10、上宫金矿深孔施工若干技术细则

十、上宫金矿深孔施工若干技术细则

读者对象：探矿技术人员、钻机机班长 完稿时间：2009年6月18日

提示：2009年，河南省地质矿产局第一地质调查队，针对洛宁县上宫金矿区深部找矿，设计了6个1000米上下的深孔，由河南省地质矿产局第四地质探矿队负责施工。2009年5月22日，第一台钻机开钻后（共开动5台套钻机），遇到一系列在复杂地层中施工的钻探技术问题，6月中旬到施工现场调研后，起草了本文。

一、深孔钻孔结构

（一）采用大于常规口径两级的口径开孔

如果你机台的常规口径为φ75㎜的绳取，开孔口径最好采用φ110㎜,见到基岩下入φ108㎜的孔口套管，不要见岩心稍完整就下入孔口套管。

原因在于：采用大于常规口径两级的钻孔口径开孔，目的是对付上部复杂地层孔段。当下过孔口管，换φ75㎜绳取钻进时，在上部100ｍ或200ｍ之内，遇到复杂地层，你可以果断地采用φ91㎜的钻具扩孔，下入φ89㎜套管隔离。如果开孔口径开始就采用φ91㎜，就等于丢掉了这一可靠的护孔方法。当然，拔出孔口套管扩孔也可以，岂不费工费时。

同样，常规钻进口径为φ59㎜绳取，开孔口径大两级，自然是φ91㎜。 （二）深孔不可小径一径到底

小径，目前即指φ59㎜的绳取口径。因为，全国危机矿山接替资源找矿项目管理办公室技术管理处，要求的钻孔口径，不得小于φ59㎜(原则上不允许采用φ56㎜的口径)。即在深孔施工中，不可在下过孔口管后，一下换成φ59㎜转入常规口径钻进，一径到底。这一钻孔结构，不利于对付复杂地层。

原因在于：在钻进中遇复杂地层孔段，必须护孔堵漏时，护孔堵漏措施采用后，效果不好，则不便再采用套管隔离后的换径技术措施。特别在孔深200ｍ上下，甚至400ｍ以内，若扩孔下套管隔离，孔段太长，难下决心；若不下套管隔离，复杂地层孔段难以治理，水泥护孔无效，继续向深孔段钻进，上部孔段有隐患。所以，开孔前在设计钻孔结构时，何不考虑在深孔上部1/2上下的孔段采用大于φ59㎜一级的φ75㎜绳取?这样,在上部孔段，遇到护孔堵漏措施采用后，效果不好时，就可以毫不犹豫地下入φ73×5㎜的套管隔离，而后再换φ59㎜绳取,完成深孔段的钻进。上部孔段的隐患，不用再去担心，任何时候都不要放弃套管护孔这一可靠的技术手段。实践证明，不少深孔在复杂地层中，下入孔口套管后，就换φ59㎜绳取钻进,想以小径一径到底，往往会造成中途护孔堵漏时间过长, 费工费时，效率下降。甚至造成孔内事故频繁，钻孔报废，移位重打。

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或钻不到设计孔深，机长即要求终孔，因此影响到地质成果。因为，所设计的深孔，矿就在深部，即在深部穿过矿层后才能终孔。

提示：套管下入孔内，可能因技术措施不妥，终孔后难以起拔，这是机长们普遍存在的思想顾虑,下孔前应采取相应的技术措施。假若200米套管全拔不上来，目前φ73×5㎜的套管每米市价约80元,200×80=16000元。算算经济帐，比反复护孔堵漏，费工费时，效率下降，并存在隐患，哪个更合算。

二、冲洗液的配制 (一)开孔使用普通泥浆 配方:(单位:1立方)

土粉80-100㎏＋纯碱3％（按土粉重量比）＋ＰＨＰ（水解聚丙烯酰胺）100-200ＰＰｍ（即每1立方泥浆中加入100－200克水解聚丙烯酰胺）。

(二)破碎地层使用低固相泥浆(常用泥浆) 配方:(单位:1立方)

土粉30-50㎏＋纯碱5-6﹪(按土粉重量比)＋ＣＭＣ(聚醣类增粘剂)0.1-0.2(体积比)＋ＰＨＰ干粉0.2-0.3㎏＋润滑剂

(三)坍塌、缩径、水敏地层使用腐植酸类泥浆 配方：（单位:1立方）

土粉30－60㎏＋纯碱5－6％（按土粉重量比）＋腐植酸钾(用于水敏地层)0.4-0.6％(体积比)＋ＰＨＰ(干粉)0.2-0.3㎏＋润滑剂 (四)纵向裂隙漏失加植物胶 配方1:(单位:1立方)

土粉20-40㎏＋纯碱5-6％（按土粉重量比）＋植物胶(加量为土粉重量的0.2-0.3％干粉) ＋ＰＨＰ干粉0.1-0.2㎏

配方2:按配方1不加ＰＨＰ干粉

配方3:按配方1将ＰＨＰ干粉换成腐植酸钾处理剂(加量为按土粉重量的0.2-0.3％) (五)植物胶无固相冲洗液(用于微漏地层) 配方:(单位:1立方)

清水＋植物胶(加量为6-10％的干粉)＋6％的腐植酸钾 (六)无固相冲洗液

配方1:清水＋加适量润滑剂

(在上部孔段已得到有效治理,不再出现垮塌时,下部孔段又出现较严重漏失,且堵漏效果不好,

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但取出的岩心基本完整,可用配方1,顶漏钻进。同时，钻杆涂油)

配方2：清水＋0.5％的ＣＭＣ＋300-500ＰＰｍ的ＰＨＰ(即每1立方泥浆中加入300-500克水解聚丙烯酰胺)

(用于岩石稍完整的漏失层，顶漏钻进，此冲洗液可减少漏失量) (七)涌水地层用高比重泥浆

根据涌水量的大小和压力,提高泥浆比重，平衡液柱压力。主要方法是:加入重晶石粉或加大土粉用量。

加重1立方米原浆所需重晶石粉的重量(公斤)

所 原 浆 比 需 比 重 重 1.30 148 1.40 308 154 1.50 480 320 160 1.60 666 500 333 167 1.70 870 696 522 348 1.80 1091 909 727 545 1.85 1209 1023 837 651 1.2 1.3 1.4 1.5 三、泥浆的性能

(一)对金刚石小口径钻进泥浆的特殊要求

1.由于钻具与孔壁环状间隙小,要求泥浆有良好的流动性,及簿而韧的泥皮质量。 2.由于泵量小，钻进中泥浆含岩粉浓度高，要求泥浆静切力小、含沙量低。

3.由于钻进时转速高，钻具回转阻力大，要求泥浆具有良好的润滑性。同时要求固相含量低、比重小、粘度低。

(二)不同地层条件下的泥浆性能 1.较稳定地层:

粘度(秒):18-22 比重（克/厘米）:1.05-1.15 失水量(厘米/30分):小于23 静切力(毫克/厘米):10-25 含沙量(％):小于4

2.水敏地层:

粘度(秒):18-22 比重（克/厘米）:1.05-1.15 失水量(厘米/30分):小于8 静切力(毫克/厘米):10-25 含沙量(％):小于4

3.坍塌掉块地层:

粘度(秒):23-28 比重（克/厘米）:1.2以上 失水量(厘米/30分):小于15 静切力(毫克/厘米):25-50 含沙量(％):小于4

4.裂隙地层:

粘度(秒):24-28 比重（克/厘米）:1.05-1.15 失水量(厘米/30分):±15 静切力(毫克/厘米):50-80 含沙量(％):小于4

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5.涌水地层:

粘度(秒):30以上 比重（克/厘米）:1.3以上(视涌水量和压力加大) 失水量(厘米/30分):小于8

静切力(毫克/厘米):25-50 含沙量(％): 小于4

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（需要提醒的是:以上性能指标的泥浆，有些配方的粘度超过22秒，随着钻孔的逐步加深，可能与你使用的绳索取心φ75mm/φ59mm的钻具级配发生矛盾，出现憋泵或泵压损失加大，在出现这一情况时，应采取加大钻头与扩孔器外径的技术措施） (三)绳索取心常用泥浆性能指标

在复杂地层中，只要护孔措施有保证，同样可以采用绳索取心钻进。但由于绳索取心钻杆与孔壁之间,钻杆内壁与内管或打捞器之间,环状间隙小,可能会由于泥浆配制不当,导致泵压升高,憋泵,循环漏失和提钻抽垮等。高速旋转的钻杆将导致内壁结垢，而使内环空变得更小，妨碍打捞岩心，影响钻进效率。实践证明，对泥浆有更高的要求，多采用超低固相泥浆或无粘土冲洗液。

对绳索取心冲洗液的性能指标推荐如下： 1.浆液密度：1.01-1.05ｇ/㎝

2.固相颗粒: 80-90％以上颗粒粒度小于20μm

3.低粘度: 视粘度≤3-5ｍＰa·s，屈服值≤0.05-0.1pa 4.低切力: 静切力1Ｇ(10ｓ)/10Ｇ(10min) 5.失水量适当: 失水量≤1ｍＬ/30 min

配方:以上推荐的无固相冲洗液、植物胶无固相冲洗液配方，均可用作绳索取心钻进。 (四)绳索取心钻进新型冲洗液材料—LBM低粘增效粉

LBM是一种具有很低粘度和失水量的高分散性造浆材料，它是用API标准的纳膨润土和低分子三元共聚物经混练、挤压、干燥、粉碎而成，已作为商品销售多年。用LBM可直接配制出低粘、低切、低失水的泥浆，简化了现场配制和维护程序，加量2-3﹪即可作为绳索取心泥浆使用，同时还可减少钻杆内壁结垢。

四、加大钻头与扩孔器外径

（一）、从研究三个间隙入手寻找泥浆憋泵的原因

1、φ75mm、φ59mm绳索取心内外管的间隙 单位：mm 型 号 S75 S59

2、φ75mm、φ59mm绳索取心孔壁与钻杆的间隙 单位：mm

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岩心管外管 外径 73 58 内径 63 49 厚度 5.0 4.5 外径 岩心管内管 内径 51 38 厚度 2.5 2.5 内外管间隙 56 43 3.5 3.0 型号 钻 头 外径 内径 49 36 扩孔器外径 外径 75.5 59.5 71 55 钻 杆 内径 61 46 厚度 5.0 4.75 间 隙 S75 S59

75 59 2.25 2.25 3、φ75mm、φ59mm绳索取心孔壁与岩心管的间隙 单位mm 型号 钻 头 外径 S75 S59 75 59 内径 49 36 75.5 59.5 扩孔器外径 外径 73 58 岩心管外管 内径 63 49 厚度 5.0 4.5 1.25 0.75 间 隙 从以上三个表中可以看出：φ75mm、φ59mm绳索取心内外管的间隙分别为3.5mm、3.0mm；φ75mm、φ59mm绳索取心孔壁与钻杆的间隙均为2.25mm；而φ75mm绳索取心孔壁与岩心管的间隙仅1.25mm，而φ59mm绳索取心孔壁与岩心管的间隙只有0.75mm。

1.25mm、0.75mm这样的孔壁与岩心管之间的间隙，就是在泥浆的粘度稍微调高时，钻进中就会出现憋泵、泵压升高的根本原因。我们为什么不能采取相应的技术措施，不让它出现憋泵、泵压升高呢？

（二）、加大钻头与扩孔器外径

φ75mm绳索取心，将钻头的外径由φ75mm加大到φ77.5mm；将扩孔器的外径由φ75.5mm加大到φ78mm。φ59mm绳索取心，将钻头的外径由φ59mm加大到φ61.5mm；将扩孔器的外径由φ59.5mm加大到φ62mm。目的在于加大孔壁与岩心管外管之间的间隙，即：φ75mm绳索取心，就可以将间隙由现在的1.25mm，加大到：（78-73）÷2＝2.5mm；φ59mm绳索取心，就可以将间隙由现在的0.75mm，加大到：（62-58）÷2＝2.0mm。这样，在钻进中就可以使粘度较高的泥浆，畅通无阻，大大改善了泥浆的工作环境，消除憋泵和泵压升高现象。 （三）、钻头与扩孔器外径能否再加大？

国产绳索取心钻具，加大钻头与扩孔器外径这一技术措施，二十世纪八十年代就有人采用过，这些年来又有所发展，是兄弟省地矿局和地勘单位的成熟经验。采用这一技术措施，配套其它技术措施，他们已经完成多个1500—2000米深的钻孔。如果随着钻孔的深度不断加深，泵压损失不断加大，出于护孔的需要，泥浆的粘度又不能降低，可以肯定地回答，钻头与扩孔器外径还可以继续加大。某地勘单位将钻头加大后，2008年在辽宁本溪台沟铁矿，采用φ75mm绳索取心，成功地施工了一个2046.02米的深孔。孔越深钻头的外径应越大；地层岩石较软、破碎、泥浆钻进，加大的尺寸还可再大。

这里，向你推荐一个泵量指标，φ75mm口径，在深孔作业时，将泵量控制在80-125公升/分；φ59mm口径，在深孔作业时，将泵量控制在60-105公升/分；在此泵量下，泵压不急剧升高，就不要轻易加大钻头与扩孔器外径。加大钻头与扩孔器外径后，也会出现一些弊病，这里不再赘述。

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（四）、加大钻头与扩孔器外径后所用的泥浆

这里有三个前提条件：一是，绳索取心钻进；二是，施工钻孔必须采用泥浆作冲洗液；三是，深孔作业。本文第二部分（冲洗液的配制）所推荐的泥浆，基本上都可以根据地层选用。也就是说，大部分普通双管钻进所用的泥浆，也可以在绳索取心钻进中使用。其弊病在于，容易在钻杆下部内壁结垢，在取心捞取内管时影响捞矛的下入。实践中应不断摸索经验，在根据地层调整泥浆性能指标的基础上，尽可能避免钻杆内壁结垢，以减少因捞矛难以下入而被迫起大钻的次数。 （五）、加大钻头与扩孔器外径后会不会影响套管护孔？

套管与扩孔器外径间隙明细表 单位：mm

系 列 89 73 58 外径 89 73 58 套 管 内径 81 63 49 壁厚 4 5 4.5 75 59 钻头外径 扩孔器外径 套管与扩孔器间隙 加大后 1.5 2.5 加大前 加大后 加大前 加大后 加大前 77.5 61.5 75.5 59.5 78 62 2.75 3.75 从表中可以看出，φ75mm口径的绳索取心，钻头加大后，扩孔器外径加大到φ78mm，与φ89mm套管（内径φ81mm）还有1.5mm的环状间隙：φ59mm口径的绳索取心，钻头加大后，扩孔器外径加大到φ62mm，与φ73mm套管（内径φ63mm）还有2.5mm的环状间隙。不会影响套管护孔。

五、复杂地层的漏失治理 （一）、套管隔离法

1、用于上部坡积层的隔离

一般为几米到十余米，有时需数十米，需要提醒的是，不要见到稍完整的岩石就下入。有时刚下入孔口管，则又遇到破碎岩石或坡积物，不得不将套管拔出扩口，重新下入。因为在坡积层内，可能存在漂石、滚石等。在判断所取岩心确属基岩时（可让地质人员帮助鉴别），方可将孔口套管下入。

2、用于上部漏失层的隔离

浅孔在100米之内，深孔（设计孔深超过600米的钻孔）在200米之内，遇到较严重的漏失层（不反水或反水量不足50％），不必在上部反复堵漏。实践证明，在上部复杂地层中反复堵漏，费工、费时，提高了成本，影响了效率，不如尽早扩孔下套管。

为什么：一是，下套管是最可靠的堵漏方法；二是，下套管只有在上部孔段有这一优势；三是，算时间帐、算经济帐都合算。目前，为什么很多机长不愿这样作？一是，存在侥幸心理，总是想着堵了这一段下部就没有了；二是，怕套管下入孔内后拔不上来；三是，事先没有这方面的准备。不果断处理的结果，则是：浪费了时间、降低了效率、提高了成本，且影响到下部孔段的

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施工。

3、“飞管”的应用条件

“飞管”也是套管，一般不要轻易采用，无奈时也可以作为一种护孔手段。在深部遇到严重漏失时，伴有坍塌、掉块，担心卡钻，影响施工，经封堵效果不好，可下入少量“飞管”，变径后继续施工至终孔。上部孔段一般不宜采用“飞管”，以免引起后患。 （二）、高粘泥浆法

1、用于治理蚀变破碎带漏失

方法：在泥浆中加入经烧碱处理的榆树皮粉或pw植物胶，使泥浆粘度增至25－30秒,有较好的治漏护壁效果。

2、用于治理长孔段全泵漏失 A、泥浆配制程序：

a.先按土粉：水＝1︰3的比例配制成一定量的无碱泥浆。 b.按无碱泥浆量的2/3配制碱水(加碱量按土粉重量的1/10)。 B.泵入孔内程序： a.先把无碱泥浆泵入孔底。 b.再把碱水泵入孔底。

（因泥浆和碱水混合后将形成高粘度浆液，不易泵入，所以要求分别泵入） C.堵漏原理：

无碱泥浆中的钙般土与碱水中的高浓度钠离子，在孔底混合后，迅速进行离子交换，形成高粘度泥浆，将漏失通道堵塞。

（如果堵漏效果仍不理想，可在无碱泥浆中加入锯末、棉籽皮、花生壳等惰性材料） （三）、水泥灌注法

1、金刚石小口径钻孔对堵漏水泥浆的要求

流动性好（可泵性好）、候凝期短、早期强度高、粘结强度高。 2、水泥速凝剂

A.常用速凝剂：氯化钙、食盐（氯化钠）、水玻璃、纯碱、石膏、硫酸钠等。

B.几种速凝剂用量：氯化钙（用得最普遍，效果较好的速凝剂）1－3﹪、水玻璃2－3﹪、石膏5－7﹪。

3、水泥速凝早强剂

常用水泥速凝早强剂：三乙醇胺类复合剂（即三乙醇胺0.03-0.05﹪＋氯化钠0.5-1.0﹪）、硫酸盐复合剂（硫酸钠3﹪+食盐1﹪+重铬酸钾0.05-1.0﹪）。

4、经验配方

普通水泥(最好为425＃)在水灰比0.45-0.5的前提下,加入三乙醇胺0.05﹪+食盐0.5﹪,效

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果良好。泵入后，候凝38－40小时，可取出硬度2－3级的灰心。

（以上百分比﹪，均按水泥重量的比例加入。水泥速凝早强剂加入量，夏季可适量减少；冬季可适量增加。）

（四）、惰性材料投入法

1、适用地层:漏失严重的较大裂隙层。 2、操作程序：

A、先配制一定量水灰比为0.6左右的水泥浆。

B、将惰性材料（锯末、棉籽皮、花生壳粉等）单一或混合后用水浸透。

C、将水泥浆从孔口泵入，同时从孔口投入惰性材料，使之同水泥浆一起冲至孔底（因钻孔严重漏失，孔内无水）。

D、水泥浆全部泵入后，再向孔内泵入泥浆，至泥浆反出。

E、在套管上接一与立轴钻杆连接的变径接头（脑袋），继续开泵，憋足泵压，迫使惰性材料同水泥浆一起进入漏失通道。

F、等候2小时后，下钻扫孔，即可看出效果。

提示：对这种全漏失（不反泥浆）的大裂隙孔段，不可小视。有时堵漏一次，需要数十袋水泥，数麻袋惰性材料。所以，只能在必要时采用。 （五）、化学浆液堵漏法

1、脲醛树脂治理长孔段漏失

A、材料：301脲醛树脂、硫酸（一般采用浓度为60％）或盐酸、草酸。 B、原理：脲醛树脂加入硫酸（或盐酸、草酸）后产生固化，瞬间堵塞漏失通道。 C、加入量：一般硫酸10﹪、盐酸15﹪、草酸10﹪（参考值，因和酸的浓度、当时气温有关，现场必需先作试验）。

D、灌注工具：必需使用专用灌注器。

E、扫孔：灌注后1小时即可扫孔(1小时的固化强度可达最高值的一半)。 2、不饱和聚脂树脂堵漏

A、材料：306树脂、191树脂等、水泥。

B、原理：树脂与水泥混合后可制成塑性球丸，并逐步固化，在未固化前,捣（挤压）入裂隙，堵塞漏失通道。

C、配比：树脂：水泥＝1：2.5-3(重量比)

D、操作: 在漏失严重、裂隙较大时，根据孔段长短，裂隙大小，在现场制作一定数量的球丸（球丸大小以能顺利投入孔底为原则），一个一个连续投入孔内，下钻捣挤，待凝固后（视现场所留球丸的凝固强度，判断孔底球丸是否凝固），即可扫孔。

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E、提示:此方法简单易行，堵漏效果好，一次用树脂量一般不超过20㎏，且成本不高。但要记清，用不饱和聚脂树脂。没有306、191，也可用其它不饱和聚脂树脂代替。制作球丸时，不可用手直接操作，要戴橡胶手套。 （六）、优质泥浆护孔法

采用聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆（有时加入适量腐植酸钠或腐植酸钾），以榆树皮粉、CMC、PW植物胶等为主的无固相冲洗液，基本可满足复杂地层钻进的需要。有关泥浆的配方、性能，上面已经写明，不再赘述。

参考文献：

1.《金刚石钻探手册》

中国工程院院士刘广志主编，1991年12月地质出版社北京第一版； 2.《超深孔地质钻探信息资料专辑》

国际岩石圈计划第4协调委员会陆壳钻探中方联络员刘广志院士主编，1988年1月1日内部发行；

3．《钻孔护壁堵漏与减阻》

中南矿业学院曾祥熹教授等编著，1981年9月地质出版社出版。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fqx6.html