甘肃省白银矿田深部及外围铜多金属矿钻探工程施工探讨

杨永春

（甘肃省有色金属地质勘查局白银矿产勘查院，甘肃 白银 730900）

1 区域地质背景

北祁连加里东褶皱带东段是研究区的分布所在，塔里木-中朝板块与其北侧为临，南部连接华南古板块，震旦系、寒武系中统、奥陶系以及志留系是区内的主要地层出露，同时还发育第三系和侏罗系，与白垩系、第三系及第四系。构造在区内非常发育，有着清晰的线性构造特征，断裂构造比较突出，为区内岩浆活动提供动源，发育褶皱构造与火山构造，广泛发育矿床点，是祁连山地区多金属成矿带重要组成部分，成矿地质背景具有中大型矿床基础条件。

2 工区钻探施工技术条件

（1）地质条件。2013年～2016年针对岩矿田四方山、火焰山、铜厂沟以及拉排沟、铜厂沟等等矿区开展钻孔61个，深度在800m～1600m，整体上岩石较为坚硬，有的矿区由于采矿、放炮等方面的影响，非常发育断裂裂隙，存在严重的破碎，钻孔漏失情况比较突出，应当运用套管封堵或者冲洗液进行封堵，施工难度较大[1]。

（2）技术条件。该项目转孔设计800m～1600m的深度，转孔为87°倾角，施工的技术要求，每间隔50m测一次方位角以及顶角，每100m顶脚弯曲系数漂3°，达70%的岩心采取率，回次80%，平均80%，矿心采取率平均80%，回次85%，每100m验证一下井深，误差应当控制在正负1‰范围大小，将侧方位角与顶角加在进矿出矿位置，同时验证井深，并对岩心钻探相关要求进行验证。

3 钻孔结构

结合矿区钻孔施工的地层以及深度，并对过去转孔施工过程当中遇到的问题进行分析总结，开孔过程当中运用合金钻头（Φ130mm），在25m左右将127套管；完整层钻进过程当中利用金刚石单管钻头和Φ110mm合金钻头，将108套管下入其中；对Φ96mm口径金刚石钻头进行更换钻探到350m左右，将89套管下入其中；利用75口径金刚石钻头直至终孔。运用Φ150mm合金钻头对复杂地层条件下1200m钻孔进行开孔，将覆盖层钻穿，之后将Φ146mm套管下入；利用Φ122mm口径金刚石钻头完成完整成钻进工作，之后将Φ108mm套管下入其中；选择利用Φ96mm口径金刚石钻头对300m～600m深度进行钻进，对于75口径金刚石钻头进行更换直至钻进至终孔[2]。具体结构参见下图。

图1 Φ150mm 合金钻头开孔钻孔结构示意图

图2 ∮ 130 合金钻头开孔钻孔结构示意图

4 钻进方法

使用Ф130mm或Ф150mm大八角合金（或复合片）钻头开孔，黄土层和分化层至基岩层。更换Φ110mm合金或金刚石单管钻头钻进至完整层，更换Φ91mm口径金刚石钻头钻进至300m～400m（具体视钻机型号和地层而定，最多可达600m），更换75口径金刚石钻头钻至终孔。

5 钻进技术参数

采用300kg～1300kg的钻压，根据50～200r/min控制钻进速度，并采用50～180L/min的泵量，结合孔壁是否稳定以及岩粉排出情况，确定泵量取值，不稳定的分化成较为松散的，或者第三系分化层，主要运用小泵量，以免对孔壁造成冲塌，该矿钻探过程当中，运用150泥浆泵，32～38L/min的一档泵量，确保与地层要求相符合。

6 冲洗液

（1）低固相泥浆。运用低固相泥浆开孔将黄土层以及分化成钻穿，并将水敏地层以及破碎成钻穿实际配比情况如下。

表1 低固相泥浆的配比表

各机台配比现场泥浆过程当中，充分考虑实际情况，对于各种泥浆材料配比科学的调整，确保与以上条件相符合，科学合理的配比泥浆提高其性能。

（2）无固相泥浆配比。

表3 无固相泥浆配比表

配置过程当中，首先将0.1%～0.4%CMC加入到清水当中，然后将纯碱适量的加入其中，对ph值进行调节，均匀的开展搅拌，使溶液更加均匀，然后将腐殖酸钾（0.1%～0.3%）加入其中，并将XH粉状润滑减阻剂（0.2%～0.4%）加入其中，充分的进行搅拌，使其达到以下性能。

表4 泥浆性能相关数值

（3）泥浆性能与维护工作。各个机台分配专门人员负责现场泥浆，做好相应的调试与维护工作，在较好的地层条件下，对于泥浆性能每个班开展两次测试，对你将材料及时的进行补充，较好地层可以将测试标准适当降低，也可与实际情况充分结合，对性能指标做出合理调整。连续破碎的地层，根据10ml/30min以下控制滤失量，一些漏失钻孔，应当利用随钻堵漏方式保证堵漏效果，对于泥浆漏失量认真的进行检查，并对你饼质量进行检查。

7 护壁与堵漏

（1）套管护孔。运用三级套管护壁，主要包括井口管、次级套管以及Ф89套管，井口管应当下到25m左右，次级套管在50m左右，Ф89套管应当在350m左右。

（2）堵漏方法。①堵漏剂堵漏。运用堵漏剂对一般地层裂隙进行堵漏，根据相关说明与使用条件，对堵漏液进行配置。②灌水泥堵漏。存在严重漏失的，通过堵漏剂与有关堵漏材料，难以发挥堵漏作用的，可以通过水泥灌入进行堵漏。

8 孔内事故预防措施

（1）防烧钻。对于钻探情况严密观察，有异常发现时，将钻具及时顶起，并对原因认真查找，在较高转速下，对转速以及转压合理控制，提高泵量，保证泥浆排粉效果与排热效果。起钻或者下钻过程当中要对钻具认真的进行检查，是否存在丝扣磨损和裂纹存在，如果有隐患存在的及时进行更换。

（2）防打单管。①内管到位之后才可开展钻进工作。投放内管之前，应当对弹卡板以及弹簧性能认真的开展检查工作，如果有隐患存在，及时更换。②内管投放过程当中，岩粉沉淀不能太多，是否有岩心残留。③对内管单动轴承进行检查，保证其性能。④保证弹卡板能够有效定位。

（3）防岩心脱落。①卡簧和卡簧座有的较好的间隙。②钻具提升与打捞时避免对钻具及内管造成严重碰撞。③钻进完整硬岩石地层过程当中，采心时要保证钻头能够将岩心切断，选择新的卡簧。

（4）防岩心堵塞。①钻进破碎成过程当中，不能随意的对钻具进行提动，倒杆过程当中不可把钻具提离孔底，钻进过程当中，不应当对钻进参数随意的进行调整。②运用侧喷式钻头或者底喷式钻头。③确保卡皇卡簧和卡簧座有着良好的松紧度。④防绳索取心其他事故措施：a.内管投放过程当中，对开口销开口方向认真检查，保证没有断裂或者出露。b.对于悬挂环以及座环磨损情况认真的开展检查工作。c.150m钻进深度时，内管投放过程当中必须要引起足够的重视，直孔杆孔段应当在20m以内，斜孔的应当在30m以内。

（5）防钻杆内结泥皮。①运用无固相冲洗液，保证孔壁稳定性。②钻进破碎地层时，对泥浆性能有效提高，如果有结泥皮情况将转进速度有效降低。

（6）防不稳定或破碎层的掉块。①在对岩心管儿进行打捞过程当中，提升速度应当为一档，避免由于抽吸因素影响，破坏孔壁，引发掉块卡钻。②提钻过程当中，应当将内管先打捞出，之后对钻杆进行提升。

（7）防钻头拉槽事故。①在易出现拉槽的粗粒石英砂岩地层或有易剥离硬岩颗粒的地层钻进，应提高泥浆粘度和冲洗能力，并适当降低转速，钻进过程中不要随意提动钻具或调速调压。②应确保孔内清洁，尤其要防止在有掉入合金、保强聚晶等金属物时直接采用金刚石钻头钻进。

（8）防岩粉埋钻或卡钻措施。①转速较高过程中，应当将泥浆性能参数有效提高，并增强泵量，对钻压、转速合理控制。②岩心打捞必须要在停钻之后，或者内管放入之后进行，将冲孔时间有效延长。③岩粉在孔内较多时，内管投放之前，首先开展冲孔工作，然后再将内管投放其中。④如果岩粉在孔内量较多，由于事故停泵的，必须提钻具，使其离孔底5m以上。

9 完成钻探工作情况

甘肃省白银矿田深部于外围铜矿普查项目钻探施工过程当中，共对61个钻孔高效完成，达到100%的合格率，总计74126.08m工作量，每台月效率在433.49m，最高台月效率达到600.32m，中孔最深的没1700m，钻头每个平均达到350m的寿命，除个别外，钻具具有较好的应用，通常每种孔径能够配合两套钻具进行应用，钻杆磨损程度大幅增强。