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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