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马坑外围矿区ZK7924孔施工难点及对策

发布时间:2013年05月16日
来源:《探矿工程(岩土钻掘工程)》,2011年第9期

 

马坑外围矿区ZK7924孔施工难点及对策

 

彭金灶

(福建省第八地质大队地勘公司,福建龙岩 364000

 

摘要:重点介绍马坑外围矿区ZK7924钻探技术难点,阐述了冲洗液、护壁堵漏、相关技术参数及水泥浆替水量的计算方法,顺利完成该钻孔的施工。

关键词: 钻探;取心方法;护壁堵漏;水泥浆;替水量

 

1  工程概述

1976年下半年至19803月,由我队承担完成马坑铁矿西矿段钻探施工任务,共完工钻孔129个,完成钻探进尺82853.27m,最高开动钻机17台。勘查钻探表明,地质构造复杂,施工难度大,主要表现为:褶皱两翼易斜,褶皱轴部岩性较为破碎,取心困难;断层破碎严重,取心困难,在挤压剪切严重孔段,岩性呈软泥状存在,怕冲洗液冲刷,孔壁极为不稳,断层产状陡时,情况更为严重,部分钻孔断层严重漏失,造成钻孔护孔困难。

针对以上情况,2010年承担马坑外围铁矿勘查任务后,公司领导高度重视,成立了专项工作组,精心组织施工人员,调度设备、材料,充分做好施工前的各项准备工作,在钻孔结构优化设计、取心方法及护壁堵漏措施等方面都做好了充分的准备,积极应对复杂局面,及时采取相应措施,但仍然存在诸多问题,现就ZK7924孔施工难点及对策简述如下。

1.1  矿区概况

     马坑外围矿区ZK7924孔钻探工程位于龙岩市马坑村,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。ZK7924孔位于标高+500m,设计孔深1350m,设计倾角90°,见矿深度1256~1290m。于 2010 7 28曰开孔,201144日终孔,孔深1002.21m,穿过标志层花岗岩约37m,未见矿层提前终孔。

1.2  地质情况及岩石可钻性

   钻孔岩性自上而下为:075.29m,风化泥岩、砂岩、石英砂岩;75.29198.70m,砂质泥岩、泥岩、砂岩;198.70210.22m  构造角砾岩;210.22532.38m  砂质泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩;532.38563.87m,风化辉绿岩、灰白色构造角砾岩;563.87590.72m,无岩心;590.72597.89m,灰褐色透辉石、矽卡岩;597.89643.30m,硅质灰岩、矽卡岩、辉绿岩;643.30684.61m   无岩心;684.61699.26m,含燧石灰岩;699.26720.42m,无岩心;720.42890.26m ,含泥质碎裂灰岩、矽卡岩、辉绿岩、中细粒花岗岩;890.26909.55m   溶洞;909.55911.45m,灰白色碎裂灰岩;911.45927.48m,溶洞;927.48965.87m ,角砾岩、花岗斑岩、石英脉、砂质砾岩;965.871002.21m  肉红色中粗粒黑云母花岗岩。

  岩层可钻性一般在16级;部分为硅质岩,含石英脉达1012级,岩石可钻性级别跨度大。

1.3  技术难点

1)无胶结性碎石的取心问题,采用普通绳索取心或单动双管钻进均无法取上岩心或采取率较低。

2)全孔地层较复杂,顺着断层施工,地层为碎石、泥包石和高岭土等,胶结性差,孔壁易坍塌。

3)深孔灌注水泥浆替水准确性计算及扫水泥方法。

 

2  施工设备的选择

    依据钻孔设计孔深及终孔口径,结合我队现有装备情况选用主要设备:XY5型钻机(配55kW电动机);SG23型钻塔; BW250型泥浆泵(配15kW电动机); SJ1500型绞车(配5.5kW电动机)

 

3  钻进工艺

3.1  钻孔结构

依据钻孔柱状图,地层分布情况及以往施工经验,结合当前先进的钻进工艺和优质泥浆护壁堵漏技术,钻孔结构设计:077.29m,Φ150mm/Φ146mm77.29213.96m,Φ130mm/Φ127mm213.96324.59m,Φ110mm/Φ108mm324.59723.47m ,Φ95mm/Φ89mm723.471002.21m,Φ77mm

3.2  取心方法

1)上部覆盖层较厚,用Φ110mm单动双管取心或无泵钻进取心。

2)完整或破碎地层采用单动双管或绳索取心,均能满足规范要求。

3)地层为破碎无胶结性的碎石或无胶结性的流砂层、泥包石等,采用多功能孔底反循环单动双管取心技术,取得了较好的效果。

多功能孔底反循环钻具见图1

1  多功能孔底反循环钻具

    在孔深400419.40m,及孔深419.40530.20m,采用绳索取心与多功能孔底反循环单动双管取心效果对比,绳索取心采取率20.5%,多功能孔底反循环采取率75%。取上岩心见图2

2  多功能孔底反循环钻进取心效果

3.3  冲洗液及护壁堵漏

不同地层选用的泥浆类型:

1)开孔至77.29m,为表土覆盖地层,岩性多为粘土、砂、碎石,孔壁缺乏胶结物质,遇水不稳定易坍塌,宜使用优质泥浆护壁,泥浆配方为:1m³清水+100150kg钠膨润土+36kg烧碱+56kg纤维素+56kg植物胶。

277.29213.96m,为砂岩、泥岩交替出现,地层相对稳定,采用无固相PAM冲洗液起悬浮与排粉作用。

3213.96324.59m,其中多层破碎带、泥包石,采用无固相PAM冲洗液或水泥护孔。

4342721.47m,地层为碎石、砂、泥包石,胶结性差,孔壁坍塌厉害,采用优质泥浆护壁,取得满意效果。

通过使用高分散度泥浆,增加泥浆中的粘土含量,加入有机聚合物或无机增粘剂等措施,提高泥浆粘度,增加井壁松散颗粒之间的胶结力。另外,对于有一定胶结性的松散地层,为防止泥浆中的自由水侵入孔壁地层而冲蚀胶结物,加入一定量的降失水剂(纤维素)。

泥浆配方:1m³水+62.5kg钠膨润土+23kg烧碱+35kg植物胶+35kg纤维素。

性能:密度1.07 g/cm³,粘度32 s,失水量18 mL/30minpH9

5723.47844.16m   地层相对完整,孔壁稳定,采用无固相PAM冲洗液。

6844.161002.21m,多层地层为易坍塌或无岩心,为维护孔内原有压力平衡状态,提高泥浆密度,采用高固相泥浆护壁。

7)水泥护壁

   地层坍塌到一定程度,单纯的固相泥浆已无法满足护壁要求,这时采用水泥浆固结护壁。在该孔施工中,孔深218.41277.68m,地层破碎,裂隙发育,出现掉块坍塌现象,采用水泥固结,取得良好效果。390438.28m,地层为碎石、泥包石等,出现严重孔壁坍塌,采用水泥浆固结护孔,效果仍然不错,但扫水泥时操作不当、速度过快,孔内水泥渣多,循环时间不够,出现严重的埋钻事故,经处理后,孔内残留Φ95mm钻具外管一套4.72m及Φ89mm绳索取心钻杆51.34m,共计56.06m

3.4  灌注水泥浆替水量计算及扫水泥方法

3.4.1  灌注水泥浆的替水量计算

    灌注水泥浆护壁时,采用水泵注浆法灌注,注浆完毕应立即替入清水。替浆量应力求适当,将浆液压送到预定位置而又不被稀释,才能确保注浆成功。替水量就按要求进行计算。

3.4.2  扫水泥方法

该孔用Φ95mm绳索取心钻具自孔深324.59m钻进至438.28m时,因孔壁严重坍塌,采用优质泥浆起不到护壁效果,故用水泥固结法护壁,在孔深438.28m处灌注水泥10包,扫水泥剩1.5m时,换绳索取心钻具扫孔,冲孔循环工作不够,下入钻具时,因孔内水泥渣过多,把Φ95mm绳索取心钻具埋掉,经过多种方法处理,孔内残留绳索取心钻杆51.34m及钻具4.72m,共计56.06m。现孔内阻力大,无法继续处理,经研究决定,选择地层较软的炭质泥岩,(孔深350360m),用水泥固结法,形成硬、软级差较大,并用小一口径短钻具,较大压力钻进法,先偏出新孔,然后在钻具下端带导向扩孔。本孔自344m开始用Φ77mm单动双管钻具扫水泥,自358m偏出新孔,沿新孔继续钻进6m左右,取出完整岩心,用Φ95mm钻具带Φ75mm导向扩孔,顺利偏出新孔。

总结本次事故的经验教训,以更好地指导该矿区后续钻孔的施工。

1)掌握好候凝时间。侯凝时间不能太短,否则水泥石强度不足,扫孔易脱落而影响护壁堵漏效果。侯凝时间也不宜过长,否则,水泥石强度高,重新通孔时间长,且易偏孔。最好稍提前一点用小一级口径透穿,继续侯凝一段时间后,用原径扫孔。

2)扫孔措施要得当。扫孔钻具长度与原粗径钻具相近,上端宜带导正。若已透小眼,可在钻具下端带导正。扫水泥时应轻压、慢转、较大泵量,钻速快时适当控制钻压,金刚石钻进扫水泥,不宜用泥浆,可用清水或无固相PAM冲洗液,每扫一根单根后,要慢转冲孔5min 左右,提钻加杆。发现进尺异常要提钻检查。下钻要平稳,防止碰撞孔壁。

 

4  几点认识

    1)合理的钻孔结构是保证正常施工的重要条件。本矿区在进入灰岩地层之前,地层较复杂、破碎、裂隙发育,孔内掉块、坍塌时有发生。所以尽量采用较大口径施工,而进入灰岩100m以内,溶洞较发育,部分溶洞有充填物,必须用套管隔离,所以进入灰岩100m左右,尽量用Φ95mm口径施工,确保顺利完工。

    2)马坑矿区地层复杂,钻孔护壁是关键,不同配方的优质泥浆是保证正常施工的前提。特别是进入灰岩之前,必须确保全孔返水,施工过程,根据漏失量大小,可采用堵漏剂堵漏、水泥固结法及套管堵漏,这样才能保证泥浆性能,确保护壁成功。

    3)复杂地层取心目前较理想取心方法之一是采用多功能孔底反循环单动双管钻进取心,确保岩心采取率。为了减轻工人劳动强度,研制SYZX95绳索取心液动锤反循环取心工艺。

 

5  结语

钻探施工技术带有很强的实践性,通过对马矿外围矿区ZK7924孔钻探难点及技术对策的总结,对该矿区以后的钻探施工具有技术指导作用,给其他矿区的施工提供良好借鉴作用,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]  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

[2]  王英等,大口径煤矿应用井施工技术难点及应对措施,探矿工程,2010.12

[3]  王扶志等编著,地质工程钻探工艺与技术,地质出版社,2010.10

[4]  李志忠编著,钻探工艺学【M】,北京地质出版社,1989

[5]  刘广志主编,金刚石钻探手册【M】,地质出版社,1989.12

 

作者简介:彭金灶(1964—),男(汉族),福建人,福建省第八地质大队地勘公司总工程师,高级工程师,钻探工程专业,从事探矿工程技术工作,福建龙岩市。

[责任编辑:dww]

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