围山城金银矿深部及外围普查大斜度钻孔钻探技术

刘清江

(河南省地矿局第二地质勘查院)



围山城金银矿深部及外围普查大斜度钻孔钻探技术

刘清江

(河南省地矿局第二地质勘查院)

在自然造斜地层钻进过程中，弯曲度偏差超标是影响钻孔质量的重要因素。河南桐柏县围山城金银矿深部及外围普查区内岩石可钻性级别低，钻速可达3～5 m/h。但由于岩层倾角大，软硬互层多，钻进中极易出现钻孔弯曲度超标现象，极大影响了钻孔质量，严重时易造成钻孔报废。为此，在分析区域地质特征的基础上，经过改进钻进工艺，提高了大斜度钻孔的钻探效率和质量，对于类似钻探工程有一定的参考价值。

大斜度钻孔 钻孔弯曲度 钻进工艺 钻探效率 钻孔质量

围山城金银矿深部及外围普查工作区位于河南省南部桐柏县朱庄至陈庄一带，行政区划大部分隶属河南省桐柏县，西部延伸入河南省泌阳县境内，面积31.8 km2。工作区距桐柏县城35 km，有柏油公路直达，经县城向东80 km至信阳市与京广铁路和107国道相衔接，向西120 km至南阳市与焦枝线相连。312国道、沪陕高速和宁西铁路EW向纵贯测区南北两侧。工作区内村村通硬化公路纵横交错，交通条件十分便利。区内普查钻孔布置采用勘探线法，以200 m×200 m间距进行工程控制，结合企业生产需要，局部适当加密至100 m×100 m间距。勘探网为正方形。矿区共设计钻孔16个，均为斜孔(倾角80°，个别75°)，孔深300～1 200 m不等，设计总钻探工作量10 000 m。

1 工作区地质特征

工作区位于秦岭造山带东段核部，是由多个形成于不同构造环境，有着各自独立建造特征和变形、变质及构造演化序列的构造地层地体，经多次聚合后拼为一体的复杂构造带。北部为华北地台南缘褶皱带，中部为北秦岭褶皱带，南部为南秦岭褶皱带。围山城金银矿带位于北秦岭褶皱带内。

(1)地层。①下古生界大栗树组(Pt1d)，为一套变质细碧-石英角斑岩系，以灰绿色斜长角闪岩、斜长角闪片岩为主，夹绿泥阳起片岩、绿泥滑石片岩、磁铁角闪变粒岩及含榴黑云变粒岩，底部具混合岩化特征；②上古生界歪头山组(Pt3w)，为一套中—浅变质的火山碎屑-沉积岩系，可划分出下、中、上3部分共17个岩性段，因受老洞坡背斜以及横跨其上的朱庄背斜影响，歪头山组内地层走向变化较大，各岩性段岩石依次环绕朱庄及老洞坡背斜呈环带状展布，各岩层间呈谐合接触，岩层中变余微细层理和沉积韵律较清晰；③第四系(Q)，多分布于山沟、河床及其两侧的阶地中，此外还有山坡及低洼处，前者为冲、洪积物，后者为残、坡积物，由砂砾石、亚砂土、亚黏土及腐殖土组成。

(2)构造。围山城金银矿及外围的基本构造形态表现为轴迹NE向老洞坡背斜和轴迹NW向朱庄背斜所构成的穹窿状构造，褶皱之后层间剥离断裂及各种性质断裂十分发育。朱庄背斜翼角20°～60°，轴面近直立或略向SW倾斜；枢纽NW向波状起伏，倾伏角17°～36°。老洞坡背斜为枢纽向NE倾伏(倾伏角10°～35°)的紧闭同斜褶皱，轴面NW倾，倾角约35°。

2 钻孔结构与钻进方法

对钻孔结构的总体要求是尽可能确保三级口径钻至设计孔深，上部覆盖层孔段用套管隔离，换径后尽可能往深处钻进，穿越一层复杂层(坍塌、掉块、漏水、缩径等)后换径，钻进至设计孔深，中间口径为预留口径，在第三级口径钻遇复杂地层时，可拔出第二层套管，扩孔钻进至完成地层，再下入第二层套管[1-3]。钻孔方法为上部覆盖层孔段用φ110 mm金刚石取心钻头钻进，当钻至完整岩石时，下入φ108 mm套管(反丝)，用φ95 mm金刚石绳索取心钻进，穿过多层采空区和漏失地层后下入φ89 mm套管(反丝)，用φ76 mm金刚石绳索取心钻进，从而达到地质目的终孔。

钻探施工中采用的泥浆类型为：①膨润土泥浆，主要用于覆盖松散层、漏失严重及掉块地层的施工，配制方法(加土量的质量之比)为钙基膨润土25%+植物胶2%+CMC(羧甲基纤维素钠)1%+纯碱2%+防塌剂1.5%+高黏堵漏剂0.5%，性能指标为比重1.10～1.30，漏斗黏度30～35 s，失水量15～20 mL/30 min，pH值8～8.5，特点为黏度较高、比重较大、失水量较小、含沙量较小、泥浆稳定性较好；②低固相冲洗液，用于孔壁较完整、地层微漏失层，配制方法(加土量的质量之比)为钙基膨润土2%+水解聚丙烯酰胺0.3%+CMC(羧甲基纤维素钠)0.5%+纯碱1%+防塌剂1.5%+高黏堵漏剂0.5%，性能指标为比重1.05～1.08，pH值9～10，漏斗黏度20～30 s，失水量5～8 mL/30 min，特点为黏度较高、比重较小、失水量小、含沙量小、润滑性好、泥浆稳定性好；③无固相乳状冲洗液，主要用于地层孔壁完整、不漏水、不掉块地层，配制方法为水解聚丙烯酰胺0.5%+高黏堵漏剂0.3%+广谱护壁剂5%+皂化油2%，性能指标为比重1.02～1.05，pH值8～10，漏斗黏度25～30 s，失水量5～8 mL/30 min，特点为黏度较高、比重小、失水量小、含沙量小、润滑性较好、泥浆稳定性好。

3 控制钻孔弯曲度钻进技术

(1)实时控制参数法。减少压力，确保钻杆垂直度控制钻速在2 m/h以下，可有效减少顶角、方位角偏差。

(2)采用平底钻头，导向性好，稳定性好，钻孔弯曲度变化较小。

(3)采用粗径钻具，刚性大，钻杆弯曲度小，钻孔弯曲度变化减少。该矿区出现弯曲度超标现象后，为各钻机配备了S95A绳索钻具，根据钻孔设计深度，确定φ89 mm绳索施工深度。由钻孔施工情况可知，φ89 mm绳索施工的孔段未出现顶角、方位角超标现象，有个别孔基本无偏差。

(4)改变开孔顶角和方位角。在钻机安装时，适度减少顶角、方位角(该矿区钻孔的顶角、方位角均出现增大现象)，也可确保见矿位置符合要求。矿区对2个300 m深的钻孔开孔时减少2°顶角，配合控制钻压，终孔时基本符合要求。

(5)换径时，首先打导向孔，确保换径后钻孔同轴心。为确保钻孔具有良好的导向性，切勿越级换小径钻具钻进，上一级孔段未下套管前勿换小径钻进。

(6)冲击回转绳索取心钻进。冲击回转钻进具有轴向压力小、钻进效率高的特点，可有效防止孔斜，在坚硬、致密岩层中钻进效果更明显。由于该矿区进尺快、坚硬岩层少，故该技术仅在个别孔段使用。

4 孔内事故预防措施

(1)埋钻。①由于在严重漏失层顶漏钻进(个别孔)，水泵压力表无指示，须安排专人负责水泵维修、保养及工作状态检测；②下钻至距孔底3 m时，开始泵泥浆，将孔底沉渣冲出，倒杆及起钻前应适当延长冲孔时间，确保孔底清洁；③及时调整泥浆性能，确保高黏度、低失水量。

(2)钻杆折脱。①设计合理的钻孔结构，施工中切勿越级钻进、人为增加环状间隙；②在坍塌地层中钻进，由于形成了“大肚子”，钻杆缺少支撑，应及时调理钻进参数，轻压慢转；③在干孔内钻进时，应及时涂抹润滑剂减阻，减少钻杆受力；④在起下钻过程中，应仔细检查钻杆使用情况，及时挑出有裂纹及磨损严重的钻杆，禁止将该类钻杆下入孔内。

5 结 论

(1)在岩层倾角较大、软硬互层较多的地层中钻进，极易出现钻孔弯曲度偏差超标现象，尤其是S75绳索钻进，弯曲度变化极快。

(2)适当控制钻压、降低钻速，可有效控制钻孔顶角及方位角偏差，尤其对方位角变化的控制效果较好。

(3)S89绳索取心钻进可有效控制钻孔弯曲度，个别孔弯曲度与开孔几乎一致。

(4)合理的钻孔结构、稳定性较好的钻头以及冲击回转钻进均为降低钻孔弯曲度偏差的有效措施。

[1] 李世忠.钻探工艺学[M].北京：地质出版社，1992.

[2] 郑天运.地质岩芯钻探新技术与新规程应用手册[M].北京：地质出版社，2011.

[3] 张 伟，王 达，刘跃进，等.深孔取心钻探装备的优化配置[J].西部深矿工程，2009，36(10)：34-38.

2016-06-27)

刘清江(1967—)，男，高级工程师，450018 河南省郑州市郑东新区。