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[摘要]针对岗岔金矿区表土覆盖层厚、套管易断、孔斜严重、地层破碎、漏失、坍塌、卡钻、等难点，我队在充分了解矿区地层情况下采用了多层套管护壁，多级钻孔结构，组合取芯、因层适宜泥浆等技术，取得了较好的钻进效果，为今后深部复杂钻探施工积累了经验。
[关键词]复杂地层 堵漏泥浆 多级套管 防斜
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-132-2
合作岗岔金矿区钻探施工项目，是我队自2011年与x×公司签订的重点钻探项目，其目的是探明矿体深部矿脉的走向、储量等，自2011年3月份进入施工矿区以来，通过几年的钻探施工，通过运用多种技术和方法，解决了孔斜、坍塌、埋钻、取芯难等难点，完成钻探工作量500多米。
1矿区基本概况
合作岗岔矿区位于甘南藏族自治州北部的佐盖曼玛乡，钻孔分布于海拔3200多米的山顶上，年平均气温仅1.7℃，气候寒冷阴湿，昼夜温差达20多℃，勘查区内构造的多期活动，致使该区褶皱形态复杂，地层产状也随褶皱多变而显不稳定，以变质砂岩、炭质板岩、灰岩、砾岩为主。
2矿区施工难点及岩层特点
2.1岩层特点
（1）第四系覆盖层：钻孔位置地表到基岩有厚度达20多米的黄土卵石覆盖层，由于其地层风化侵蚀严重，遇水膨胀易坍塌，下套管极其困难，给开孔工作带来一定难度，但为保证后续工作顺利开展又显的非常重要。
（2）破碎不稳定层：矿区岩层种类较多，当在多种岩体中形成钻孔后，岩体就会失去原始的力学平衡状态。带来取芯困难，更主要是漏孔加之该矿区水资源的缺乏给钻进带来很大影响。
（3）水敏性不稳定层：由于金矿赋存在断层破碎带，泥质含量较高，易吸水膨胀引起粘附卡钻，散造浆破坏泥浆质量，引起钻杆内壁结成泥皮，给下内管造成困难，同时引起钻杆折断事故频繁的发生，进一步造成孔斜给打捞钻杆又是雪上加霜。
（4）坚硬石英砂岩层：所钻岩层遇到石英砂岩少则七八十米，多则一百多米，硬度6至9级不等，可钻性较差，进尺很慢，延误施工工期增加施工成本。
2.2钻探施工难点
（1）所布置钻孔孔位距基岩有30多米卵石覆盖层，套管不宜坐稳，开孔就易造成孔斜。
（2）2013年所完成的六个钻孔，在孔深150米左右都不返水，堵漏尤为重要。
（3）破碎带2～3层，厚度大约7～10m，堵芯严重，频繁体钻，取芯率仅为30﹪～50﹪，造成矿体丢失严重。
（4）含有硅质石英砂岩，掌控金刚石钻进工艺。
3针对岩层特点和钻探难点所采用的钻进工艺
3.1选用的钻探设备
根据地层情况和孔深设计我队自2011来采用XY-4钻机，BW-250水泵、35kW电动机、JS-1000A绳索绞车、AY12-20T人字钻塔、单点测斜仪。
采用金刚石绳索取芯钻进方法，河北唐山产的S89和S75绳索钻具。
3.2多级套管和泥浆护壁及水泥灌孔固井技术
3.2.1一开、二开下套管施工技术
因覆盖层较厚，采用传统下套管方法无法开钻，根据实际情况将套管加工成0.80米---1.00米的短节套管，首先用Φ146mm钻具及硬质合金钻头干钻开孔，干钻过程中为防止烧钻需加少量的水，切记不可开泵送水，当钻至一定深度或有大量卵石出现时，更换单管金刚石钻头，因为套管较短，阻力大，我们将套管连接处进行焊接，以防拧断。ZK11—4、ZK19-4、ZK19-5、ZK15—4号孔采用此方法将一开Φ146mm套管下到8-10米。然后换用Φ130mm开孔，下入Φ127mm套管，钻至20-30米以二开套管下入钻孔，为防止孔斜将长套管放到下面起扶正作用。ZK19-4号孔下二开套管时，遇到厚度3-4米的沙层，采用水泥灌孔处理。
3.2.2活动套管技术
二开套管下至一定深度后，因钻头磨损严重，无进尺，用Φ108mm钻具掏岩心后也不见明显进尺，为防止坍塌又不能将Φ127mm套管拔出，此时将其下入孔内。然后用Φ110mm钻进至35-45米后基本穿过卵石覆盖层，进入基岩，下入Φ108mm套管，以防钻进过程中出现无法预见的情况，为事故处理留更多的空间和余地，用S89绳索取芯钻进，S89钻杆为可回收的活动套管，当Φ75mm钻进到需要使用套管护壁的破碎带时，可拔出Φ89mm套管，扩孔至目的层，再下入Φ89mm套管护壁。这样就形成五级钻进，四层套管护壁，最后用S75一钻到底。
3.3导向扩孔技术运用
在SΦ75mm绳索取芯钻进至第1层破碎带后，因地层受冲蚀极易剥落坍塌，水泵弊泵，钻机扭矩加大，极易造成钻杆扭断、烧钻、卡钻等孔内事故。此时将活动套管拔出，扩孔钻进，如果采用S89金刚石钻头直接扩孔，可能从原井眼侧钻出新孔，形成“狗腿弯”现象，造成钻孔弯曲，S75钻杆无法下入或者下入后钻进一定深度后，造成钻杆折断的后果，经过工地人员耐心琢磨设计出带导向的扩孔钻具进行扩孔钻进。钻进时，导向体插入Φ75mm原孔眼中，可避免扩孔形成的大直径井眼偏离原来的井眼。扩至预定位置后，再把活动套管S89钻杆下入孔中。
3.4SYZX型液动锤技术
设计钻孔倾角均为78°斜孔，防斜保直就显得尤为重要，而SYZX液动锤钻进能起到防斜，保证孔深钻进安全延伸，它可以提高回次进尺、减少劳动强度、降低孔内事故、延长钻头寿命、节约成本、提高效率，尤其在硬层钻进和破碎层取芯上显得更为突出。SYZX绳索取芯液动锤破碎层取芯和防斜使用效果对比见表1。
3.5绳索取芯、普通单双管及半合管组合取芯技术
该矿区主要采用S89和S75绳索取芯，但穿过覆盖层后，有厚度15-30米的氧化层，绳索取芯也难达到指定采取率，这时用半合管取芯，采用半合管取芯要注意：一是进尺不能太多，以钻进1米到1.5米为宜，及时提小钻，否则岩心易堵，半合管憋开，内管提不上来；二是注意钻速不开高挡；三是钻压要稳，切记随意加减压力，遇到破碎层也用此法。由于绳索钻头底唇较厚，在硬层进尺较慢甚至不进尺，我们用普通单管钻进取芯，克服这一难题。 3.6硬层钻进技术
在坚硬岩层中一味采用一种钻头钻进，会降低效率，增加成本，该矿区钻遇岩层有硅质石英砂岩，为提高回次进尺，减少孔内事故，采用多种底唇面形式的钻头，如，锯齿、尖齿、平底等，硬度有5-35的钻头，因软硬互层频繁，带来更换钻头就频繁，所使用钻头逐一标号，轮流使用，扩孔器也如此，这样也避免了使用新钻头而带来扩孔的影响。同时运用普通单管钻进和液动锤钻进提高了钻进效率。
4泥浆护壁、堵漏
矿区地层裂隙发育，破碎带多，给护壁堵漏带来很大困难，其主要目的是配制出即防塌、漏失，又满足绳索取芯钻进对泥浆性能指标的要求，结合2011年使用泥浆情况，配制了一下几种泥浆类型，在不同地层中使用：
4.1第四系覆盖层
该孔段配制了红粘土加适量烧碱，粘土需要浸泡、搅拌、沉淀、除沙，选用优质粘土，稠度是情况来定，对黄土夹卵石层起到较好的防塌作用。
4.2完整岩层和破碎岩层
主剂植物胶、辅剂聚丙烯酰胺组成的无固相钻井液，利用其胶结性、润滑性、强阻水性的性能，有效的防止孔壁掉块、水化膨胀、坍塌及漏失事故，减小钻机阻力，保证了钻进的顺利进行。
4.3漏失岩层
局部漏失和中等漏失的情况下，可采用随钻堵漏的方法。在正常使用的冲洗液中加入803堵漏剂、高粘纤维素、锯末等材料组成的堵漏泥浆用泵送入孔中，达到堵漏目的，注意泥浆粘度不宜太大，防止内管下不到指定位置。漏失严重时采用水泥灌注堵漏，加适量速凝剂，堵漏。2011、2012年75%的孔用此方法处理。也可将水泥团成球状下入孔内用锥孔钻头锥实的方法处理。
4.4坍塌、缩径地层
在用防塌泥浆和灌注水泥浆堵漏无效的情况下，采用套管隔离护壁处理，前面所述的活动套管技术，2013年ZK23-5号孔在钻进240米时用此方法处理。
5孔内事故处理方法
5.1卡钻、烧钻事故
ZK07-3号孔在180米处，由于掉块和水泵因素发生卡、烧钻进而引起钻杆折断的综合事故。本次事故处理吸取以前经验和教训采用：首先将S75钻杆下入孔中，顺利接到折断钻杆上，用吊锤处理，效果不明显，用倒档将其返开；然后用返丝钻杆，多次处理并未全部返上来，由于孔斜和掉块，丝锥无法碰到事故钻杆，带来一定困难；之后我们用Φ91mm带导向的扩孔钻具扩孔钻进至事故头处，用配套的母锥捞取事故钻杆，结果钻具没有处理上来；又用传统办法用金刚石钻头切割，磨铁钻头消灭残留部分；最后用S89活动套管隔离事故孔段。
5.2跑钻事故
ZK23-4号孔在提钻过程中由于人为疏忽大意，体引器环没有下到位，致使钻杆掉入孔内，由于蘑菇头口径较小，普通尖锥无法使用，经过技术人员琢磨，论证将常用钢钎打磨，然后焊接到返丝钻杆下接箍处，将蘑菇头捞取上来，再将S75钻杆对接或用公锥打捞，此方法适用于掉入孔内钻杆较少时。
6结束语
在总队的大力支持和项目人员的积极配合下，采用多级钻孔结构，活动套管技术，配制因层适宜的泥浆，琢磨合理有效的事故处理方法，使得该矿区钻孔顺利完工，赢得甲方认可，更为今后在此类复杂地层的施工积累了经验，向深孔钻进奠定了基础。
参考文献
[1]鄢泰宁，岩土钻掘工程学[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，2001.
[2]王平全，周世良.钻进液处理机剂及其作用原理[M].北京：石油工业出版社，2003.
[3]王伟，安西县寒山金矿区钻探施工难点及解决措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008，5（3）.
[关键词]复杂地层 堵漏泥浆 多级套管 防斜
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-3-132-2
合作岗岔金矿区钻探施工项目，是我队自2011年与x×公司签订的重点钻探项目，其目的是探明矿体深部矿脉的走向、储量等，自2011年3月份进入施工矿区以来，通过几年的钻探施工，通过运用多种技术和方法，解决了孔斜、坍塌、埋钻、取芯难等难点，完成钻探工作量500多米。
1矿区基本概况
合作岗岔矿区位于甘南藏族自治州北部的佐盖曼玛乡，钻孔分布于海拔3200多米的山顶上，年平均气温仅1.7℃，气候寒冷阴湿，昼夜温差达20多℃，勘查区内构造的多期活动，致使该区褶皱形态复杂，地层产状也随褶皱多变而显不稳定，以变质砂岩、炭质板岩、灰岩、砾岩为主。
2矿区施工难点及岩层特点
2.1岩层特点
（1）第四系覆盖层：钻孔位置地表到基岩有厚度达20多米的黄土卵石覆盖层，由于其地层风化侵蚀严重，遇水膨胀易坍塌，下套管极其困难，给开孔工作带来一定难度，但为保证后续工作顺利开展又显的非常重要。
（2）破碎不稳定层：矿区岩层种类较多，当在多种岩体中形成钻孔后，岩体就会失去原始的力学平衡状态。带来取芯困难，更主要是漏孔加之该矿区水资源的缺乏给钻进带来很大影响。
（3）水敏性不稳定层：由于金矿赋存在断层破碎带，泥质含量较高，易吸水膨胀引起粘附卡钻，散造浆破坏泥浆质量，引起钻杆内壁结成泥皮，给下内管造成困难，同时引起钻杆折断事故频繁的发生，进一步造成孔斜给打捞钻杆又是雪上加霜。
（4）坚硬石英砂岩层：所钻岩层遇到石英砂岩少则七八十米，多则一百多米，硬度6至9级不等，可钻性较差，进尺很慢，延误施工工期增加施工成本。
2.2钻探施工难点
（1）所布置钻孔孔位距基岩有30多米卵石覆盖层，套管不宜坐稳，开孔就易造成孔斜。
（2）2013年所完成的六个钻孔，在孔深150米左右都不返水，堵漏尤为重要。
（3）破碎带2～3层，厚度大约7～10m，堵芯严重，频繁体钻，取芯率仅为30﹪～50﹪，造成矿体丢失严重。
（4）含有硅质石英砂岩，掌控金刚石钻进工艺。
3针对岩层特点和钻探难点所采用的钻进工艺
3.1选用的钻探设备
根据地层情况和孔深设计我队自2011来采用XY-4钻机，BW-250水泵、35kW电动机、JS-1000A绳索绞车、AY12-20T人字钻塔、单点测斜仪。
采用金刚石绳索取芯钻进方法，河北唐山产的S89和S75绳索钻具。
3.2多级套管和泥浆护壁及水泥灌孔固井技术
3.2.1一开、二开下套管施工技术
因覆盖层较厚，采用传统下套管方法无法开钻，根据实际情况将套管加工成0.80米---1.00米的短节套管，首先用Φ146mm钻具及硬质合金钻头干钻开孔，干钻过程中为防止烧钻需加少量的水，切记不可开泵送水，当钻至一定深度或有大量卵石出现时，更换单管金刚石钻头，因为套管较短，阻力大，我们将套管连接处进行焊接，以防拧断。ZK11—4、ZK19-4、ZK19-5、ZK15—4号孔采用此方法将一开Φ146mm套管下到8-10米。然后换用Φ130mm开孔，下入Φ127mm套管，钻至20-30米以二开套管下入钻孔，为防止孔斜将长套管放到下面起扶正作用。ZK19-4号孔下二开套管时，遇到厚度3-4米的沙层，采用水泥灌孔处理。
3.2.2活动套管技术
二开套管下至一定深度后，因钻头磨损严重，无进尺，用Φ108mm钻具掏岩心后也不见明显进尺，为防止坍塌又不能将Φ127mm套管拔出，此时将其下入孔内。然后用Φ110mm钻进至35-45米后基本穿过卵石覆盖层，进入基岩，下入Φ108mm套管，以防钻进过程中出现无法预见的情况，为事故处理留更多的空间和余地，用S89绳索取芯钻进，S89钻杆为可回收的活动套管，当Φ75mm钻进到需要使用套管护壁的破碎带时，可拔出Φ89mm套管，扩孔至目的层，再下入Φ89mm套管护壁。这样就形成五级钻进，四层套管护壁，最后用S75一钻到底。
3.3导向扩孔技术运用
在SΦ75mm绳索取芯钻进至第1层破碎带后，因地层受冲蚀极易剥落坍塌，水泵弊泵，钻机扭矩加大，极易造成钻杆扭断、烧钻、卡钻等孔内事故。此时将活动套管拔出，扩孔钻进，如果采用S89金刚石钻头直接扩孔，可能从原井眼侧钻出新孔，形成“狗腿弯”现象，造成钻孔弯曲，S75钻杆无法下入或者下入后钻进一定深度后，造成钻杆折断的后果，经过工地人员耐心琢磨设计出带导向的扩孔钻具进行扩孔钻进。钻进时，导向体插入Φ75mm原孔眼中，可避免扩孔形成的大直径井眼偏离原来的井眼。扩至预定位置后，再把活动套管S89钻杆下入孔中。
3.4SYZX型液动锤技术
设计钻孔倾角均为78°斜孔，防斜保直就显得尤为重要，而SYZX液动锤钻进能起到防斜，保证孔深钻进安全延伸，它可以提高回次进尺、减少劳动强度、降低孔内事故、延长钻头寿命、节约成本、提高效率，尤其在硬层钻进和破碎层取芯上显得更为突出。SYZX绳索取芯液动锤破碎层取芯和防斜使用效果对比见表1。
3.5绳索取芯、普通单双管及半合管组合取芯技术
该矿区主要采用S89和S75绳索取芯，但穿过覆盖层后，有厚度15-30米的氧化层，绳索取芯也难达到指定采取率，这时用半合管取芯，采用半合管取芯要注意：一是进尺不能太多，以钻进1米到1.5米为宜，及时提小钻，否则岩心易堵，半合管憋开，内管提不上来；二是注意钻速不开高挡；三是钻压要稳，切记随意加减压力，遇到破碎层也用此法。由于绳索钻头底唇较厚，在硬层进尺较慢甚至不进尺，我们用普通单管钻进取芯，克服这一难题。 3.6硬层钻进技术
在坚硬岩层中一味采用一种钻头钻进，会降低效率，增加成本，该矿区钻遇岩层有硅质石英砂岩，为提高回次进尺，减少孔内事故，采用多种底唇面形式的钻头，如，锯齿、尖齿、平底等，硬度有5-35的钻头，因软硬互层频繁，带来更换钻头就频繁，所使用钻头逐一标号，轮流使用，扩孔器也如此，这样也避免了使用新钻头而带来扩孔的影响。同时运用普通单管钻进和液动锤钻进提高了钻进效率。
4泥浆护壁、堵漏
矿区地层裂隙发育，破碎带多，给护壁堵漏带来很大困难，其主要目的是配制出即防塌、漏失，又满足绳索取芯钻进对泥浆性能指标的要求，结合2011年使用泥浆情况，配制了一下几种泥浆类型，在不同地层中使用：
4.1第四系覆盖层
该孔段配制了红粘土加适量烧碱，粘土需要浸泡、搅拌、沉淀、除沙，选用优质粘土，稠度是情况来定，对黄土夹卵石层起到较好的防塌作用。
4.2完整岩层和破碎岩层
主剂植物胶、辅剂聚丙烯酰胺组成的无固相钻井液，利用其胶结性、润滑性、强阻水性的性能，有效的防止孔壁掉块、水化膨胀、坍塌及漏失事故，减小钻机阻力，保证了钻进的顺利进行。
4.3漏失岩层
局部漏失和中等漏失的情况下，可采用随钻堵漏的方法。在正常使用的冲洗液中加入803堵漏剂、高粘纤维素、锯末等材料组成的堵漏泥浆用泵送入孔中，达到堵漏目的，注意泥浆粘度不宜太大，防止内管下不到指定位置。漏失严重时采用水泥灌注堵漏，加适量速凝剂，堵漏。2011、2012年75%的孔用此方法处理。也可将水泥团成球状下入孔内用锥孔钻头锥实的方法处理。
4.4坍塌、缩径地层
在用防塌泥浆和灌注水泥浆堵漏无效的情况下，采用套管隔离护壁处理，前面所述的活动套管技术，2013年ZK23-5号孔在钻进240米时用此方法处理。
5孔内事故处理方法
5.1卡钻、烧钻事故
ZK07-3号孔在180米处，由于掉块和水泵因素发生卡、烧钻进而引起钻杆折断的综合事故。本次事故处理吸取以前经验和教训采用：首先将S75钻杆下入孔中，顺利接到折断钻杆上，用吊锤处理，效果不明显，用倒档将其返开；然后用返丝钻杆，多次处理并未全部返上来，由于孔斜和掉块，丝锥无法碰到事故钻杆，带来一定困难；之后我们用Φ91mm带导向的扩孔钻具扩孔钻进至事故头处，用配套的母锥捞取事故钻杆，结果钻具没有处理上来；又用传统办法用金刚石钻头切割，磨铁钻头消灭残留部分；最后用S89活动套管隔离事故孔段。
5.2跑钻事故
ZK23-4号孔在提钻过程中由于人为疏忽大意，体引器环没有下到位，致使钻杆掉入孔内，由于蘑菇头口径较小，普通尖锥无法使用，经过技术人员琢磨，论证将常用钢钎打磨，然后焊接到返丝钻杆下接箍处，将蘑菇头捞取上来，再将S75钻杆对接或用公锥打捞，此方法适用于掉入孔内钻杆较少时。
6结束语
在总队的大力支持和项目人员的积极配合下，采用多级钻孔结构，活动套管技术，配制因层适宜的泥浆，琢磨合理有效的事故处理方法，使得该矿区钻孔顺利完工，赢得甲方认可，更为今后在此类复杂地层的施工积累了经验，向深孔钻进奠定了基础。
参考文献
[1]鄢泰宁，岩土钻掘工程学[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，2001.
[2]王平全，周世良.钻进液处理机剂及其作用原理[M].北京：石油工业出版社，2003.
[3]王伟，安西县寒山金矿区钻探施工难点及解决措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008，5（3）.