基于固定矿产开采区的钻探深孔工程施工技术应用研究

董泽训

（山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队，山东 威海 264200）

针对固定矿产开采区的相关地质工作是维持经济和社会发展的重要基础工作，其中地质找矿工程可为经济及社会的发展提供有利的物质基础以及资源保障。随着城市化、工业化的进程不断加快，人们对于矿产资源的需求和开发持续上涨，导致矿产资源出现严重紧缺的问题。目前，矿产资源的供给问题已经成为制约着国家经济建设道路上的阻碍[1]。为了保证经济和社会的可持续发展和建设，对于矿产资源的相关地质工作应当加强重视，启动国土资源调查、西部大开发工程等，并应当严格按照相关条例规定，加强对固定矿产开采区的资源勘查。在进行地质找矿工作过程中离不开钻探、坑探技术的应用，从当前矿产资源开发现状来看，并没有一种地质探测技术可以完全取代钻探施工技术，钻探施工技术具有更高的准确性，可以在更短的时间内更加精确的找出矿产资源的实际赋存情况，钻探工作的成功与否也直接关系到地质找矿工作的成败，对于固定矿产开采区而言，钻探技术起到了决定性的作用。因此为了进一步提高地质工作的质量，对钻探技术也提出了更高的要求，同时，随着该领域研究学者的不断深入研究。也衍生出了一种全新的钻探深孔工程施工技术。本文将基于固定矿产开采区，对钻探深孔工程施工技术应用进行研究。

1 基于固定矿产开采区的钻探深孔工程施工技术应用

1.1 基于固定矿产开采区的钻探钻孔结构设计

在利用钻探深孔工程施工技术对固定矿产开采区进行地质找矿工作时，首先要具备一定针对性的，设计合理的钻探钻孔结构。通常情况下，针对固定矿产开采区应选择三种不同钻孔型号的钻探设备，用于对不同钻孔结构钻探。结合表层套管、技术套管，当钻探设备在矿井位置开孔并钻到表十层以下的基岩位置时，或钻探设备达到一定深度时，下入表层套管；当矿井深入较大，且矿井中含有易塌、易漏、高压、含盐等地层时，下入技术套管结构可以起到将地层隔离并保护井身的效果，从而进一步防止在钻探深孔工程施工的过程中上部复杂开采区地层对下部施工的影响[2]。同时，在钻孔的下部应配备性能良好的冲洗液，从而防止出现深孔堵漏的问题。基于固定矿产开采区的钻探钻孔结构设计是钻探工程施工的关键，同时也是提高钻探效率、降低钻探成本的关键步骤。图1为一般固定矿产开采区的钻探钻孔结构示意图。

图1 基于固定矿产开采区的钻探钻孔结构示意图

以固定矿产开采区1500m左右的深度为例，采用的钻探钻孔结构为：首先选用孔径为95mm钻孔设备开孔，并钻穿到第四系表土层以下，并下入92mm套管结构；其次，改用S85绳索进行取心钻进操作，并钻进到240m左右，在地层表现相对完整的位置下入87mm套管结构；最后再改用S65A绳索取心裸孔钻进到深孔终点处，完成钻探钻孔结构布置。

1.2 钻探深孔工程设备及冲洗液选择

由本文上述可知在固定矿产开采区应用钻探深孔工程施工技术时需要根据开采区特点，选择三种不同钻孔型号的钻探设备，各个钻探设备的钻头也应完全匹配。在钻探深孔工程施工过程中，必须根据相关规定，选择机械钻头，且转速较高，使用寿命较长的金刚石材质钻头，从而在一定程度上延长钻探设备的工作时间，并在最大程度上降低下钻的次数[3]。

同时，钻探深孔工程施工技术通常采用绳索取心钻进的工艺流程，因此钻杆的外部横截面孔径与孔壁环形区域之间的间隙相对较小，因此在添加冲洗液进行孔底循环过程中会受到更严重的压力损失，并且随着钻探深孔设备的不断深入，泵压的产生会更加剧烈，严重影响工程的正常施工。

因此，根据固定矿产开采区的实际钻孔深度、延时的松软度、易破坏程度以及是否采用了泥浆材料等情况进行具体分析从而选择更加符合当前开采区的钻探设备，通常情况下，钻探设备的钻头外部横截面直径的尺寸应当控制在2mm～6mm范围内。

对于冲洗液的选择应当针对固定矿产开采区的地层特征，通常选择聚丙烯酰胺（PAM）无固相冲洗液、或含有磺酸基的磺化沥青无固相冲洗液。

选用聚丙烯酰胺（PAM）无固相冲洗液可结合其中的线状非离子型高分子聚合结构，对钻探过程中产生的大量固体颗粒物在水或液体当中集聚变大，并形成絮团，加快粒子的聚沉，将其清除，从而将固体颗粒物转化为胶体粒子凝聚，呈现出不同程度的分散，以此防止或降低在水敏层中的水花不稳定现象发生，抑制施工过程中地层出现自然造浆现象。聚丙烯酰胺（PAM）无固相冲洗液的主要使用方法为：在钻探钻孔结构中的第一定向钻孔和第二定向钻孔位置上，下入92mm套管结构，在清水当中添加0.25%～1.25%的聚丙烯酰胺，通过泥浆搅拌设备搅拌，配置成聚丙烯酰胺（PAM）无固相冲洗液，将该冲洗液添加到施工过程中，达到深孔清洁和排渣的作用。第二种含有磺酸基的磺化沥青无固相冲洗液由多种不同类型的泥浆处理剂加水配备而成。不同类型泥浆处理剂分别起到对泥页岩水化膨胀的抑制作用、防坍塌作用、润滑作用以及降滤失作用。通过租到页岩水化的膨胀现象，将裂缝位置封堵，从而防止在钻探深孔工程施工过程中出现孔壁脱落，导致坍塌问题发生。含有磺酸基的磺化沥青无固相冲洗液的主要使用方法为：在钻探钻孔结构中的第三定向钻孔位置上，下入87mm套管结构，将不同类型处理剂按照0.25%～1.25%均量添加到泥浆中，通过泥浆搅拌设备搅拌，配置磺化沥青无固相冲洗液，将该冲洗液添加到施工过程中可以有效保障深孔内部的清洁，并提供更高的稳定性和安全性。

1.3 防深孔堵漏措施

深孔的堵漏问题是基于固定矿产开采区的钻探深孔工程施工技术应用中应当重点关注的问题，将直接关系到整个工程施工的效率、成本及质量，甚至关系着钻探深孔工程施工能否顺利进行。

针对固定矿产开采区主要采取的防深孔堵漏措施包括：套管防堵漏措施、堵漏剂防堵漏措施、泥浆防堵漏措施以及清水顶漏钻进措施四种。

由本文上述可知，在钻探深孔工程施工技术应用时结合表层套管、技术套管可有效阻挡钻探较浅部位的地层松动问题，为下层的钻探提供条件。套管防堵漏措施是向套管的底部位置投放黏土球结构、中部涂抹黄油、顶部管口位置灌入聚丙烯酰胺材料，实现对深孔的防堵漏效果，通过该措施可在较大程度上降低套管与深孔壁之间的阻力，从而时套管可以更加顺畅的进行起拔工作。

堵漏剂防堵漏措施是通过在套管内部添加黏土粉与清水混合的堵漏剂，使套管内部的固体颗粒形成具备一定流动性的粘稠状物质，从而更易于在送料的过程中将造成堵漏的材料送至漏失段。

当泵的排出口的表压力呈现出持续上升的趋势，且钻探深孔口返水，则说明堵漏措施有效，可投入套管继续进行钻探。这种防堵漏措施通常适用于固定矿产开采区局部裂缝漏失位置，具有明显的防堵漏效果。

在钻探深孔工程施工技术应用过程中常常会出现不同程度的钻孔漏失以及坍塌为题，造成这一问题产生的原因是由于钻探过程中破坏了固定矿产开采去原有的压力平衡，因此针对这一问题，通过泥浆防堵漏措施可有效保证钻探工作的顺利进行。其主要操作方式是在矿区第三钻孔位置上，使用含有磺酸基的磺化沥青无固相冲洗液。

针对采用上述三种方堵漏措施未能有效解决的深孔堵漏问题可采用清水顶漏钻进措施，当钻探设备穿过长孔段漏失层结构时，及时下入87mm技术套管结构，完成对钻探深孔的防堵漏操作。

2 结语

本文通过对基于固定矿产开采区的钻探深孔工程施工技术应用研究得出，通过钻探深孔工程施工技术的应用可以有效对深部找矿钻探地层的特点进行分析。在后续的研究中还将对结合更加先进技术的钻探深孔工程施工技术进行进一步的探究，从而实现针对不同矿产开采区域的钻探施工方案优化选择，为矿产资源开发的可持续发展提供理论依据。