四川尔呷地吉铅锌矿区复杂地层ZK7545#钻孔施工技术研究

王 畅

（湖南省有色地质勘查局二一七队，湖南 衡阳 421001）

1 项目背景

该矿区位于四川甘洛县沙岱乡，为彝族聚居地区，地层破碎带较多，垮塌严重，机台月效率低，无法满足地质技术要求。这一施工难题久攻不克，导致现场施工进度缓慢，施工成本高，项目经济效益差，无法探明该矿区的矿产资源储量，后续开采工作也无法部署安排。通过本次施工技术研究解决ZK7545#钻孔施工难题，为后续工作的开展扫清障碍和提供可依据的经验。

2 本研究的指导思想及原则

在原有施工经验的基础上，结合国内外已有的复杂地层施工成果，采用成熟的施工设备、施工工艺，在经济性原则的基础上，保质保量、安全高效的完成施工任务。本次研究原则为。

（1）从实际出发，了解原来在该矿区施工中所遇到的问题，哪些问题已有完善的处理措施，哪些问题还未得到解决，对所遇复杂地层有充分的准备。

（2）尽量选用现有的机械设备和钻探技术人员熟练掌握的施工工艺，适当考虑引进新的机械设备和施工工艺。

（3）邀请各地钻探专家，针对该矿区的复杂地层进行分析，优化钻孔施工设计方案，并积极与科研院所、钻头及生产冲洗液的厂家进行攻关合作。

3 本研究的成果产生的作用和价值

此次钻探研究工作的主要任务是在工期内完成合同工作量的同时，收集钻进的原始资料，包括施工时所需的钻压、转速、泵量、冲洗液等各项钻进参数、钻头的有效进尺及消耗量、钻杆的磨损度等，并通过对各项数据的分析，探索出一套成本低、效率高的施工工艺，以提高岩心采取率，确保完成四川尔呷地吉铅锌矿区2018年的钻探工作任务，便于该矿区今后找矿工作的开展。在此基础上，针对该钻探项目的数据分析及相关资料形成总结性报告，将其作为该矿区钻探施工可操作性资料，攻克该矿区钻探施工技术难题，为今后类似矿区钻探施工提供参考资料。

4 研究的主要内容和重点

（1）在易偏斜岩层中采取何种合适的钻进参数。

（2）在松散、破碎、垮塌严重及变化反复的岩层中如何选用钻孔结构设计，选配合适的钻头钻具。

（3）在易缩径、易塌陷岩层中如何从冲洗液入手，调配合适冲洗液，保证钻孔的顺利实施。

（4）在各种漏失情况下，采取何种堵漏措施。

5 该地层易出现的施工难点

（1）力学不稳定地层，因受地质成因和构造运动的影响造成了地层破碎，这类地层一旦被钻穿后，就会破坏其原来的相对稳定或平衡状态，使孔壁在重力作用下产生坍塌掉块等孔壁失稳现象。

（2）遇水不稳定地层，孔壁与冲洗液接触，产生松散、溶胀、剥落、溶蚀等现象。常出现钻孔缩径、孔壁剥落、坍塌等孔壁失稳问题。

（3）漏失地层，由于地层中溶洞、节理发育，加上该矿区20世纪90年代乱采乱挖，乱采滥挖导致老窿、采空区零乱，造成钻进过程中冲洗液漏失。

6 钻孔结构设计

考虑到该矿区地层极其复杂的实际情况，综合以前的施工经验，经钻探技术人员与多位专家讨论研究，本次钻孔结构设计改进为：Φ150mm—Φ122mm—Φ95mm—Φ76mm“三级套管四级成孔”绳索钻探施工工艺。套管级配：Φ146mm—Φ108mm—Φ89mm。（Φ95绳索钻进终孔，预留一级Φ76备用）

7 钻进技术参数和钻头选择

该地层破碎、缩径、漏失、垮塌严重等，根据以往经验采用高转速、高钻压、高泵量钻进不利于取心和保护孔壁。转速过高，遇大裂隙时易发生断钻事故；钻压过高，遇软硬交替地层时易发生钻孔偏斜事故；泵量过高，在土层和软地层中易造成岩心被冲洗液冲刷，导致采取率不足；控制钻头线速度，保证钻孔的垂直度；控制回次进尺，保证岩心采取率。经过不断的摸索总结出较为合适的钻进参数，具体见下表。

表1 钻进参数表

钻头线速度控制在1.5m/h～2.0m/h，回次进尺控制在1.0m～2.0m左右。

减少事故的发生和保证岩心采取率。

8 冲洗液配制及注意事项

钻孔冲洗液循环系统的优劣，直接影响着钻进速度、钻探质量、孔内的安全程度和材料消耗。钻孔冲洗液已成为钻探工作实现优质、高效、安全、低耗、全面完成勘探任务的一项重要因素。

（1）对泥浆要进行指标鉴定。使用现场泥浆测试仪（漏斗粘度计，比重秤，失水量仪）测试泥浆性能，达到设计标准后方可使用。

（2）必须预先浸泡，粘土和高分子链溶解和无机物溶解过程原理不尽相同。比如市场上购买的粘土大多数为钙土，预浸泡8h以上并在纯碱作用下完成水化过程；而高分子只有长时间浸泡，其大分子长链才能充分展开，在冲洗液中发挥吸附和交联作用等。

（3）要特别注意添加顺序。为避免因添加剂之间阻溶和不理想交联而导致絮凝等现象，必须按先无机后有机，分子量由小到大等顺序添加。

（4）搅拌要充分。各种添加剂之间的交联和作用必须具备充分的接触条件，每一种添加剂加入后至少要保持30分钟搅拌时间。

（5）每班测试两次泥浆比重、漏斗粘度，并做好记录，泥浆性能达不到要求的要及时调整。

（6）勤捞取沉淀池中岩粉，尽可能避免岩粉参与泥浆循环。

（7）时刻观察泥浆液面的变化，发现泥浆漏失或孔内涌水，要及时治理。

9 护壁堵漏措施及工艺研究

钻孔漏失主要分为渗透性漏失、裂隙性漏失、溶洞性漏失以及人为因素漏失四种漏失类型。孔内液柱压力大于地层破裂压力时，地层就会发生漏失。钻进作业中，人为因素造成的漏失，往往是由于操作和泥浆流变性这两方面所引起的，常见的有以下几种情况。

（1）起、下钻时，特别是下钻时下放速度过快，或者是在钻头、扩孔器泥包的情况下，猛提猛放钻杆柱，造成压力激增将地层压裂发生漏失。

（2）下套管时，下放速度过快，造成压力激增，也会将地层压裂发生漏失。

（3）冲洗液切力过高，特别是静切力过高时，加上开泵过猛或是下钻速度过快，会在抽塌地层造成瞬时压力激增将地层压塌压漏。

在实际钻进中一定避免上述几种情况的发生，注意起、下钻速度要控制好，泵量应先从小泵量向大泵量逐渐转换。

钻孔施工期间如发现漏失或坍塌严重时，主要采用高标号水泥固孔，进行护壁堵漏。根据矿区气温，一般水泥浆液的水灰比在0.45左右。孔浅时可投入水泥球或从孔口直接灌注水泥浆液，在孔深超过100m没时则用泵送，这时水泥浆流动度要求15cm～16cm，可泵期2h，候凝时间根据实践经验需16h～48h，天气寒冷时，可适量的加入CaCl2以提高水泥速凝早强效果。

若孔段漏失在300mL/30min以下，则使用801或802堵漏剂堵漏，其配制使用方法为：先使用固相含量15%左右的基浆；粘度35秒～45秒，再加入801或802堵漏剂0.2%～5%充分搅拌形成网状结构后，泵送入孔内循环，对轻微漏失有很好的效果。

10 结论与认识

此次研究工作取得了一定效果，为今后在该地区施工提供了宝贵经验。但研究工作中也存在一些未能完全解决的问题，这将是该区钻探下一步需要思考和探索的方向。如ZK7545#钻孔在解决孔内缩径和粘土矿物上涌的过程中，确实按计划实施了多种办法，但最终未能完全攻克粘土矿物上涌这一难关；整个施工过程钻头消耗过大，如何找到适用且经济的钻头还是一项急需解决的问题。

通过本次钻探工艺研究，主要取得了以下研究成果：

（1）提出了复杂地层矿区钻探工程的设计原则、设计要点，和设计内容。重视钻孔结构设计，采用多级钻孔结构，在正常情况下不轻易变径，变径后及时下入套管。

（2）根据复杂地层的特点，提出了机械设备的选择方法。配备回转能力和提升能力强的XY-6型钻机和泵压大的BW-250冲洗液泵，便于处理复杂情况。

（3）对取心钻进技术进行了分析总结，提出了钻进参数的调整思路和选取原则。

（4）重视冲洗液在钻进中起到的作用，做好冲洗液实验，选配好相应的冲洗液配方，并搭配适宜的钻进参数，达到了良好的护壁效果。

（5）通过重视钻头的质量和适用性能，攻克了该矿区坚硬地层钻进这一难题。本项目通过北京探矿研究所、唐山市金石超硬材料有限公司等国内知名品牌的钻头厂家来尔呷地吉铅锌矿区现场考察，攻克了该复杂地层。