贵州省兴仁县新庄矿区复杂地层深孔岩芯钻探施工实践与认识

童 强，杨丕祥

（贵州地矿局117地质大队，贵州贵阳550008）

贵州省兴仁县新庄矿区复杂地层深孔岩芯钻探施工实践与认识

童 强*，杨丕祥

（贵州地矿局117地质大队，贵州贵阳550008）

全面介绍了兴仁县新庄矿区普查项目钻孔情况，包括钻遇地层、钻孔结构、钻进参数、泥浆选用与护壁、钻头的选用等，重点分析和总结了钻进参数、钻头使用和泥浆使用工艺技术，并对深孔钻探技术提出了几点体会。

深孔；钻进参数；煤系地层；泥浆；护壁防塌

1 矿区情况概述

兴仁县新庄矿区普查项目属贵州省黔西南州矿权储备交易中心与我单位合作开发的勘查项目，主要勘查矿区的金矿和煤矿的储量。该矿区施工地层主要为中茅口组，大厂层、龙潭组、长兴组、大隆组；下三叠统夜郎组、永宁镇组及第四系。其中含煤岩系为龙潭组，由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩、泥岩、粘土岩、炭质泥岩、燧石灰岩、泥质灰岩及煤层组成，煤系地层厚度400m以上，其中煤层以粉煤为主。含金岩系为大厂层，由强硅化灰岩、角砾状强硅化灰岩、硅质岩及角砾状粘土岩组成，蚀变带平均厚度23m。

2 矿区钻探施工的主要难点

（1）深孔施工:该矿区钻孔设计为950～1300m。

（2）地层复杂:煤系地层地层结构不稳定，常造成钻孔超径、坍塌；大厂层的灰岩，主要为强硅化灰岩，钻进效率低，造成频繁起下钻，影响钻孔孔壁稳定。

（3）套管的下入与起拔：技术套管下入孔段较深，下套管时常出现遇阻不到位。同时，因下管较多，造成一定的起拔套管困难。

（4）钻杆磨损：施工时间较长，钻杆经常出现严重磨损的现象，造成孔内泥浆假循环，形成烧钻事故。

（5）泥浆调试：地层情况的复杂性造成泥浆的选用必须进行对应的调试。

3 矿区钻探施工的现场情况

3.1 施工完成情况及主要的设备

根据矿区的情况，我单位选用1台套HXY-6A型钻机和2台套XY-44A型钻机完成矿区8个钻孔的施工，总工作量为8671.59m。

3.2 钻孔结构

根据矿区的地层情况和施工要求，钻孔均采用Ø150mm-PQ-HQ-NQ四级钻孔结构。

3.3 金刚石钻头的选用

在该矿区钻孔钻进中,针对地层破碎、坍塌、超径,造成环状间隙小、流速大、泵压损耗大、液流不畅、泵压偏高或憋泵,导致无法正常钻进；在下入和起拔套管时,易造成下入不到位、起拔困难等问题。在实际工作中,我们采用钻头外径和扩孔器外径均较普通规格增加了1mm。

在该矿区钻孔钻进中,由于地层存在硅化层，造成钻头打滑现象。在实际工作中,我们采用HRC20的NQ齿轮式孕镶金刚石绳索取芯钻头施工该层位，提高了在该层位的施工效率。

在该矿区钻孔钻进中,由于煤系地层厚度在400m以上。在实际工作中,我们采用HRC35的D型NQ底喷式孕镶金刚石绳索取芯钻头施工该层位，保证了该层位的岩芯采取率。

3.4 钻进参数的选择

为证明推论，对闪速炉电收尘器出口烟尘进行了4次采样，每次采集5个样品，采样后滤筒先按烟尘分析方法计算出增重，再将滤筒进行样品处理后分析硫酸雾总量（见表1）。从结果可以看出，滤筒中均检出一定重量的硫酸雾，且硫酸雾的质量和三氧化硫浓度成正比。

在不同的地层、不同的孔深、不同孔径钻进中绳索取芯钻进参数是不同，因此该矿区钻孔先通过理论计算和理论选择得出了理论钻进参数，然后在钻进施工中通过不断探索总结优化得出了实际钻进参数（见表1）。

表1 实际钻进参数表

3.5 泥浆配置及效果

（1）泥浆配置。根据矿区的地质情况进行泥浆配比试验，选出了比较理想的配方。

①永宁镇组、夜郎组其岩性为泥质白云岩、白云质灰岩，其特点是砂粒粗、易微细坍塌掉块等，其对泥浆的要求是携砂性能好、润滑性好。因此主要采用HPAM-KHm低固相泥浆（见表2）。

表2 泥浆配方表

②大隆组、长兴组其岩性为钙质粘土岩，其特点是易水化膨胀、具有造浆性等，其对泥浆的要求为降失水、抑制水化、携砂、护壁防塌、润滑性好。因此主要采用广谱—沥青护壁防塌泥浆（见表3）。

表3 泥浆配方表

③龙潭组（煤系地层）其岩性为炭质粘土岩、泥质粉砂岩和煤层，其特点是水敏性强、易垮塌、具有造浆性等，其对泥浆的要求为降失水、抑制水化、堵漏、携砂、降粘、护壁防塌、润滑性好。因此主要采用聚丙烯腈胺盐—广谱—植物胶护壁防塌泥浆（见表4）。

表4 泥浆配方表

④大厂层、茅口组其岩性为强硅化灰岩、硅质岩和白云质灰岩，其特点是研磨性差、易漏失等，其对泥浆的要求为携砂性能好、润滑性好。考虑到上部龙潭组的护壁防塌需要，因此仍主要采用聚丙烯腈胺盐—广谱—植物胶护壁防塌泥浆。

（2）泥浆使用效果。

①携砂能力较强：基本保障钻孔内清洁，无过多岩粉残留，增加了一次性下钻到底的成功率。

②防塌护壁：矿区煤系地层厚度为380～450m，可采煤层4～7层，以粉煤为主，在钻探施工中基本无煤层垮塌现象。

③泵压低：在矿区钻孔施工过程中，泥浆泵泵压一般保持在3.5MPa以下。

④润滑性良好：在矿区钻孔施工过程中，钻机负荷正常，钻杆磨损程度较轻。

⑤配置简单，性价比高：现场只需按配方用搅拌机搅拌0.5～1h就可配置好泥浆。泥浆的使用寿命比较长，性能稳定，节约了泥浆整体成本。

4 深孔钻探的认识

深孔岩芯钻探是一项复杂的、综合性很强的系统工程，如设备及附属设备配套问题，钻杆的可靠性、绳索取芯钻探工艺参数的合理性、钻孔护壁、润滑、钻探施工设计编写与落实等问题。结合新庄矿区的钻孔施工实践浅谈几点体会。

（1）合理选择钻探设备。在设备和附属配套的选择上要根据地质要求合理配置，不能出现超设备能力施工情况出现。

（2）合理选择绳索取芯管材。在深孔钻进中，配备加长型的绳索取芯钻杆和钻具，适当的增加内外管间的环状间隙，可以提高回次进尺，减少起下内管的辅助时间。针对复杂地层，可合理增大钻头的外径。配置液压拧管钳可避免人为原因导致钻杆丝扣和钻杆体受损伤。

（3）优化绳索取芯钻探工艺参数。在深孔钻进中，为确保施工安全，防止孔内事故，要优化选用金刚石钻头，适当控制钻机转速，合理选择泥浆的流量和给进压力。

（4）绳索取芯钻进的冲洗液和护壁措施。在地层复杂的情况下，应选用中粘度、合理密度、降失水性好、润滑减阻性好的泥浆。通过该矿区的实践和总结，广谱—沥青护壁防塌泥浆和聚丙烯腈胺盐—广谱—植物胶护壁防塌泥浆完全可以适应煤勘深孔的施工需要。

（5）必须认真编写施工技术组织设计。深孔的施工难度大，费用高，风险大，认真编写好施工技术组织设计是很重要的。钻孔技术设计要细致，针对性要强，不能流于形式，重要特殊钻孔设计要反复进行商讨和论证。同时在施工中必须按要求严格执行，并及时针对实际情况进行修改。

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2015-02-09

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童强（1982-），男（汉族），湖北武汉人，工程师，现从事地质钻探技术工作。