绳索取芯技术在山阳某金矿的应用

祁恩强，朱金军，杨小兵

（1.西北有色地质勘查局七一七总队，陕西宝鸡721004；2.西北有色地质勘查局七一三总队，陕西商洛726000）

绳索取芯技术在山阳某金矿的应用

祁恩强*1，朱金军1，杨小兵2

（1.西北有色地质勘查局七一七总队，陕西宝鸡721004；2.西北有色地质勘查局七一三总队，陕西商洛726000）

针对金刚石绳索取芯钻进技术在山阳某金矿复杂破碎地层施工过程中，由于地层情况复杂，破碎带发育，从而导致钻进效率低下、钻探事故频发等问题，结合当前绳索取芯技术应用现状，提出优化及预防和处理措施，特别是泥浆方面，减少了钻探事故和提高了钻进效率。

山阳某金矿；复杂地层；优化措施；护壁堵漏

1　地质概况

1.1地质构造

该区位于秦巴（差异性）断块隆起区内，同时处于南秦岭印支褶皱带内，因此区内地质构造特别复杂，区内主要发育有北向断裂。

1.2地层及岩性

该矿区此次钻进所遇地层上覆第四系（厚约10～20m）；上部某些区块的地层中（＞18m）有一层含金石英脉，结构较为松散，容易漏失。中部主要有白云母石英片岩夹有绢云母板岩（厚约40～199m），在施工时，在这一区段内某些层位裂隙及孔隙极其发育造成较大的漏失，同时容易出现掉块现象从而可能会出现卡钻的事故；下部地层主要含有泥质及钙质板岩，裂隙发育，漏失现象依然会出现。整套基岩硬度中等、构造发育、断层蚀变带发育、岩脉发育，进行绳索取芯钻进有一定的难度。

矿区岩石刻钻性3～8级，终孔口径不得小于75mm。

1.3钻探施工特点

从区内地层、岩性、断层、构造等可以看出，对钻进施工来说，这种地层上部钻进效率较高；到中下部容易出现掉块，且漏失严重，导致烧钻、卡钻等事故的发生，因此严重制约着钻进效率。

由此我们在该矿区钻进施工中无论从钻进工艺选择、钻孔结构设计、钻进参数选择还是冲洗液选型方面都必须采取“小心谨慎，预防为主”的原则。

2　钻进设备及工艺概况

2.1钻进设备

此次钻进施工的深度在200～400m之间，因此选用了XY-4型和XY-42T塔机一体型立轴钻机，泥浆泵（BW-250）。

2.2钻进工艺概述

2.2.1施工工艺

此次钻进施工采取的钻进工艺为金刚石绳索取芯钻进工艺，使用S75新型绳索取芯外加厚钻杆钻杆。钻头外径加大到76mm，解决液流环状间隙小、泵压偏高的问题。

因该地区地表第四系覆盖层较薄，通常开孔10m左右即为基岩，岩石硬度中等，故钻孔结构比较简单。一般采用∅130mm开孔，下入孔口管之后，换用∅110mm钻头钻进至完整基岩后，下入∅108mm套管，把∅95mm口径作为技术口径备用，然后改用∅76.5mm钻头钻进至终孔。

2.2.2泥浆工艺

为了防止绳索取芯钻具内管结垢堵塞管道，因此选用了低固相不分散钻井液。

（1）钻井液材料：广谱护壁剂，600万分子量聚丙烯酰胺（PHP）。

（2）钻井液配方：0.6m3淡水+2kg广谱护壁剂+ 0.15kg聚丙烯酰胺（PHP）。

随地层性质的变化配方会适当进行调整。

（3）配置方法：先将护壁剂和清水一起放入搅拌池内搅拌一段时间，同时在另外的一个搅拌桶内放入聚丙酰胺持续搅拌约0.5h左右的时间，最后将聚丙烯酰胺溶解液加入搅拌池内搅拌一段时间后，把钻井液注入泥浆池内。

（3）钻井液性能：经试验室测定该钻井液性能如表1所示。

该矿区在使用绳索取芯钻进技术施工过程中，由于对地层的判断不清楚以及钻进工艺和钻井液的配置不当，从而产生了一些生产事故，严重影响到了此次钻探施工的进度，后来在泥浆等方面进行改变，取得了较好的效果。

3　ZK18-1和ZK18-2钻孔的结构设计

现场技术人员根据地层以及地质柱状图设计，对2孔进行设计。参见图1、图2。

图2　ZK18-2孔钻孔结构设计

4　漏失原因及堵漏措施

漏失现象严重影响这绳索取芯钻进的钻进效率，如何才能有效地对出现的严重漏失现象进行处理，是一个关乎整个钻进施工能否安全、快速、经济地完成作业的一个很重要的问题。

4.1ZK18-1和ZK18-2孔整孔漏失量记录

经过对现场泥浆池各个时段的泥浆量进行监测，得出2孔漏失量随深度变化图。如图3和图4所示。

从泥浆漏失图中可以看出，随着深度的变化，泥浆漏失量也有较大变化，同时在某些地层段漏失量明显降低，这是由于堵漏材料的应用而产生的效果，这说明现场使用的堵漏措施有一定效果。

4.2ZK18-1孔和ZK18-2漏失的原因

图3　ZK18-1孔漏失量随深度变化曲线

图4　ZK18-2孔漏失量随深度变化曲线

（1）地层因素：该矿区构造复杂，局部地层裂隙极度发育，孔隙度较大。

（2）钻井液性能因素：为了应对绳索取芯内管结垢问题，使用的是低固相不分散钻井液。该钻井液虽能有效地解决内管结垢、满足钻具润滑和冷却、成功携带岩屑，但是由于是低固相泥浆，未能在孔壁上形成有效泥饼。因此，漏失现象较严重。

（3）人为因素：在有些时候，操作人员未严格按照造作规程操作，下钻过快而造成井下压力激动，产生诱导性裂缝。从而致使漏失加剧。

4.3堵漏措施及效果

（1）对于漏失现象较为严重的井段，现场技术人员，对钻井液进行调整，一般情况下，加入一定量锯末，进行堵漏。

①堵漏钻井液配方：1.0m3水+3.2kg护壁剂+ 300g600万分子聚丙烯酰胺+5kg锯末。

②其性能如表2所示。

表2　堵漏钻井液性能

③效果：该配方的应用在一定程度上缓解了漏失现象，但是，如果停止锯末的加入的话，漏失量又会上升。

（2）对于漏失严重的井段，用水泥浆进行堵漏：

①堵漏水泥浆其配方：1.0m3水中加粘土25%+ Na2CO35%+聚丙烯酰胺1%+水泥20%。

②效果：按照配方配制完后，由孔口倒入井内，通过泵送替浆水将冲洗液送至漏失地层，静止3h后可泵入冲洗液进行循环。大多数情况下一次性堵漏井口返水，个别情况要进行2次甚至3次堵漏，才可能将漏失地层堵住。

4.4高漏失层堵漏材料及方法

（1）DTR堵漏材料：DTR高失水堵漏剂是由纤维状材料及聚凝剂等复而成，它与水混合后成为一种具有流动性、悬浮性和可泵性的堵漏液，具有良好的渗滤性，在压差作用下，水分迅速滤失，密度增大，形成有一定混凝强度的堵塞物，主要用在渗透性漏失层，或冲洗液消耗较大的漏失孔段，DTR直接加入冲洗液中循环可达到随钻堵漏的效果。DTR与惰性材料配合可用于中等较大的漏失地层。

（2）灌注方法：将钻杆下到漏失部位，用水泵把配好的浆液送到孔内。在灌注过程中，钻具必须上下活动，以防发生卡、埋钻事故，计算好潜水量，将浆液全部压送到漏失层。再把钻具提升到堵漏浆面以上的安全部位。注水静压4～6h。

5　结论

针对山阳某金矿绳索取芯钻进技术应用的研究，通过对钻进过程中出现的一系列钻进漏失量进行分析总结，制定出有效的堵漏措施，有效地解决了严重漏失现象。

在复杂破碎及伴有严重漏失地层钻进，一直是钻探施工作业中的难题，如何保证施工的质量，并能有较高的钻进效率，这是一个值得我们研究的问题。虽然目前国外一些机构对这个问题的研究有了初步突破，但是在国内这个问题还没有形成一个有效地解决措施，这是我们作为钻探人必须要面对和解决的问题。

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A

1004-5716（2016）06-0033-03

2015-05-14

祁恩强（1963-），男（汉族），甘肃镇原人，高级工程师，现从事地质勘察技术管理工作。