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[摘要]介绍马坑外围矿区ZK8321施工难点，重点阐述了牙轮钻进、孔底反循环、液动锤等相关钻进工艺，顺利完成该钻孔的施工。
[关键词]牙轮钻进 孔底反循环 液动锤
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-231-2
1矿区概况
马坑行政区划属龙岩市新罗区曹溪镇管辖。该区地理划属闽西山地博平岭山脉的中段山岭地带，地貌上属构造侵蚀地形，主要为山岭及部分丘陵、谷地。本区处于低纬度区，气候温暖湿润，雨量充沛，植被茂盛，四季长青。夏长无酷暑，冬短无严寒，极少降雪，无霜期长，属亚热带气候区。
1958年-1982年，在大量地质及其科研工作的基础上，开展了三个阶段矿区勘查钻探工程，完成钻探工作量147406.56m，探明铁矿储量4.79亿吨，伴生钼矿8.29万吨，是华东最大的铁矿床。在全国开展“攻深找盲，探边摸底”的新一轮地质矿产勘查工作的同时，我局也开展武夷山成矿带深部找矿工作。2010年至今，马坑铁矿外围矿区深部找矿勘查，已完成钻孔9个，定向分支孔一个，完成钻探工作量8668.13m，还有一个定向孔正在施工。控制铁矿体估算资源量约1.013亿t，远景资源量可达2亿t，实现“探边摸底”找矿工作的重大突破。
2地质概况
矿区岩性极复杂，岩相变化极大，断裂、褶皱十分发育，岩浆活动强烈。大部份岩石遭受强烈的热液蚀变，加之区内地形切割强烈，地形陡峻，测区地形坡度较大，植被覆盖严重，岩石主要为风化泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、细砂岩、构造角砾岩、矽卡岩、灰岩、黑云母花岗岩等。岩石类别较硬，部分岩石硬度达到Ⅹ级。
ZK8321孔设计孔深900m，2011年6月19日开孔，2012年3月29日终孔，终孔孔深863.93m。地质复杂程度属“相当复杂”，机械岩心钻探岩石级别 “Ⅳ～Ⅹ”级，跨度大。岩性如下：
0～272m 砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩、细砂岩夹泥岩等；
272～356.48m 风化辉绿闪长岩；
356.48～390.80m 压碎石英斑岩；
390.80～800m 含燧石条带灰岩，中厚层质灰岩、含泥质灰岩及溶洞；
800～805m 铁矿体
805～863.93m 中细粒石英砂岩、中薄层粉砂岩、石英砂砾岩。
3主要钻探设备配套及现场布置
（1）设备：XY-6B型钻机、BW-250型泥浆水泵、55KW电动机、15KW电动机、SGX23型钻塔及拧管机、SJ-1000型绞车、二台泥浆搅拌机等。
（2）主要材料：φ150单管钻具、φ130单管钻具、φ110单动双管钻具、SJ96绳索取芯液动锤钻具、S75绳索取芯液动锤钻具、φ75多功能孔底反循环钻具、φ50外丝钻杆，S89钻杆，S73钻杆、φ150、合金钻头、φ130金刚石钻头、φ110金刚石钻头、S95金刚石钻头、S77金刚石钻头、φ168套管、φ146套管、φ 127套管、φ 108套管、φ 89套管、膨润土、片碱、植物胶、纤维素、防塌剂、堵漏剂、惰性材料等。
4钻探工艺方法
4.1钻孔结构（见表1）
4.2钻进方法
4.2.1分层钻进技术
0-256.71m 粉砂岩、泥岩、灰岩地层采用？200牙轮钻进；
256.71-439.74m 采用金刚石单管钻进
439.74-终孔 采用绳索取心或绳索取心液动锤钻进。
4.2.2取芯技术
（1）完整或破碎地层采用单动双管或绳索取心，均能满足地质要求。
（2）地层为破碎无胶结性的碎石或无胶结性的流砂層、泥包石等，采用多功能孔底反循环单动双管取心技术，取得较好应用效果。
5牙轮钻进
钻压：6～9 T；
转速：70～100r/min ；
泵量：320～850L/min。
5.1钻进技术参数
①钻压：4～6 T；
②转速：70～100转/分 ；
③泵量：320L/min。
5.2成孔技术措施
（1）严把开孔关，保证天车、转盘、主杆三点成一线，做到轻压、慢转，保证开孔的垂直度。
（2）严把换径关，换径或扩孔时，要使用带导向钻具打小眼，下入套管后，再换小一径钻进。
（3）要使用正确的操作方法，施工过程，孔底压力要相对平稳，这样才能保证孔斜的相对稳定。
（4）严格按照《岩芯钻探操作规程》操作，严禁任何违反操作规程的行为。
5.3防斜的技术对策
（1）钟摆防斜钻具
（2）采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生的钟摆力实现降斜防斜目的。钟摆钻具的原理就是钻头以上，切点以下的一段钻铤犹如一个“钟摆”，钻头在这段钻铤的重力的横向分力——即钟摆力作用下，靠向并切削下侧井壁，从而起到减小井斜角的作用。运用这个原理组合的下部钻具组合称钟摆钻具。本投料孔成井工程，我们采用了钻杆+取粉管+φ165螺旋状钻铤 18m（质量2.6T）+φ194钻具（内焊接φ89钻杆）+φ200牙轮钻头。
（3）钻井过程中要每隔一段距离进行一下井斜测量。采用陀螺测斜仪，实现连续多点测斜，确保对孔斜及时准确地监控。
6绳索取心液动锤钻进
6.1工作原理
SYZX系列绳取液动锤钻具是由双喷嘴复合式液动潜孔锤与绳索取芯钻具结合而成的国内最新钻探技术。液动锤采用了容积式冲击工作原理，大幅度减少冲程阻力，从而使冲击功较传统的液动锤有了大幅度的提高。不仅具有绳取的各种优点，同时冲击载荷可克服绳取钻进钻头唇部较厚、钻头比压较小、在坚硬致密岩石中钻速较低的缺点。 6.2液动锤破岩机理
①冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的方法。冲击使接触应力瞬间达极大，应力集中，岩石产生裂纹，冲击速度快，岩石脆性强，裂纹发育就越大。
②钻头上同时作用轴向静载，冲击力和回转力矩，刃具具有冲击碎岩和回转碎岩两者的特征。
③岩石受高频冲击力后，一方面在刃具接触处产生应力集中，增大了破碎体积，另一方面岩石内部分子被迫震荡而产生疲劳破坏并降低了强度，再加上轴向的静压和回转切削，这种冲击碎岩和回转切削的方法与常规回转钻进相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力和较低的钻压便可以达到破碎坚硬岩石的效果。
6.3钻进技术参数
①钻压和转速
绳索取芯金刚石钻头唇面厚，要有足够的轴心压力才能使钻头有效地刻取岩心。但钻压过大，切削刃单位进尺破损越快，也易造成孔斜。如：在上部孔斜控制较好的情况下，为了提高钻进效率，自孔深100m时，操作者擅自加大钻压，虽然时效提高了30%，但是100～160m孔段孔斜急剧增加了1°多，可见钻压过大是造成孔斜的主要原因之一。
金刚石液动冲击回转钻进破岩时，伴有冲击作用，有利于于提高破岩效果，减少控制钻压造成的机械钻速的降低。
从防斜角度考虑，根据该钻孔的岩石可钻性级别，选择以轻压力、高转速的钻进规程。
②泵量与泥浆
对液动锤钻进来说，泵量首先应考虑液动锤的工作需要，泵量太小影响液动锤的工作性能——冲击功和冲击频率。泵量过大、冲击功过大，在松散、破碎地层易造成孔壁失稳，同时也加剧液动锤零件磨损，影响使用寿命。在地层允许的前提下，把选定的液动锤最大输入流量作为泵量最大值；把液动锤的启动流量作为额定最小输入泵量。60～90L/min，保证了孔壁稳定，也能使液动锤正常工作。
③钻进技术参数的确定
7多功能孔底反循环单动双管取心
（1）多功能孔底反循环钻具结构如下图1。
（2）应用效果：在孔深400—419.40m，及孔深419.40—530.20m，采用绳索取芯与多功能孔底反循環单动双管取芯效果对比见表1，取上岩芯见图2。
8结语
（1）合理的钻孔结构是保证顺利施工的主要条件。本孔通过实践检验的钻孔结构是合理有效的，为以后施工同类型的钻孔提供了宝贵的经验。
（2）本孔地层较复杂，钻孔护壁是关键，不同地层采用不同配方优质泥浆，是确保正常施工的前提。同时依据漏失量大小，可随钻堵漏。可采用惰性材料堵漏，水泥固结法及套管堵漏。
（3）孔内地层复杂时，建议采用普通单动双管钻进（配泥粉管），保证孔内大颗粒岩粉进入泥粉管，确保孔内干净，才能保证正常施工。绳取钻进因孔壁间隙小，不适宜复杂地层施工。
通过马坑矿区ZK8321孔钻探施工技术总结，能对该矿区以后的钻探施工具有前瞻性的技术指导作用，给其它矿区的施工提供良好的借鉴作用，更好的服务于“围矿找矿、攻深找盲”的地质调查工作。
参考文献
[1]刘广志主编，金刚石钻探手册，地质出版社，1991.12.
[2]地质岩心钻探规程 DZ/T 0227-2010.
[3]乌效鸣等编著，钻井液与岩土工程浆液，中国地质大学出版社：2007.8.
[关键词]牙轮钻进 孔底反循环 液动锤
[中图分类号] P634 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-231-2
1矿区概况
马坑行政区划属龙岩市新罗区曹溪镇管辖。该区地理划属闽西山地博平岭山脉的中段山岭地带，地貌上属构造侵蚀地形，主要为山岭及部分丘陵、谷地。本区处于低纬度区，气候温暖湿润，雨量充沛，植被茂盛，四季长青。夏长无酷暑，冬短无严寒，极少降雪，无霜期长，属亚热带气候区。
1958年-1982年，在大量地质及其科研工作的基础上，开展了三个阶段矿区勘查钻探工程，完成钻探工作量147406.56m，探明铁矿储量4.79亿吨，伴生钼矿8.29万吨，是华东最大的铁矿床。在全国开展“攻深找盲，探边摸底”的新一轮地质矿产勘查工作的同时，我局也开展武夷山成矿带深部找矿工作。2010年至今，马坑铁矿外围矿区深部找矿勘查，已完成钻孔9个，定向分支孔一个，完成钻探工作量8668.13m，还有一个定向孔正在施工。控制铁矿体估算资源量约1.013亿t，远景资源量可达2亿t，实现“探边摸底”找矿工作的重大突破。
2地质概况
矿区岩性极复杂，岩相变化极大，断裂、褶皱十分发育，岩浆活动强烈。大部份岩石遭受强烈的热液蚀变，加之区内地形切割强烈，地形陡峻，测区地形坡度较大，植被覆盖严重，岩石主要为风化泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、细砂岩、构造角砾岩、矽卡岩、灰岩、黑云母花岗岩等。岩石类别较硬，部分岩石硬度达到Ⅹ级。
ZK8321孔设计孔深900m，2011年6月19日开孔，2012年3月29日终孔，终孔孔深863.93m。地质复杂程度属“相当复杂”，机械岩心钻探岩石级别 “Ⅳ～Ⅹ”级，跨度大。岩性如下：
0～272m 砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩、细砂岩夹泥岩等；
272～356.48m 风化辉绿闪长岩；
356.48～390.80m 压碎石英斑岩；
390.80～800m 含燧石条带灰岩，中厚层质灰岩、含泥质灰岩及溶洞；
800～805m 铁矿体
805～863.93m 中细粒石英砂岩、中薄层粉砂岩、石英砂砾岩。
3主要钻探设备配套及现场布置
（1）设备：XY-6B型钻机、BW-250型泥浆水泵、55KW电动机、15KW电动机、SGX23型钻塔及拧管机、SJ-1000型绞车、二台泥浆搅拌机等。
（2）主要材料：φ150单管钻具、φ130单管钻具、φ110单动双管钻具、SJ96绳索取芯液动锤钻具、S75绳索取芯液动锤钻具、φ75多功能孔底反循环钻具、φ50外丝钻杆，S89钻杆，S73钻杆、φ150、合金钻头、φ130金刚石钻头、φ110金刚石钻头、S95金刚石钻头、S77金刚石钻头、φ168套管、φ146套管、φ 127套管、φ 108套管、φ 89套管、膨润土、片碱、植物胶、纤维素、防塌剂、堵漏剂、惰性材料等。
4钻探工艺方法
4.1钻孔结构（见表1）
4.2钻进方法
4.2.1分层钻进技术
0-256.71m 粉砂岩、泥岩、灰岩地层采用？200牙轮钻进；
256.71-439.74m 采用金刚石单管钻进
439.74-终孔 采用绳索取心或绳索取心液动锤钻进。
4.2.2取芯技术
（1）完整或破碎地层采用单动双管或绳索取心，均能满足地质要求。
（2）地层为破碎无胶结性的碎石或无胶结性的流砂層、泥包石等，采用多功能孔底反循环单动双管取心技术，取得较好应用效果。
5牙轮钻进
钻压：6～9 T；
转速：70～100r/min ；
泵量：320～850L/min。
5.1钻进技术参数
①钻压：4～6 T；
②转速：70～100转/分 ；
③泵量：320L/min。
5.2成孔技术措施
（1）严把开孔关，保证天车、转盘、主杆三点成一线，做到轻压、慢转，保证开孔的垂直度。
（2）严把换径关，换径或扩孔时，要使用带导向钻具打小眼，下入套管后，再换小一径钻进。
（3）要使用正确的操作方法，施工过程，孔底压力要相对平稳，这样才能保证孔斜的相对稳定。
（4）严格按照《岩芯钻探操作规程》操作，严禁任何违反操作规程的行为。
5.3防斜的技术对策
（1）钟摆防斜钻具
（2）采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生的钟摆力实现降斜防斜目的。钟摆钻具的原理就是钻头以上，切点以下的一段钻铤犹如一个“钟摆”，钻头在这段钻铤的重力的横向分力——即钟摆力作用下，靠向并切削下侧井壁，从而起到减小井斜角的作用。运用这个原理组合的下部钻具组合称钟摆钻具。本投料孔成井工程，我们采用了钻杆+取粉管+φ165螺旋状钻铤 18m（质量2.6T）+φ194钻具（内焊接φ89钻杆）+φ200牙轮钻头。
（3）钻井过程中要每隔一段距离进行一下井斜测量。采用陀螺测斜仪，实现连续多点测斜，确保对孔斜及时准确地监控。
6绳索取心液动锤钻进
6.1工作原理
SYZX系列绳取液动锤钻具是由双喷嘴复合式液动潜孔锤与绳索取芯钻具结合而成的国内最新钻探技术。液动锤采用了容积式冲击工作原理，大幅度减少冲程阻力，从而使冲击功较传统的液动锤有了大幅度的提高。不仅具有绳取的各种优点，同时冲击载荷可克服绳取钻进钻头唇部较厚、钻头比压较小、在坚硬致密岩石中钻速较低的缺点。 6.2液动锤破岩机理
①冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的方法。冲击使接触应力瞬间达极大，应力集中，岩石产生裂纹，冲击速度快，岩石脆性强，裂纹发育就越大。
②钻头上同时作用轴向静载，冲击力和回转力矩，刃具具有冲击碎岩和回转碎岩两者的特征。
③岩石受高频冲击力后，一方面在刃具接触处产生应力集中，增大了破碎体积，另一方面岩石内部分子被迫震荡而产生疲劳破坏并降低了强度，再加上轴向的静压和回转切削，这种冲击碎岩和回转切削的方法与常规回转钻进相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力和较低的钻压便可以达到破碎坚硬岩石的效果。
6.3钻进技术参数
①钻压和转速
绳索取芯金刚石钻头唇面厚，要有足够的轴心压力才能使钻头有效地刻取岩心。但钻压过大，切削刃单位进尺破损越快，也易造成孔斜。如：在上部孔斜控制较好的情况下，为了提高钻进效率，自孔深100m时，操作者擅自加大钻压，虽然时效提高了30%，但是100～160m孔段孔斜急剧增加了1°多，可见钻压过大是造成孔斜的主要原因之一。
金刚石液动冲击回转钻进破岩时，伴有冲击作用，有利于于提高破岩效果，减少控制钻压造成的机械钻速的降低。
从防斜角度考虑，根据该钻孔的岩石可钻性级别，选择以轻压力、高转速的钻进规程。
②泵量与泥浆
对液动锤钻进来说，泵量首先应考虑液动锤的工作需要，泵量太小影响液动锤的工作性能——冲击功和冲击频率。泵量过大、冲击功过大，在松散、破碎地层易造成孔壁失稳，同时也加剧液动锤零件磨损，影响使用寿命。在地层允许的前提下，把选定的液动锤最大输入流量作为泵量最大值；把液动锤的启动流量作为额定最小输入泵量。60～90L/min，保证了孔壁稳定，也能使液动锤正常工作。
③钻进技术参数的确定
7多功能孔底反循环单动双管取心
（1）多功能孔底反循环钻具结构如下图1。
（2）应用效果：在孔深400—419.40m，及孔深419.40—530.20m，采用绳索取芯与多功能孔底反循環单动双管取芯效果对比见表1，取上岩芯见图2。
8结语
（1）合理的钻孔结构是保证顺利施工的主要条件。本孔通过实践检验的钻孔结构是合理有效的，为以后施工同类型的钻孔提供了宝贵的经验。
（2）本孔地层较复杂，钻孔护壁是关键，不同地层采用不同配方优质泥浆，是确保正常施工的前提。同时依据漏失量大小，可随钻堵漏。可采用惰性材料堵漏，水泥固结法及套管堵漏。
（3）孔内地层复杂时，建议采用普通单动双管钻进（配泥粉管），保证孔内大颗粒岩粉进入泥粉管，确保孔内干净，才能保证正常施工。绳取钻进因孔壁间隙小，不适宜复杂地层施工。
通过马坑矿区ZK8321孔钻探施工技术总结，能对该矿区以后的钻探施工具有前瞻性的技术指导作用，给其它矿区的施工提供良好的借鉴作用，更好的服务于“围矿找矿、攻深找盲”的地质调查工作。
参考文献
[1]刘广志主编，金刚石钻探手册，地质出版社，1991.12.
[2]地质岩心钻探规程 DZ/T 0227-2010.
[3]乌效鸣等编著，钻井液与岩土工程浆液，中国地质大学出版社：2007.8.