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铜矿复杂地层钻探施工技术分析

发表于:2021-02-01 浏览量: 105 次

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  介绍了青海省格尔木小南川铜矿复杂地层钻探施工过程中,通过积极探索和优化钻探施工工艺,合理选择绳索取芯钻具,采取积极有效钻探技术措施,配制优质泥浆,克服钻孔漏失、坍塌、掉块等难题,顺利完成钻探任务。

  一、勘查区概况

  1.1 基本情况

  位于青海省格尔木市纳赤台以南小南川地区,行政区划属青海省格尔木市管辖。区内位于近东西走向的东昆仑山系布尔汗布达山中西端,山势雄伟、突兀峻拔,植被不发育,海拔高度一般在3880~5300m,地势北高南低,地形起伏大、山势陡峻切割剧烈,属中—深切割高山区;区内属于无人区。

  1.2 地层

  勘查区地层分区属东昆仑山南坡分区,出露地层比较单一,主要为奥陶—志留系纳赤台群上部哈拉巴依沟组。地层主要为一套变质的基性、超基性火山岩,钙质板岩、钙质千枚岩、钙质长英质千糜岩,主要赋矿层位主要为绿泥绢云石英片岩、构造片岩等。上部第四系以冲积、残坡积堆积砾石为主,局部见有冰积堆积物。

  1.3 构造

  勘查区处于昆南断裂以北约5km,全区以韧性剪切构造为主,即地层存在逆冲走滑断层。岩石长期受到南北向构造挤压作用而变形,构造形迹极为复杂,形成不同规模近东西向展布的韧脆性构造带。构造带内褶皱构造、断裂构造发育,特别是近东西向的构造片理化带、糜棱岩带极其发育,形成密集片理构造片岩及糜棱岩类岩石。

  二、钻探工作难点

  (1)勘查区强风化地层破碎,钻进时泥浆漏失严重,钻孔易坍塌,成孔和取芯较为困难。

  (2)整个矿区构造复杂,地层倾角大,岩石破碎,孔内漏失、掉块、坍塌较严重,钻进时容易出现卡钻、断钻杆等状况,孔内事故多。

  (3)矿区交通不便,海拔高,山高坡陡,道路艰险,搬迁频繁,运输困难,影响了钻探工作正常进行。

  针对以上困难,我们在钻探施工工艺上进行了积极探索和有效改进,从钻孔结构、钻进技术参数、护壁堵漏、泥浆配比等方面着手,较好地解决了施工过程中遇到的难题。

  三、钻探方法

  钻探设备:该工区钻孔孔深一般在300m左右,为80°斜孔。钻探设备主要选择XY-4型钻机,动力机为4105柴油机,BW-250型泥浆泵,9mA字钻塔。钻探机具选择:根据终孔口径要求和该地区上部复杂地层情况,上部使用普通钻进方法,选用⌀50mm钻杆,采用⌀110mm钻头,下入⌀108mm套管。下部较完整地层采用NQ系列绳索取芯系列钻具钻至终孔,钻具选择为⌀75mm孕镶金刚石钻头,⌀73mm绳索取芯钻杆。

  四、钻孔结构及钻进技术参数

  4.1 钻孔结构

  该矿区地层覆盖层结构松散,上部岩层风化、破碎比较严重,钻孔坍塌漏失严重,采用⌀110mm钻至弱风化基岩后下入⌀108mm套管。下部采用NQ系列绳索取芯系列钻具钻至终孔。

  4.2 钻进技术参数

  上部覆盖层及强风化岩层采用孕镶金刚石钻头钻进,由于卵石、风化层分布不均,钻具跳动大,需采用低钻压、低转速、较大泵量钻进。一般选用:钻压5~7kN;转速150~300r/min;泵量60~90L/min。下部较完整地层采用NQ系列绳索取芯钻进。钻压10~12kN;转速400~700r/min;泵量40~70L/min。选择钻进技术参数是应注意:

  (1)孕镶双管钻头按单位底面积压力为40~80kg/cm2计算,在钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时,应适当降低钻压,钻进时应准确计量钻压,钻压选择按不同地层灵活掌握,不要超过最大钻压,钻具跳动时降低钻压。

  (2)根据岩石的可钻性、研磨性、完整程度选择转速,根据实际情况灵活掌握,一般钻头磨料颗粒越细,转速越高,在遇到砾岩地层、钻孔弯曲、超径的情况下或钻进强研磨性、破碎岩层时,钻孔弯曲、超径、钻具振动大的情况下,转速应适当降低;在使用高转速的情况下,应注意泥浆固相含量和分散性,防止钻杆内壁结垢。

  (3)根据岩石的可钻性、完整程度、钻进速度和钻头直径合理选择泵量,泵量的确定应以有效清除、携带岩粉和冷却钻头为准。较小的泵量和较高的泵压是绳索取芯钻进的要求,在钻进中应随时观察泵压变化,根据泵压的变化判断孔内情况。

  五、钻进措施

  5.1 强风化层钻进

  上部强风化地层破碎,呈碎块状,钻进时钻孔易坍塌,泥浆漏失严重,成孔困难。针对以上困难主要采用优质黄土粉泥浆护壁。采用⌀110mm钻头钻至弱风化地层(一般深度为30~40m),下入⌀108mm套管。必须保证⌀108mm套管下到弱风化岩层。

  5.2 弱风化岩层钻进

  下部弱风化岩层较破碎,岩芯呈块状、短柱状,掉块较多,遇到构造带有泥浆漏失现象。为提高钻探效率,保证岩芯采取率,防止孔斜,采用NQ系列绳索取芯钻具钻进。钻进过程中也遇到一系列困难,由于岩层比较破碎,有掉块现象,钻具在高速回转时,跳动现象严重,同时断钻杆事故比较多,虽然都能很快打捞上来,但影响了钻进效率。矿层与构造带伴生,遇到矿层一般漏失严重,而且很破碎,采芯较为困难,而矿层的采取率是本次钻探施工的关键,不能出现闪失。面对上述一系列问题,在钻探工艺上不断地探索和改进,取得了较为理想的效果。针对钻具跳动、断钻杆事故较多现象,选用优质泥浆护壁,增加泥浆的润滑性能,增加冲孔时间,减少孔内掉块,经常测试泥浆,使泥浆始终保持良好性能。选择合理的钻进参数,降低钻压和转速;检查钻杆,挑出弯曲或丝扣有问题的钻杆,地面检验不合格的钻杆不准下入孔内;钻杆丝扣涂抹丝扣油,防止钻杆连接处泥浆漏失。采取上述一系列措施后,孔内钻杆跳动现象大为改善,钻探效率大幅度提高。

  5.3 预防事故措施

  (1)选用优质泥浆护壁,增加泥浆的润滑性能,增加冲孔时间,减少孔内掉块。

  (2)经常测试泥浆,使泥浆始终保持良好性能。

  (3)选择合理的钻进参数,降低钻压和转速。

  (4)检查钻杆,挑出弯曲或丝扣有问题的钻杆,地面检验不合格的钻杆不准下入孔内。

  (5)钻杆丝扣涂抹丝扣油,防止钻杆连接处泥浆漏失。采取上述一系列措施后,孔内钻杆跳动现象大为改善,钻探效率大幅度提高。

  5.4 保证矿、岩芯采取率措施

  (1)钻孔钻至矿层后,减小钻头与卡簧座的间隙,同时减小泵量,避免泥浆冲刷岩芯。

  (2)检查钻头、卡簧和钻具,各机构可靠配合。

  (3)降低钻压和转速,钻进平稳进尺,钻进速度适当控制,不能过快或过慢,矿芯采取特别难地层,控制回次进尺,每回次控制在1.0~1.5m。

  (4)采取矿芯后平稳打捞,避免孔内矿芯脱落;退芯时轻放、细心,取出的岩芯应及时清洗干净,并按要求进行摆放。

  通过采取以上技术措施,严格采芯过程管理,矿层采取率基本都能保证80%以上,能达到地质要求。

  5.5 消除钻杆跳动的措施

  针对钻具跳动、断钻杆事故较多现象,选用优质泥浆护壁,增加泥浆的润滑性能,增加冲孔时间,减少孔内掉块[3];经常测试泥浆,使泥浆始终保持良好性能。选择合理的钻进参数,降低钻压和转速;检查钻杆,挑出弯曲或丝扣有问题的钻杆,地面检验不合格的钻杆不准下入孔内;钻杆丝扣涂抹丝扣油,防止钻杆连接处泥浆漏失。采取上述一系列措施后,孔内钻杆跳动现象大为改善,钻探效率大幅度提高。

  六、护壁堵漏

  6.1 一般泥浆配方

  采用NQ系列绳索取芯钻进,使用低固相广谱护壁剂泥浆护壁,随钻堵漏剂和大裂隙堵漏剂配合使用堵漏。

  6.2 泥浆性能

  该泥浆固相含量低,粘度较大,润滑效果好,减小振动,降低失水量,提高泥浆稳定性、润滑性和改善泥浆流变性。

  6.3 堵漏措施

  采用该种低固相泥浆,能保持孔壁稳定,有效地排出岩粉,降低孔内钻进阻力。遇到轻微漏失地层,加入随钻堵漏剂;如果地层裂隙较大,采用大裂隙堵漏剂堵漏,待有泥浆返出孔口后加入随钻堵漏剂,一般堵漏效果较好。每次提钻后必须向孔内灌注泥浆,保持孔内压力平衡。稀释泥浆时,不要一次到位,泥浆比重慢慢降低,避免由于孔内压力变化过大而造成塌孔。

  6.4 泥浆维护

  现场配备一台泥浆搅拌罐和三个药剂桶,将待加入的处理剂预先在药剂桶内水化、溶解后倒入搅拌罐搅拌,根据钻进中处理剂消耗情况,搅拌罐内搅拌好的处理剂溶液有控制地加入到循环槽或泥浆池内。经常测试泥浆性能,随时掌握泥浆性能变化,及时进行性能调节,并做好配制、净化处理、捞砂工作。根据地层变化及时调整泥浆性能,加强净化并适时补充处理剂来恢复其性能。调配好的泥浆,不得随便加入清水。现场泥浆循环系统尽可能加长,泥浆槽设置2~3个沉淀池,及时清理捞砂,保持泥浆性能。

  七、总 结

  小南川铜矿复杂地层钻探施工,勘查区交通条件差,气候寒冷,地层较为破碎,钻探施工困难。合理选择绳索取芯钻具,配制优质泥浆,采取积极有效措施,能够在特别复杂地层完成钻探施工任务。机组积极探索和优化钻探工艺,施工3个钻孔,钻孔质量合格,顺利完成钻探任务,得到了业主方的肯定和好评。

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