云南金厂河多金属矿钻探施工技术

2022-09-12

1 工程概况

金厂河多金属矿是近几年在云南省内发现的一个富含铜、铅、锌、铁多金属的深部大型矿体, 目前已初步探明 (332) + (333) 类别金属量分别为:铜约8万吨、品位约1%, 铅约6万吨、品位约0.7%, 锌约30万吨、品位约3%, 铁矿石量约5000万吨、品位TFe约33%, m Fe约22%。从2004年开始实施钻探工作, 先后共布置勘探孔50多个, 孔深400~800米, 累计钻探工作量30000多米, 我单位参与了矿区钻探施工工作。

2 矿区地质条件

矿区岩层自上而下主要为: (1) 灰白色薄至中厚层大理岩化灰岩, 局部夹角砾岩, 岩石破碎, 局部为碎块状; (2) 灰白色薄至中厚层大理岩化灰岩与青灰色钙质板岩互层, 夹多层角砾岩, 岩石极易破碎, 局部为碎块状; (3) 绿灰色矽卡岩型铅锌矿石与灰白色大理岩互层, 裂隙发育; (4) 矽卡岩型铜矿石、矽卡岩、大理岩化灰岩互层, 裂隙较为发育, 局部岩石破碎, 岩矿石致密坚硬; (5) 黑灰色矽卡岩型铁矿石夹矽卡岩、辉绿岩、石英脉, 岩矿石致密坚硬, 裂隙发育, 局部岩石破碎。 (1) ~ (2) 层埋深通常在200~300m以内。

矿区区域地质构造较为复杂, 有多条断层和次级断层分布, 钻孔漏水现象严重, 个别钻孔有涌水现象发生。

3 工程技术要求

(1) 钻孔设计为直孔, 终孔口径不小于75mm, 钻孔顶角偏斜小于2°/100m, 孔深误差小于1/1000。

(2) 全孔取芯, 岩芯采取率大于70%, 矿层及顶底板采取率大于80%。

(3) 做好简易水文观测工作。

(4) 按设计要求封孔。

4 设备、工艺选用

4.1 设备选用

选用公司现有的X Y-4型岩芯钻机、BW-250型泥浆泵、HCX13型钻塔。

4.2 工艺选用

采用S75金刚石绳索取芯钻进工艺钻进, 开孔口径Φ130mm, 采用泥浆护壁与堵1 2 7m m、Φ108 mm、Φ8 9 m m三重套管隔离易坍塌部位, 采用顶漏钻进技术终孔。

5 泥浆护壁与堵漏技术

分析矿区地层可知, 下部 ( (3) ~ (5) 层) 岩层坚硬, 裂隙发育, 为严重漏失地层。钻进下部岩层时, 由于冲洗液严重漏失, 导致孔内水位急剧下降, 孔壁压力失去平衡, 易造成上部不稳定部位孔壁坍塌, 造成孔内事故。因此, 需用套管将上部不稳定部位隔离。分析矿区上部岩层可知, 岩石易破碎, 局部为碎块状, 尤其是碎块状钙质板岩极不稳定, 易坍塌, 须采用泥浆护壁并结合堵漏方法才能顺利钻进。

我们采用山东潍坊福金膨润土厂生产的复合配方钠土作造浆材料, 配制比重为1.18左右的优质泥浆, 并掺入少量锯末作为堵漏充填材料, 可有效地维护上部不稳定岩层孔壁的稳定。施工中, 我们结合使用堵漏的方法, 采用泥球堵漏和惰性混合材料堵漏法及时堵漏, 减少泥浆用量。对于坍塌、超径已形成的孔段, 采用灌注水泥法形成临时人工孔壁, 为下套管做过渡。根据孔内的复杂程度, 合理确定三重套管的安装位置, 及时下入套管, 减小施工风险。具体的做法是:孔深5 0~8 0 m左右时下入Φ127mm套管, 孔深100~150m左右时下入Φ108mm套管, 根据钻孔周边岩层情况, 钻穿不稳定岩层20米后, 确认下部无不稳定岩层后扩孔安装Φ89mm套管。

6 顶漏钻进技术

矿区的下部岩层较为坚硬, 裂隙发育, 为严重漏失地层, 孔口不返水, 堵漏需要投入大量的人力物力, 且非常耗时。在采用惰性混合材料堵漏无凑效的情况下, 我们采用清水顶漏钻进技术钻进。顶漏钻进过程中应注意以下几点。

(1) 由于孔内水位低, 钻杆内空间大, 开泵前钻杆内有大量的空气, 须将钻杆内的空气排出后方可开钻, 以防烧钻。施工中应经常测量钻孔内水位, 根据孔内水位高低确定排空时间。

(2) 注意解决钻具的润滑减阻问题。由于孔内水位低, 部份钻杆与孔壁、套管发生干摩擦, 增大了孔内钻具阻力, 宜采用涂润滑脂的办法解决, 在钻杆外涂一层润滑脂。润滑脂的配方配比要合适, 否则会产生结垢现象, 反而会加大钻具阻力。可采用“机油∶松香∶石蜡∶石墨=65∶25∶7∶3”配方, 能取得较理想效果。

(3) 钻穿破碎地层后, 应及时对破碎孔段灌注水泥浆, 进行固结加固处理, 预防卡钻事故发生。

(4) 操作者应注意观察钻机电流表的变化, 电流增大则孔内阻力增大, 往往是堵水或卡钻的征召, 慎防烧钻或卡钻事故发生。同时, 应设专人观察水泵压力, 孔底堵水则泵压增大, 应及时告知操作者。

(5) 不进尺时应及时取芯, 防止堵水烧钻。

(6) 孔内水位较低或干孔时, 不能向孔内钻具直接投入内管总成, 防止撞坏内管总成和冲坏钻头。此时, 宜用打捞器将内管总成安全送到位, 并用脱卡管脱卡, 取出打捞器。

7 施工效果

2004年至2008年, 我单位在该矿区应用金刚石绳索取芯钻进工艺, 采用泥浆护壁与堵漏及顶漏钻进相结合的施工技术, 完成钻孔18个, 全部取得成功, 取得了较好的施工效果。

8 结语

钻探工程是一个系统工程, 更是一个实践工程, 除了受地层、环境等客观因素影响外, 更受施工技术因素影响。我们要结合地层特性, 根据现有的施工设备, 选择适合的施工技术, 确定合理的施工方法, 对施工中遇到的问题及时处理, 并不断总结经验。金厂河矿区的地层特点, 决定了需用泥浆护壁才能顺利钻穿上部岩层, 并需用套管隔离上部松散破碎岩层才能顺利施工下部岩层。矿区下部岩石坚硬, 虽裂隙发育, 局部有破碎现象, 但不易发生孔壁坍塌现象, 通过对薄弱部位的固结处理, 可形成牢固的井壁。采用清水顶漏钻进技术, 可节省大量的造浆和堵漏材料, 节省时间, 加快施工进度。因此, 根据地层的特性, 综合应用泥浆护壁和堵漏及顶漏钻进技术, 是钻进类似严重漏失地层的可行方法。

摘要：介绍了云南金厂河矿区的钻进工艺、施工技术, 提出了泥浆护壁与顶漏钻进相结合的施工技术在类似严重漏失地层中应用的可行性。

关键词：钻探施工,泥浆护壁与堵漏,顶漏钻进