸡窝矿区属于长江中下游铁铜金成矿带，位于长江中下游之滨，距离庐山为十八公里，九瑞公路从其旁边经过，交通方便。受业主委托，承担钻孔ZKJ5-3的施工任务，该孔设计深度850米，终孔孔深796.75米，钻遇细粒粉末状含铜黄铁矿，取芯非常困难为本矿区施工难度最难孔之一。

2地层及主要钻探技术要求

2.1主要地层情况

钻遇地层依次为：（1）（Q4）第四纪含碎石亚粘土。（2）（P1m）含燧石结核灰岩、灰岩地层。（3）（γδπ）花岗闪长斑岩。（4）（P1q）含炭灰岩、炭质灰岩。（5）（γδπ）花岗闪长斑岩。（6）（C2h）灰岩、白云岩。（7）（CuPy）细粒粉末状含铜黄铁矿。（8）（D3w）石英砂岩。

2.2钻探技术要求

（1）倾角为90°，全孔取芯率不小于70%（矿心不小于80%）。厚大矿体内连续矿心采取率低于80%的连续长度不能超过3米。

（2）每一百米进行顶角测量及钻孔深度校正，全孔必须进行简易水文观测。

（3）该钻孔为探求332资源量钻孔要求终孔处测斜沿线偏距和偏线距不能超过10米。

3钻孔结构及钻进工艺

3.1钻孔结构设计

本矿区地质地层条件起伏较大，给钻孔结构设计带来一定的困难，结合现有的地质地层资料和采用的钻探工艺特点，综合考虑钻具级配的合理性。本钻孔结构设计如下：采用φ150mm硬质合金钻具开孔钻穿覆盖层，下入φ146mm开孔管，再采用φ133mm单管钻具钻穿花岗闪长斑岩地层，下入φ127mm套管，再采用φ112mm绳索取芯钻具揭穿第二层花岗闪长斑岩地层，下入φ108mm套管，换φ95mm绳索取芯钻具至终孔，φ75mm作为备用径预留。

3.2钻进工艺

3.2.1钻进参数

根据矿区岩石物理力学性能及可钻性等级，该孔钻头选用了八角硬质合金钻头、孕镶金刚石钻头、八角硬质合金钢丝钻头，胎体硬度为HRC5-10，粒度30-60目，浓度100%，钻头底唇面有锯齿形、齿轮形。在钻进矿层的过程中，为保证取芯率还采用了金刚石底喷钻头，取得了良好的效果。孔底钻进压力在钻进遂石结核灰岩地层时较高可达5KN，正常钻进一般维持在2-4KN之间。转速一般维持在500r/min，在破碎带中钻进，视情况适当的降低钻压和转速。

3.2.2护壁及堵漏措施

ZKJ5-3号孔灰岩地层受花岗岩侵入形成的斑岩影响，在钻进过程中易产生垮塌、掉块，引发埋钻、卡钻事故。为保证钻探施工的顺利进行采用了一系列的护壁及堵漏措施。

（1）泥浆护壁：钻遇花岗闪长斑岩地层时泥浆配比为水+纯碱+膨润土+CMC+植物胶+聚丙烯酰胺+润滑剂等。

（2）水泥封孔护壁：钻遇该层时，先通过泥封孔护壁保证正常钻进，通过该地层，钻至稳定地层后灌入水灰比为0.5的水泥浆，待凝固8小时，扫孔继续钻进。

（3）套管护壁堵漏：孔深287.85米遇溶洞深5.57米，直接下入套管隔离溶洞。钻进至孔深771.18米时，虽未穿过细粒粉末状含铜黄铁矿层，但为避免孔内事故，下入套管。

以上措施的实施是保证了孔顺利完工。

4钻进技术难点

本钻孔的主要技术难点在于细粒粉末状含铜黄铁矿层的取芯，该矿层从孔深765.96米-779.53米孔段，处于黄龙组和王通组之间。造成取芯困难的原因主要有：（1）矿层为细粒粉末状含铜黄铁矿，钻进过程中不能采用泥浆冲洗液。（2）在钻探过程地层应力平衡被打破，此时受地应力的影响，缩径较为严重，易抱死钻具。（3）该地层属于水敏性地层，遇水膨胀，使得钻孔缩径加剧。（4）在钻具提升过程中产生抽吸现象，使得孔壁非常不稳定，易使钻孔垮塌，发生埋钻事故。（5）在矿层中钻进产生大量的含铜黄铁矿岩粉，其比重较重，由泥浆携带出孔内较为困难，待停钻将有大量矿石岩粉沉淀，造成钻具抱死。

如何在如此复杂的地层中钻进取芯是本钻孔的最主要的难点，通过对上述原因分析，采取了以下措施保证取芯钻进。

（1）钻进工艺：绳索取芯钻进为满眼钻进，抽吸作用最强，故将绳索取芯钻进工艺跟换为硬质合金单管钻具及单动双管的普钻，并加取粉管，以保持孔底干净。

（2）钻头：采用金刚石底喷钻头及硬质合金钢丝钻头，对比两种钻头的优劣，最终选择硬质合金钢丝钻头作为主要取芯钻头。

（3）泥浆：为平衡地应力的影响，加重泥浆比重，并改变泥浆的流变性能。为减少水对地层的影响，对泥浆的失水率进行严格的控制，将地层的水敏膨胀作用降到最低水平。

（4）套管：在孔深771.18米处，下一层技术套管，保证孔内安全。

（5）水泥封孔：钻进至孔深779.53米处，地层较完整，在原有孔段多次扫孔钻进，并伴随着大泵量长时间冲孔，从而在孔深771.18米至779.53米处形成大肚子，再灌入水泥浆封孔，扫孔后形成水泥石护壁。

在充分分析孔内地质地层的情况下，采取了上述5项措施，改变钻进工艺保证取芯率，同时在泥浆、套管、水泥封孔等措施的保护下，保持了钻孔孔壁的稳定，最终本孔矿层段的取芯率在90%以上。

5经验与体会

（1）结合自身及作业场地环境的特点，严格按照钻探标准化施工，保证不打野钻，大大的提高了单位形象，树立了钻探品牌。

（2）在钻孔结构设计时，应预留备用径。本钻孔正是因为有备用径，在矿层钻进过程中下入一层技术套管，隔绝了大部分复杂地层，为穿过矿层奠定了良好的基础。

（3）扎实做好钻探基础工作，如机台基础的加固、钻机钻塔的定位与安装等，并严格按照钻探规程施工，本钻孔终孔孔斜顶角为：1.4°很好的满足了地质要求的沿线偏距和偏线距不超过10米。

（4）旋流振动除砂设备、中国地质装备总公司生产的SQ114/8型液压钳在施工过程中得到应用，为除砂设备在地质勘探中的应用能够起到良好的示范作用。

（5）创新加工变径接头使得可以通过泥浆泵压取岩心管内第四纪及松软破碎岩心，最大限度的保持了岩心的原状性。

（6）复杂地层施工的成功，锻炼了钻探队伍，为以后钻遇类似地层积累了宝贵的经验。