金矿定向钻探技术在甘南拉尔玛金矿的应用

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摘要：根据甘南拉尔玛金矿勘查设计要求，该项目钻探工程采用岩心定向钻探技术，本次钻探施工通过和香港SRK公司合作，在国内首次成功引进并实施了发达国家应用的岩心定向钻探工艺，满足了地质要求，同时积累了一定施工经验,为今后在国内岩心定向钻探施工提供了很好的基础和借鉴意义。

关键词：钻探施工冲洗液岩心定向原理

中图分类号：TU71文献标识码： A

1 概述

矿区位于青藏高原的东北部，甘肃省碌曲县160°方向48千米处，属大陆性高寒气候。矿区第四系覆盖占90%以上，基岩出露很零星，矿区主要为上震旦统太阳顶群拉尔玛组和寒武系，分布在俄都背斜的轴部，背斜两翼为中上奥陶统和下志留统。主要岩层为硅质岩、砂质和硅质板岩、千枚岩等，可钻性分级为Ⅴ～Ⅹ级。

本次钻探工程设计钻孔11个，孔深100～350米，设计钻探总进尺2300米，全部为斜孔，钻孔倾角80度。主要钻探技术要求：须在岩心上标注其空间方位；终孔孔径不小于75mm；岩心采取率不低于80%。

2 钻探工艺论证分析

该矿区地表主要为强风化岩层，厚度在20～30米。该岩层结构松散，钻进中孔壁不稳定，易造成坍塌掉块，且钻渣颗粒较大，对冲洗液的要求较高，必须满足护壁堵漏的同时，能够携带较大颗粒的钻渣清洁孔底。所以我们采用比重较大的膨润土泥浆，相应的采用了普通取芯钻具。基岩中存在多个破碎带，普通单、双管钻进取芯率和钻进效率较低，且易产生冲洗液孔内压力漏失，故采用绳索取芯钻进，配制无固相乳状冲洗液护壁，提高岩心采取率和钻进效率。该项目钻探施工的主要难点是，按照勘查设计的要求标注岩心的空间方位，我们引进了国外先进的岩心定向仪器，这一应用在国内上属首次。

3 主要钻探设备配套

依据钻孔设计的要求，结合现场施工条件，该钻探施工项目从国外购买了两台岩心定向仪器，采用了两台全液压履带式岩心钻机，以及其它配套钻探设备。（见下表）

设备与工具一览表

4 钻探施工技术

4.1钻进方法与钻孔结构

在厚覆盖层孔段用套管隔离，以确保钻进的顺利进行，同时为防止一旦发生孔内事故无法挽救，以稳妥起见，在钻孔结构设计和工艺选择上宜留有余地，即多设计一级口径，本着尽可能简化钻孔结构的原则，根据本矿区钻孔的地层特点（孔浅、破碎、掉块、漏失等），采用如下钻探方法和钻孔结构。

4.1.1上部覆盖层孔段，采用Φ110硬质合金或金刚石取心钻头钻进，当钻进至完整岩石时，下入Φ108套管（反丝）。

4.1.2下入Φ108套管（反丝）后，采用Φ91金刚石绳索取心钻头钻进，穿过破碎和漏失地层后下入Φ89套管（反丝）。

4.1.3在下入Φ89套管后，采用变径为Φ76金刚石绳索取心钻头定向钻进，达到地质目的终孔。

4.2 冲洗液

钻井液体系选择合理与否，将直接影响钻探质量、钻进效率和钻探成本。第四系覆盖层多为粉土和砂层，较为松散，冲洗液必须满足大颗粒钻渣的排除、以及护壁、堵漏和防止孔壁坍塌的功能；金刚石绳取钻具孔隙小，钻具外环状间隙小，在钻进过程中减阻显得尤为重要。针对矿区地层的特点，在上部及中上部漏失层孔段使用普通双管钻具，采用高粘度、大比重、低失水的膨润土泥浆钻进；在中下部孔段使用绳索取心钻具，选用低固相或无固相、低粘度、低失水的乳状冲洗液液，无（低）固相钻井液是小口径金刚石岩心钻探常用最有效的钻井液体系，它既可获得无固相钻井液体系的高钻速，又能较好的携带悬浮岩屑能力和防止孔壁垮塌的性能。该钻探工程主要采用一下两种冲洗液。

4.2.1膨润土泥浆

配制方法（加土量的质量之比）:钙基膨润土25+聚丙烯酰胺0.1+CMC1+纯碱2+防塌剂3+腐植酸钾5。

性能指标：比重1.12~1.15kg,漏斗粘度25~30s，失水量8~10mL/30min,PH值8~8.5，含沙量3.

特点：粘度较高，比重较大，失水量较小，含沙量较小，泥浆稳定性较好。

4.2.2无固相乳状泥浆

配制方法（每立方米水的加量）：CM3Kg,广谱护壁剂5 Kg，NaOH1.5Kg,皂化油2 Kg。

性能指标：1.03~1.05，PH值9~10，漏斗粘度25~30s,失水量5~8 mL/30min,含沙量0.5.

特点：粘度较高，比重小，失水量小，含沙量小，性好，泥浆稳定性好。

5 岩心定向钻进技术

5．1岩心定向仪器的工作原理

岩心定向仪器装入绳索钻具内管下入孔内，仪器底部安装11枚钢钉和一支红色铅笔，在重力装置的作用下，铅笔会指向钻孔倾斜方向，仪器到达孔底后，由于孔底岩石表面凸凹不平，与孔底接触时钢钉会不同程度的收缩，同时，铅笔也会在孔底岩石上留下印记。回次结束后，内管提出，根据内管中最上端的岩心上留下的印记，以及钢钉与岩心上端的对照，即可确定回次上段岩心的空间方位。将回次全部岩心进行拼接，并按顺序装入岩心划线管中，依据最上端岩心上的定位印记在全部岩心上划线，即可确定回次全部岩心的空间方位。

4．2定向技术的操作步骤及应用（1）首先检查3个重力定位球是否能自由活动，如果不能自由移动的用平口螺丝刀撬动4个弹簧卡丁及用螺杆顺时针松开内卡簧见图

（2）重力球活动后，先把定位铁钉按卡口位置用力按到底，然后拧上护罩管并拧紧，见下图

（3）把上部卡口插入绳索取芯内管卡簧座的卡簧里利用张力卡紧 ，然后随内管下到钻具底部，打开泥浆泵冲洗孔底沉渣（钻杆不能转动），钻具下到孔底，定位钉和岩心接触靠钻杆自重或给一定的压力把定向仪压入内管里，从而实行定向，然后开始钻进。

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（4）回次结束后捞出内管，拧开上部把定向仪和岩心顺序倒出，拧开护罩管、送入划线管，重力定位球从窗口必须能看见，然后把和定位钉接触的岩心也放入划线管，根据定位钉的的形状把岩心放好就可以划线定位了。见下图

5 钻探成果

本次岩心钻探工程共完成岩心定向钻孔11个，总进尺2106.28米，岩心定向真实准确，钻探工程质量完全满足勘查设计的要求。同时由于钻具配置合理，配制的冲洗液能够满足复杂地层护壁、排渣和钻具的需要，并取得了较高的钻进效率。

6 结语

岩心定向钻进技术能够为地质勘查提供更为详实的地质资料，在西方发达国家已得到广泛的应用。通过本次甘南拉尔玛金矿钻探工程的成功引进和使用，使我们基本掌握了岩心定向钻探技术施工工艺，积累了一定的经验，为今后在国内更大范围的普及使用提供了坚实的基础。

参考文献：

【1】李世宗钻探工艺学【北京】地质出版社；

【2】DZ/T027-2010,地质岩心钻探规程。