某多金属矿区复杂地层钻探施工技术.docx

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某多金属矿区复杂地层钻探施工技术

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李可明

摘要：介绍了某复杂地层钻探施工地层岩石概况，加强技术管理，提高责任心，采取综合治理护壁堵漏措施，保持井壁稳定，在安全钻进基础下，采取取心措施，确保难采地层的取心质量。

关键词：复杂地层；钻探；护壁堵漏；孔壁稳定；安全钻进；难采地层；取心技术

施工区位于川陕交界的大滩乡，其地质构造复杂，地表风化层较厚，且软硬交替频繁，岩石坚硬、破碎、酥散，钻进中经常发生垮塌、掉块、超径、缩径、漏失等，不仅成孔困难，孔壁难以维持稳定，而且岩矿心采取质量也难以保证。该矿区前期由某兄弟单位施工，进度缓慢，报废多个钻孔，且施工质量极低，多数回次靠捞取岩粉（钻屑）代替岩心，采取率仅30%左右。后由我单位接续施工，通过摸索、总结，采取综合治理的护壁堵漏措施，确保孔壁稳定；在实现安全钻进的基础上，针对施工中钻遇到的不同岩层分别采用不同的质量取心工具和技术措施来确保质量，经过艰辛的努力，顺利完成了该区的施工任务。

一、地层岩石简况

该矿属火山岩型矿床，有多条断裂构造带交错贯穿矿区，构成了矿区岩石的坚硬、破碎、酥散和易脆，使得钻探施工的孔壁稳定性差，垮塌频繁，漏失严重，超径、缩径，既难以钻进，又难以取心。

矿区钻遇的岩石类型有：英安碎屑熔岩、变质凝灰岩、石英角斑岩、斜长花岗岩、石英钠长斑岩、花岗岩、硅化凝灰岩，在变质凝灰岩中夹有一定的粘土岩；矿体为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等侵染状多金属矿，并夹有泥灰岩。

变质凝灰岩、石英角斑岩、斜长花岗岩、石英钠长斑岩、花岗岩、硅化凝灰岩等属于硬、碎、脆类岩石，这类岩石的主要特点是硬，又受地质构造作用的影响，节理、层理及裂隙发育，岩石的硬度、强度相差悬殊，具有破碎性和易脆性。在钻进时因钻具回转产生的机械震动及横向力很容易使岩屑破碎、磨耗，加之冲洗液的冲刷，更加剧了岩心的破碎，取心困难。

英安碎屑熔岩、变质凝灰岩及侵染状矿体等属于侵染状酥、碎、脆岩石，主要特点是岩石本身不够坚硬，结构松散，岩石颗粒之间的联接力与胶结强度极差，受到外界机械震动后很快由分解成颗粒状、粉状，易被冲失。同时在这类地层中钻进进尺快，易于堵心，造成岩矿心自磨、松散，易混入冲洗液中造浆，这类地层钻进采取率低。

二、施工技术措施

（一）钻孔结构及质量措施

1、确定合理的钻孔结构

在该矿区施工中，采取适当扩大开孔口径，并留有备用口径的措施，以利于因孔内复杂发生事故便于采取有后续措施。开孔用Φ130mm和Φ110mm钻穿覆盖层（风化层），下入Φ127和Φ108套管，之后下入Φ89mm套管，作为技术套管，改用Φ75mm口径施工，留Φ60mm作为备用口径。在复杂地层采用多级口径成孔，以便使用技术套管护壁和利于在小径难以采心的岩层中取心，提高采取率。

2、根据采心的难易程度，选择相应的取心工具和工艺技术

在施工中，严格执行操作规程。在取心极为破碎地层钻进时，必须限制转速和冲洗液量，降低压力，控制回次进尺及回次钻进时间，少钻勤提。

对于完整或比较完整的岩层采用双管单动钻具；对于十分破碎、酥散岩层则使用半合管采心。若不能保证取心质量，坚持使用半合管，配合使用底喷钻头，确保取心质量。不论何种钻具都应确保单动性能良好。必要时采用无泵钻具或干钻取心或补采。

（二）综合治理措施

针对矿区地层复杂多变，钻进中垮塌频繁、漏失严重等，导致护壁堵漏技术方法灵活多变，采取以优质泥浆预防为主，辅以套管、水泥、速效浆液及惰性材料和化学浆液、高吸水树脂等一系列的综合治理措施，确保正常钻进和取心工作的顺利进行。

1、泥浆护壁堵漏

这是最基本最常用的一种护壁堵漏方法。通过调研总结分析，在室内试验的基础上，我们使用了聚丙烯酰胺低固相泥浆，主要是利用泥浆在部分水解的PHP高分子链渗入破碎带，形成富集层，其吸附基（酰胺基）的吸附作用有助于破碎岩石结构的稳定，而且这些长链吸附细小颗粒在裂隙中架桥，增大漏失阻力，起到防渗防微漏的作用。同时，高分子链对孔壁四周交叉吸附，形成保护孔壁的薄膜。根据情况，加入少量的植物胶和防塌剂以及随钻堵漏剂。为解决金刚石钻进中钻具钻头的润滑问题，在泥浆中加入0.5——1%的皂化油或松香酸钠进行润滑减阻。

其配方和性能如下：粘土粉（240目）4%；Na2CO36—8%（与粘土重量比）；PHP（浓度1%）2—4%；Na—CMC0.3%。泥浆性能：比重1.03，漏斗粘度19—21s，PH值9—10，失水量9—14ml/30min，泥皮厚0.5mm，膠体率98%。

使用泥浆钻进，关键在于管理。如果配制不当、管理不善，性能达不到要求，极易造成孔内事故。如，zk1083在孔深132m，因对泥浆管理不善，未能维护泥浆性能，造成严重垮塌埋钻事故，处理台时达120h。因此，在措施上要求循环槽应符合标准，一般长度不少于15m，有一定坡度，一