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多金属矿区钻探施工综合技术

《环球市场信息导报》 2013年5月15日 作者:马日

文章关键词: 多金属矿   钻探施工  
    总结了多金属矿区钻探的经验,着重介绍了处理金刚石钻头打滑的磨砂方法,在风化层中的跟管钻进方法,多级套管护孔,水泥护壁,801堵漏剂与植物胶、锯末的试用,植物胶锯末泥浆堵漏,润滑减阻等复杂地层综合治理措施。
     金属矿床特别是内生金属矿床成因复杂,成矿作用及后期地质构造的影响,使得岩石的完整程度和力学性质差异较大,钻探施工中易遇见诸如破碎带、蚀变带取芯、硬岩钻进、钻孔弯曲、钻孔坍塌涌漏等技术问题。特别是在“攻深找盲、探边摸底”工作中,若在老矿区的外围和底部勘查,受到前期采矿围岩采动的影响,采空区密布、岩石松动,钻探施工所遇到的问题将超乎想象。

  1. 处理金刚石钻头打滑的磨砂方法

  针对坚硬岩层金刚石钻进打滑问题,初次试用了几家软胎体钻头(HRC30—35,粒度80~100目) 效果不明显,而且使用寿命<25 m。而后选用中等胎体硬度钻头(HRC38~40,粒度46~80目),改进传统磨砂法取得了明显效果。其做法是:选用0.10 mm左右的石英石20~25粒投入孔内,转速为83~217 r/min,钻压比正常钻进略大,时间在30 s左右,然后不停车把钻具提离孔底,如此反复4~5次即可。钻头在孔内磨后,金刚石出刃率明显提高。在坚硬“打滑”地层中回次进尺量在1 m以上,时效为1.8~2.5 m。改进后的磨砂法避免了传统方法易导致的卡、烧钻头事故的发生,钻头平均寿命提高至35~40 m。

  2. 在风化层中的跟管钻进方法

  矿区有部分钻孔无法避开风化层而就位施工。在风化层中施工斜孔,孔口管容易插偏,孔内易坍塌,钻进难度大,遇到硬石块更是难上加难。针对上述难题,我们采取了以下几点措施。

  (1)将孔口凿成Φ600 mm×800 mm井筒,用水泥砂浆灌注的办法解决孔口管容易开偏和孔口塌陷问题。

  (2)跟管钻进中,首先用高粘度或固相含量高的泥浆钻进,然后以反复提动钻具方式冲击回转钻进,钻进至一定深度时下入第一级护孔管。

  (3)当钻进到基岩时,第二级护孔管必须坐入孔底,然后用金刚石钻头钻进至完整基岩后再下入第三级护孔管。在ZK5204孔等3个钻孔中使用此法,顺利穿过风化层,最大厚度为27.8 m,无丢失护孔管现象。

  3. 多级套管护孔

  多级套管护孔以其成本低、见效快的优点,适宜在钻孔穿越有多条断层破碎带地层的钻孔中采用,成为我队长期以来用于复杂地层钻进的常用方法与措施。深孔施工在无法预知深部地层变化的情况下,不宜过早地使用终孔口径,否则,一旦遇到新的断层破碎带,就会带来更大的风险,或造成重大经济损失。多级套管护孔应注意以下几个事项。

  (1)认真作好钻孔设计,明确各级套管的下入目的与深度;

  (2)周全考虑套管的起拔难度,制定套管事故的处理方法;

  (3)仔细检查套管丝扣的完好性和拧紧程度,把丝扣较差的套管调整到上部;

  (4)准确判断坐管条件,如岩面风化程度、沉渣厚度和残留岩心长度等,要求套管坐稳坐实;

  (5)下管隔离断层破碎带时,如孔内有大量坍塌物不便清除,不应将套管作为钻具使用,强行开车扫孔到底,否则会发生卡埋套管事故,清理孔底的正确方法是:从未坐稳的套管内下钻具扫孔,当钻具进尺数米后,不论套管是否到位坐实,都应提升钻具提动套管,使管外坍塌物掉人钻孔内,确保套管到位;

  (6)切实做好套管上端管口的密封工作,采用海带、麻布及纤维素等缠绕密塞措施,防止钻渣沉积

  4. 水泥护壁

  水泥浆灌注也是我队常用的护孔措施之一,据历年数据资料显示,护孔成功率达87.4% 。钻进遇断层破碎带时,每钻进5~10 m,用425 水泥浆(水灰比1:0.5)灌注护壁,以确保孔壁稳定。灌注前提出钻具再下钻杆到距孔底约5 em,用清水清洗孔壁泥皮,直至清水返出。清洗时需连续回转钻杆,以免埋钻;遇溶洞时,应首先判断溶洞规模、深度以及上下岩层结构特征,然后用425 水泥并配加2.5%~3.5% 711型速凝剂配成浆液,再下钻杆到溶洞底部,待其凝固后,实行快速钻进通过。

  5. 801堵漏剂与植物胶、锯末的试用

  ZK2804孔从230m开始钻遇破碎带,冲洗液大部分漏失。当SJ77绳索取心钻具顶漏钻进至342.73m时,孔内冲洗液突然全部漏失。我们试用了江西萍乡光辉钻井助剂材料厂生产的801堵漏剂、植物胶和锯末,采用混合使用的护堵方法。配制方法:在泥浆中添加801堵漏剂(3%)、植物胶(6%)和锯末(7%),在高速泥浆搅拌机中搅拌30 min,使用前用大泵量循环浆液。使用情况:在钻进过程中泵压较高,消耗该混合浆液约5 m 后,孔口返水量约1/3;消耗用该混合浆液10~12 m 后,孔口返水量几乎能达到100%。

  6. 植物胶锯末泥浆堵漏

  6.1 配制方法

  (1)发生小漏失(孔口返浆2/3),可在基浆中加入3% 锯末;发生中等漏失(孔口返浆1/2~1/3),可在基浆中加入5%锯末。

  (2)将土粉、植物胶、锯末加入高速泥浆搅拌机中搅拌30 rain。

  6.2 使用方法及效果

  预先将钻具置于孑L底漏失层位,开泵将浆液送至孔底后开始钻进。当浆液到达孔底时泵压会突然升高,此时应打开回水管调节泵压,使泵压比正常钻进高出1~2 MPa。在钻进一段时问后,孔口返浆量加大。不能流人裂隙通道的粗锯末被钻具研碎后排出孔外。该堵漏方法在ZK2804等6个孑L中应用取得了明显效果。

  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。

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