青海拉陵高里河沟脑矿区钻探技术研究

徐国辉，马志明

(青海省第二地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)

青海拉陵高里河沟脑矿区钻探技术研究

徐国辉，马志明

(青海省第二地质矿产勘查院，青海 西宁 810000)

拉陵高里河沟脑矿区地处青藏高原，地层以花岗岩为主，致密坚硬，钻进效率低下，其中也夹杂着复杂地层，易发生掉块、缩颈、坍塌等情况。通过正确的选择钻头、合理的钻进工艺、钻进参数、钻孔结构以及泥浆护壁等技术措施，顺利的完成了该区的钻探任务。

钻探；花岗岩；复杂地层；钻进工艺；泥浆

1 矿区概况

矿区隶属青海省格尔木市乌图美仁乡管辖，位于青海省西部青藏高原东昆仑山脉西段，柴达木盆地南缘。勘查区及周边海拔均在4 000 m以上，最高海拔4 700 m。区内水系属柴达木盆地内陆水系，仅在夏季有水，多为季节性河流，沟谷深切山，势陡峻，植被较稀疏，呈典型高原荒漠景观。10月到次年4月为冰冻期，元月最低气温为零下27.2℃，8月份最高气温为21.2℃，昼夜温差高达29℃，属大陆性干旱气候[1]。

自2012年以来该矿区陆续投入钻探工作量达2万多米，千米以深钻孔多达3个。地层岩石以花岗岩为主，硬度Ⅸ级以上，褶皱、断裂均很发育，地层破碎严重，这使得该区的钻探生产面临着严峻的考验。

2 钻探施工要求

1) 钻孔终孔口径不小于75 mm。

2) 岩矿心采取率要求：矿体顶底板3～5 m内的岩矿心平均采取率≥80%，围岩岩心分层平均采取率≥80%，厚大矿体内部矿心采取率<90%的连续长度不超过5 m，否则要采用补救措施[2]。

3) 钻孔间距测量及弯曲度：钻孔不同深度的各测点实测顶角与设计顶角之差不得超过2(°)/100 m范围；钻孔每钻进50 m测一次方位角和顶角，孔深在300 m以内，钻孔偏离勘探线不得超过20 m。

4) 孔深校正：斜孔每钻进50 m，进出矿层时及终孔后，必须校正孔深；直孔进矿层时每钻进100 m及终孔后必须校正孔深；孔深误差率小于1‰时不需修正班报表，超过1‰时需修正班报表[3]。

5) 简易水文观测：在钻进过程中遇到漏水、涌水、坍塌、掉块、裂隙、缩经、泥浆变稀及钻具掉落等异常现象时，要及时记录孔深。待终孔后测定终孔水位。

6) 原始报表填写：机台各班必须有报表记录员在施工现场及时填写原始班报表，要做到准确、整洁、真实、齐全、无误。

7) 根据封孔要求和钻孔柱状图编写封孔设计，经项目负责或技术负责批准后交机台执行。封孔后在孔口中心处用水泥桩标记。

3 钻进方法

根据矿区钻探施工要求和地层条件，结合已有的钻进工艺，以高效、安全、低耗为原则，主要使用小口径金刚石绳索取心的钻进方法。在不稳定的第四系风化层中钻进使用“PDC”钻头或大口径金刚石钻头钻进，待下入套管罩住上部不稳定地层后换用“Q”系列(NQ：76 mm、 HQ：96 mm、PQ：122 mm)小口径金刚石绳索取心的钻进方法[4]。

4 坚硬地层的对策措施

4.1绳索取心液动冲击器的使用

由于矿区的地层普遍比较坚硬，开始引进绳索取心液动冲击器的钻进方法以期提高钻进效率，但在实际应用中遇到了不少麻烦。绳索取心液动冲击器对泥浆中的固相含量要求非常高，而在野外，条件有限，泥浆维护设备不全(小型泥浆维护设备生产厂家少，有时需要提前定制，这就大大影响了施工工期)，不能及时有效的清除泥浆中的固相颗粒，无法满足绳索取心液动冲击器的使用要求，只能从其他方面来提高坚硬地层的钻进效率[5]。

4.2钻头的选择使用

在钻探生产过程中，选用的钻头与对应的地层相匹配才能最大程度的延长钻头的使用寿命及提高钻进效率[6]。通过不断的探索，根据该矿区地层主要岩石情况，钻头的选取如下表1。

表1 钻头选择

由于矿区主要地层岩石为花岗岩，硬度Ⅸ级以上，所以选择的钻头胎体硬度(HRC)大多在20～35之间，Ⅹ级以上特别坚硬打滑的地层在进尺缓慢的情况下可适当投放磨料[7]。孔深大于600 m的情况下可优先使用双工作面金刚石钻头，能减少提下钻次数，大幅提高钻进效率。

4.3钻进参数的选取

钻进过程中泵量的大小对钻头的使用寿命存在很大影响。在ZK4001孔的钻进过程中发现在孔深400～600 m处钻头平均使用寿命不足20 m，后加大泵量情况大大改观，钻头的平均寿命达到50 m，基本趋于正常。研究发现，随着钻孔的加深，水量的损失不断增加，尤其钻杆连接处容易漏水，这样传递到孔底的水量就会减少，容易造成一定程度的轻微烧钻，导致钻头寿命降低[8]。

另外，钻压与转速也对钻头的使用寿命存在很大影响，通过不断的实践摸索，适合该区的钻进参数如下表2。

表2 Q系列金刚石绳索取心钻进技术参数

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。其中以千米孔ZK4001与复杂地层钻孔ZK30001孔最为代表性。

Zk4001孔：设计孔深900 m，地层相对完整。开孔用φ150 mm口径的“PDC”钻头钻进5.9 m，后下入6 m、φ146 mm孔口管；之后换用PQ金刚石钻头钻进59.85 m至较完整岩石，后下入60 m PQ套管；再换用HQ金刚石绳索取心钻头钻进209.8 m隔离上部不稳定地层，并将HQ钻杆作为套管下入孔内210 m，最后使用NQ金刚石绳索取心工艺钻进1 064 m至终孔。实际下入套管深度要比实际孔深要略大些，孔口管要高出地表，后一级套管要比前一级略高，这样才能保障泥浆的正常循环。

Zk30001孔：设计孔深350 m，地层相对复杂。开孔用φ150 mm口径的“PDC”钻头钻进5.9 m，下入6 m、φ146 mm孔口管；之后换用PQ金刚石钻头钻进29.85 m至较完整岩石，下入30 m PQ套管；再换用HQ金刚石绳索取心钻头钻进89.8 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，但钻进至197～217 m处为强烈破碎带，为保障后续钻进顺利进行，拔出HQ套管实行扩孔，扩至220 m重新下入HQ套管，最后使用NQ金刚石绳索取心钻头钻进376 m终孔。钻孔结构图如图1。

6 泥浆体系

该矿区附近水源水质比较硬，因此在泥浆搅拌前，先用纯碱(Na2CO3)对机台蓄水池中的水进行软化处理，降低其中钙、镁等离子的含量，达到正常搅拌泥浆的目的。再针对矿区不同的地层配比不同的泥浆配方。

图1 钻孔结构

6.1完整地层泥浆配置

矿区大部分钻孔地层以花岗岩为主，致密、坚硬、相对完整。泥浆主要要求润滑性好、携粉性强、冷却效果好，孔深的情况下要求泥浆流动性好。对该类地层主要使用如下无固相泥浆，见表3。

表3 无固相泥浆配方

注：孔深大于500 m时，在清水中加入1%～1.5%的高效润滑剂。

6.2复杂地层的泥浆配置

在钻进过程中也会遇到破碎蚀变带，遇到这种地层，在无套管隔离的情况下，只能通过配置泥浆来解决。为防止掉块、坍塌、缩颈，配置的泥浆需具有胶结性能好，防塌效果好，抑制地层水化，护壁效果好等特点。为此通过反复试验，最终得出如下泥浆配方，见表4。

该泥浆配方有效抑制了地层的缩径、坍塌、掉块，并避免了绳索取心钻杆结垢现象，该层岩心采取率达85%以上，满足了地质要求。

表4 低固相钾基泥浆配比

7 结 语

实践证明，不同的地层选择与之相适应的钻头能大幅提高钻进生产效率。钻进参数对钻头的使用寿命存在很大影响，合理的钻进参数能够有效的延长钻头的使用寿命。合理的钻孔结构能有效防止各类事故的发生。泥浆是深孔与复杂地层钻进的关键，根据不同孔深的钻孔、不同性质的地层配置不同类型的泥浆效果明显。通过一系列技术措施，克服诸多难题，ZK4001孔最终孔深1 064 m，创下了我院在青藏高原实施小口径岩心钻探的最深纪录。

[1] 王达, 何远信. 地质钻探手册[M]. 长沙: 中南大学出版社出版, 2014.

[2] 乌效鸣,胡郁乐，贺冰新，等. 钻井液与岩土工程浆液[M]. 武汉: 中国地质大学(武汉)出版社, 2002.

[3] 石立明. 复杂地层岩心钻探综合治理技术[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2008, 35(2): 12-14.

[4] DZ/T 0227-2010地质岩心钻探规程[S]. 国土资源部, 2010.

[5] 何万明. 提高金刚石钻头使用寿命的方法[J]. 西部探矿工程, 2008, 20(6): 74-75.

[6] 徐国辉. 青海省格尔木拉陵高里河沟脑ZK4001孔钻探技术研究[J]. 河北北方学院学报, 2016, 32(9): 59-61.

[7] 付彦文, 王涛, 田成秀. 青海省格尔木市拉陵高里河上游地区矿床地质特征及找矿前景分析[J]. 青海师范大学学报(自然科学版), 2014, 35(4): 65-69.

[8] 张林. 青海拉陵灶火地区成矿地质特征及找矿远景分析[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2013.

DrillingTechniqueofLalingaoliRiverMineinQinghai

XU Guohui, MA Zhiming

(TheSecondGeologicalMineralExplorationInstituteinQinghaiProvince,Xining,Qinghai810000,China)

Lalingaoli River Mine is located in Qinghai-Tibet plateau, whose formation is given priority with granite.Its dense hard drilling efficiency is low, which is also mingled with the complex stratum and metal shed. It often occurrs that it is necking down and collapsed, and so on and so forth. Through the correct choice of the drills, the reasonable structure of technology, we can obtain the drilling parameters, including the drilling in technical measures, such as to drill wall smoothly in the task of this region.

Drilling; Granite; Complex formation; Drilling technology; Mud

2017-06-01

青海省科技厅科学研究项目——青海省东昆仑成矿带强研磨性地层钻进技术研究(2015-SF-210)。

徐国辉(1979-)，男，山东莱西人，工程师，研究方向：小口径岩心钻探生产技术与管理，手机：18931317386，E-mail：284760550@qq.com.

P634

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.050