湖南衡阳马王塘矿区炭质砂、页岩地层
深孔钻进实践
唐振华，蒋光旭
（湖南省有色地质勘查局二一七队，湖南，衡阳，421001） 摘要：主要介绍了在炭质岩地层中绳索取芯钻进的施工情况，总结了在此类复杂地层中的施工经验。
关键词：绳索取芯，泥浆，炭质岩，钻探。 1 施工项目简介
湖南省常宁市马王塘铅锌矿矿区，矿区内发现有铅锌矿体露头。为探明矿区内铅锌矿体的走向和深部的储藏状况，2009年11月，湖南省有色地质勘查局二一七队联合湖南省常宁市仙人岩矿业公司在该矿区内开展深部的铅锌矿勘查工作。第一个布置的钻孔为ZK401，设计孔深1000米，此钻孔岩层依次为：表层土、硅化破碎角砾岩、炭质砂岩、炭质页岩、铅锌矿体、炭质页岩。根据先期在矿区所做的物探成果分析估算，ZK401孔有厚度达930米的炭质岩，钻探施工难度极大。 2 以前的施工教训
该矿区，历史上没有进行过深孔钻探，没有可借鉴的施工经验。通过资料研究，马王塘矿区与毗邻的康家湾矿区同属于水口山矿田的范围，此套炭质岩地层与康家湾矿区的炭质岩同为侏罗系斗岭组岩层，岩性大体相似，不会有很大的区别。
康家湾矿区110、112勘探线施工的钻孔，都会或多或少的遇
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到斗岭组的炭质岩地层，而且是炭质砂岩、炭质页岩复层，在炭质页岩中还不规律夹杂着炭质泥岩。在钻探施工此类地层时，分别不同程度的出现了以下几种情况：
（1） 此类地层属于水敏性地层，遇水反应强烈，变得极松散，
井壁不稳定，护壁困难，易坍塌、掉块、发生埋钻、卡钻事故。
（2） 钻进时，产生的岩粉量大，排渣不利，容易出现井差；升
钻后，岩粉大量沉淀，难以回到原井深，影响施工进度。 （3） 施工中，一些极松散的地层会出现扩径，在井壁形成大肚
子。在钻压大、转速高、钻杆柱同轴性不高的情况下，容易发生钻杆、钻具断裂的事故。而且一发生此类井内事故，无论是采取丝锥打捞，还是扩孔套取的处理方法，都难以成功。
（4） 为护壁的需要，施工时需使用泥浆。采用绳索取芯的钻探
工艺时，因为泥浆在钻杆内形成泥皮，造成打捞和投放内管困难；而且岩层破碎，进尺时易堵管。两种情况叠加，需经常带内管升钻，在整个循环系统频繁的做类似活塞抽吸地运动，破坏井壁稳定，降低钻进效率。采用Φ50钻杆提钻的施工工艺时，在炭质页岩、泥岩地层取芯困难，岩性采取率达不到质量要求，影响整个钻孔质量；而且Φ50钻杆在钻进时对井壁的扰动更大，时间过长了也同样会破坏井壁稳定。
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（5） 此类岩层即使在泥浆护壁的条件下，因为升钻时的抽吸作
用、钻杆对井壁的扰动等其他因素的共同作用，井壁的稳定基本上只会维持在40天以内。在没有下入套管护壁的情况下，同一口径钻进施工超过40天时，施工难度将大幅度提高。
总结的康家湾矿区同类地层施工的经验、教训，为在马王塘矿区钻探施工提供了很好的帮助。 3、开钻施工前的筹备工作 3.1钻探施工工艺的选择
ZK401孔设计孔深1000米，岩矿心及顶底板3－5米内岩芯采取率不低于80%，钻孔弯曲度<=2o/每百米。为保证钻孔质量达到规范要求，综合考虑各方面因素，决定采用金刚石绳索取芯的施工工艺钻探施工ZK401钻孔。 3.2钻孔施工结构图的设计
根据地质设计要求，ZK401钻孔原则上以不小于Φ75口径终孔。参考，借鉴在康家湾矿区的钻进效率，在炭质岩地层中，Φ75口径的绳索取芯一个月可以钻进500米左右。反推反算整个钻孔的施工结构图为：Φ75口径，1000米～500米；Φ95口径，500米～70米；Φ110口径，70米～5米；Φ130口径（井口管）5米～0。在施工筹备管材时，就依据预先设计的钻孔结构图，准备了89系列套管500米，108系列套管100米，127井口管6米。
钻孔施工结束后，整个钻孔的结构是：Φ130口径，0～1.2米；
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Φ110口径，1.2米～89.50米；Φ95口径，89.5米～356.88米；Φ75口径，356.88米～1001.13米。 3.3泥浆的选择
在ZK401钻孔的钻探施工中，泥浆主要起到护壁、排渣、冷却钻头、润滑钻杆的作用。传统的粘土+纯碱的泥浆工艺经过在康家湾矿区的施工实践，已经证明不能很好的解决钻进中的护壁、排渣、润滑的问题，而且容易在绳索钻杆内壁形成泥皮，影响打捞、投送内管。经慎重研究，决定选用低固相轻质化学泥浆投入施工。
泥浆配方为：钙质粘土（山东潍坊产），100～150公斤/立方；特效润滑剂，5～7公斤/立方；磺化沥青，1～2公斤/立方；腐植酸钾，3～5公斤/立方；纯碱，3～5公斤/立方。
要求达到的泥浆性能指标为：泥浆比重，1.1～1.2；泥浆粘度 ，18～22秒；失水率，6～10毫升／30分钟。 3.4主要钻探设备的选择
钻机选用XY－5型立轴式全液压钻机，泵选用BW－250型泥浆泵，塔选用SG17型直立钻塔。 3.5主要钻探工器具的选择
1、钻杆：
（1）Φ50普通钻杆100米，开孔及钻进施工Φ110口径； （2）Φ95普通绳索钻杆600米，钻进施工Φ95口径； （3）Φ75直连式绳索钻杆1200米，钻进施工Φ75口径。 2、钻具：
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选用双弹卡结构的绳索取芯钻具，有利于使用泥浆情况下打捞、投送内管。
3、钻头：
选用平底型孕镶绳索取芯金刚石钻头，外径要求75+1、95+1，胎体硬度HRC40，金刚石目数30～50。 4、实际钻探施工的效果
ZK401孔，2009年12月10日开孔，2010年3月15日钻进至1001.13米终孔，共用时95天。
该孔实际岩层依次分布为：0～1.2米，表层土；1.2～93.38米，硅质破碎角砾岩（含铅锌矿体）；93.38～1001.13米，炭质砂、页岩。
实际钻进施工中，开孔、Φ110口径钻进89.5米，用时19天，平均钻速0.196m／h； Φ95口径钻进267.38米，用时22天，平均钻速0.506m／h；Φ75口径钻进644.25米，用时54天，平均钻速0.497m／h。
经终孔验收，ZK401孔终孔孔深1001.13米，达到设计要求；全孔岩芯采取率84.86%，岩矿心采取率98.00%；终孔倾角84o。综合质量评估，ZK401孔评定为优质孔。 5、实际钻探施工中应注意的问题 5.1实际钻进操作方面应注意的问题
1、进入中、深孔钻进后，应控制钻压和转速，增大泵量。钻压宜选择在9～12KN,转速不应超过600～800r／min,泵量通常为45～60L／min。钻进参数的确定，根据施工中的实际情况随时调整。
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