青海省格尔木拉陵高里河沟脑ZK4001孔钻探技术研究

徐 国 辉

(青海省第二地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)



青海省格尔木拉陵高里河沟脑ZK4001孔钻探技术研究

徐 国 辉

(青海省第二地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)

矿区位于青海省西部东昆仑山脉西段、柴达木盆地南缘。平均海拔4 000 m以上，最高海拔4 700 m，区内山势陡峻，沟谷深切，植被稀疏，呈典型高原荒漠景观，如图1。

ZK4001钻孔布置在该矿区HS32异常区MI、MII矿化带东段，设计孔深900 m，直孔，终孔孔径Φ75 mm，要求全孔取心。

图1　沟脑矿区地形地貌

1　地质概况

出露地层为金水口岩群，岩石类型主要有黑云斜长片麻岩、黑云角闪片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长角闪岩、及镁橄榄石大理岩、条带状大理岩。勘查区内褶皱、断裂均很发育，岩浆活动频繁，由此形成的侵入岩主要类型有灰黑色角闪石岩、二长花岗岩、钾长花岗岩、灰色花岗闪长岩、正长花岗岩、花岗闪长玢岩等。区域动热变质作用强烈，形成的主要变质岩类型有斜长角闪岩、黑云斜长片麻岩、白云石大理岩、橄榄石大理岩、大理岩等。

参照《地质岩心钻探规程》岩石可钻性分级表，与ZK4001钻孔相关的主要岩石可钻性级别如表1。

2　ZK4001孔面临的主要难题

表1　岩石可钻性分级

主要有以下几个方面：钻孔比较深，对钻探设备、施工队伍的整体要求比较高；断裂发育，岩心容易碎裂化，钻探过程中易造成掉块卡钻等孔内事故；该孔遇到的主要岩石为花岗岩，硬度高，岩石平均可钻性达Ⅸ级以上，钻头寿命低。

3　钻进工艺

3.1设备选择

根据钻孔的具体情况结合本单位的钻探设备，最终选用XY-44型钻机，其主要技术参数如表2。

3.2钻进方法

根据矿区地层条件和地质要求，本着高效、低耗、安全的原则，钻进方法主要沿用金刚石绳索取心钻进方法。在具有一定厚度第四系覆盖层、风化层中钻进，选择常用的“PDC”和金刚石套管钻头开孔的钻进方法，用套管隔离地表不稳定地层后，然后使用金刚石绳索取心钻进。钻具采用北美标准“Q”系列，相对应的外径分别为：PQ：122 mm、HQ：96 mm、NQ：76 mm。

金刚石绳索(Q系列)取心作为本矿区的主要钻进方法，要求钻进中避免钻具强烈震动、钻压、转速要与岩层相适应，不要盲目加压或提高转速、合理地选择钻具级配、钻具各部件之间的同心度要好、管材和丝扣部分无伤裂、合理地调整钻具内管卡簧座底端与钻头内台阶的距离，充分发挥金刚石绳索取心钻探优越性，减少各类事故的发生，保证钻探施工顺利进行。

3.3钻头的选择及钻具组合

开孔选用Ф150 mm口径复合片钻头，随着孔深的加深依次使用PQ、HQ、NQ金刚石绳索取心钻头。根据地层情况钻头的选择如表3。

表3　ZK4001孔钻头选择

总之，在选用钻头时要根据地层情况灵活选用，以发挥钻头最长使用寿命从而达到最佳钻进效率。钻具组合：主动钻杆+变丝+绳索取心钻杆+钻具+扩孔器+绳索取心钻头。

表4　金刚石绳索取心(Q系列)钻进技术参数

3.4钻进技术参数

金刚石绳索取心(Q系列)钻进技术参数(孕镶)，如表4。

3.5钻孔结构

该区根据地质设计要求，终孔孔径不小于φ75 mm或NQ。在满足终孔口径的前提下，尽量少换径简化钻孔结构。针对该区上部地层松散、胶结性差、岩石破碎等特点，采取套管隔离和泥浆护壁相结合的治理措施，根据地层的复杂程度及所选用的钻进技术方法特点，确定合理的钻孔结构，是实现正常钻进、保证优质、高效顺利终孔的基础。

开孔采用φ150 mm口径的复合片钻头钻进6 m，并下好φ146 mm孔口管，然后换用PQ金刚石钻头钻进60 m至较完整岩段后下好PQ套管，之后换用HQ金刚石绳索取心钻头钻进210 m隔离上部不稳定地层，并将HQ钻杆作为套管下入孔内，最后使用NQ金刚石绳索取心钻头钻进1 064 m至终孔，钻孔结构如图2。

3.6泥浆体系

在钻进过程中遇到的主要问题是由蚀变花岗岩引起的掉块、坍塌，在孔深600 m以深大颗粒岩粉排除困难从而造成埋钻、烧钻等事故以及高泵压。因此配备的泥浆须具有胶结性能好、防塌的效果好的特点，同时为保证钻进速度，泥浆应满足具有清除岩粉能力强、润滑效果好、冷却效果好的特点。搅拌泥浆前，首先对于蓄水坑中的水用纯碱(Na2CO3)进行软化处理，降低钙、镁等离子对于泥浆体系的影响，再根据不同地层制定不同的泥浆配方。经过反复试验对比，ZK4001孔最终得出如下几种泥浆配方。

图2　ZK4001钻孔结构图

开孔地层的泥浆配置(0～12 m)：覆盖层(以风化基岩为特征伴随漏失)；钠基土：50～80 kg(5%～8%),搅拌时间30～35 min；纯碱：0.5～1 kg(0.05%～0.1%)，搅拌时间30 min；钠羧甲基纤维素：1～2 kg(0.1%～0.2%)，搅拌时间大于30 min；植物胶(SH)：0.15%～0.5%，搅拌时间大于30 min。

较复杂地层的泥浆配置(12～210 m)：自12 m直至60 m地层较为破碎，60 m至210 m孔段地层完整破碎交替出现，易掉块、卡钻，为此选择不分散低固相泥浆。泥浆类型满足适用范围广、搅拌方便、材料简单易购的特点，具体配制见表5。

对泥浆材料的要求：PHP：水解度30%～35%、分子量≥800万；钠土：造浆率≥11 T·m-3、膨胀率≥16、含沙量<4%、目数≥200；Na—CMC：代替度>0.5、聚合度300～600、分子量1～4万；搅拌要求：各种处理剂的掺加过程依据表中自上而下，不可颠倒。Na—CMC须首先配制成5%的溶液，PHP配置成1%的溶液。

表5　不分散低固相泥浆

相对完整地层的泥浆配置(210～1 064 m):210 m以深地层相对完整，主要以花岗岩为主，配置的泥浆需具备携粉能力好、流动性能好、润滑性能好等特点。针对该地层主要选择如下的无固相泥浆配比，见表6。

表6　无固相泥浆配比

地层相对完整时，在清水中也可加入1%～1.5%的高效润滑剂。

4　结　论

沟脑矿区中深孔ZK4001，设计孔深900 m，在钻进达到设计孔深后，由于未达预期找矿目的，继续加深，最终1 064 m终孔。该孔在作钻进过程中克服了一系列技术难题，全孔岩心平均采取率大于99%，实测钻孔顶角与设计顶角之差1.2 °，被评定为优质钻孔，创下了青海省第二地质矿产勘查院在青藏高原实施小口径岩心钻探的最深纪录，为沟脑矿区地质找矿提供了宝贵的原始资料。

[1]DZ/T 0227-2010.地质岩心钻探规程.

[2]乌效鸣.钻井液与岩土工程浆液.武汉：中国地质大学，2002：26-79.

[3]石立明.复杂地层岩心钻探综合治理技术.探矿工程:岩土钻掘工程，2008，35(02):12-14.

[4]王达，何远信.地质钻探手册.长沙：中南大学出版社，2016：16-96.

[责任编辑：王荣荣英文编辑：刘彦哲]

徐国辉(1979-)，男，山东莱西人，青海省第二地质矿产勘查院探矿工程师，从事小口径岩心钻探生产技术与管理研究。

P 634

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2016.09.012