刘忠存
（核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000）
摘 要：冲洗液中的固相成分应合理控制，打滑地层钻进泥浆中的岩粉可以减少钻头打滑的程度；石英砂磨孔可以暂时缓解钻头打滑，但对钻头寿命影响较大；在破碎地层钻进冲击回转钻进可以提高钻进效率和岩心采取率；钻孔涌水、漏失封堵技术。
关键词：坚硬地层；石英砂磨孔；封堵技术
1.1 交通情况
工作区位于内蒙古赤峰市西北部，行政区划隶属克什克腾旗管辖。区内交通较为便利，广兴、芝瑞、南店等乡镇间均有水泥路或砂石路相连，可通行汽车。各乡镇距克什克腾旗（经棚镇）50～90km，均为柏油路。经棚镇-赤峰市有一级公路（S105）和赤大高速（G16）相连，全长230km。集通铁路从工作区北部通过，最近的火车站为经棚站（见图1）。
图1 工作区交通位置图
1-地级政府驻地；2-县（市、旗）政府驻地；3-乡、镇政府驻地；4-省界；5-地级市、盟界；6-县（旗）界；7-铁路；8-赤大高速（G16）；9-省级大通道（S105）；10-主要公路；11-工作区范围及拐点号
1.2 工作区自然地理、经济概况
工作区地处大兴安岭南段末端，海拔一般大于1200m，最高海拔1900m，相对高差大于200m，大部分属于中高山区，具有典型山地地貌特点。工作区属中温带—寒带大陆性季风气候，年平均气温0～2.55℃，冬季寒冷，施工期为每年4～10月份。区内经济以农业为主，农作物有玉米、莜麦、小麦等杂粮作物，经济作物有葵花、土豆等，收入来源主要靠种植业，另有少量的牧业。近年矿业开发和旅游业有一定发展。
1.3 工作区地质地层概况
工作区内构造活动强烈，地层受构造影响明显，部分钻遇岩石硅化发育，大部分地区破碎发育。工作区所钻遇的岩性为：广兴地区上部为安山玢岩，下部为花岗斑岩；芝瑞地区上部为玄武岩，下部为正长斑岩；南店、上柜地区岩性为正长斑岩；姜营子地区上部为粗面岩，下部为流纹斑岩、花岗斑岩。
根据地层条件及现有设备，使用XY—5L型履带自行式钻探机组施工，S75绳索取芯钻进工艺为主要施工工艺，冲洗液基本为无固相泥浆。主要钻探设备如表1所示。
表1 钻探设备
钻机 XY—5水泵 BW160/10 XY—5L型履带自行式钻探机组绞车 SJ—1钻塔 桅杆式拧管机 NY—3发电机组 30KW落地式发电机组泥浆搅拌机 自制泥浆搅拌机
本套设备兼具立轴式钻机和全液压动力头式钻机的突出特点，满足金刚石钻探、绳索取芯工艺为主体的多种钻探工艺需要，具有结构简单，维修方便，操作容易，搬家方便等特点，适合于浅孔施工。S75绳索取芯钻探工艺采用老地标重索，钻具级配采用Φ77mm钻头、扩孔器，钻杆接手铣垫叉口，可用拧管机拧卸钻杆。该钻具结构具有钻杆强度高，钻杆与孔壁间环状间隙大，升降钻具快、人员劳动强度低等特点。
受构造活动的影响，该地区施工的主要技术难点为：①岩石坚硬，可钻性等级高；②部分地区岩石破碎，回次进尺短，易发生掉块卡钻等事故；③部分钻孔漏失或涌水。有的钻孔条件较简单，而有的钻孔两种或三种复杂条件交替出现。
孔号：ZKG-02，孔深：418.18m，倾角：80°，孔深175～180m。岩石破碎，构造发育，钻孔漏失，开孔至终孔一直都漏，堵漏后，有时干完一杆孔口才有冲洗液反出。而且岩石硅化严重，钻进效率低（见图2）。
孔号：ZKN-4-1，孔深：254.05m，倾角：70°。该孔上部岩石破碎，下部构造交替出现，冲洗液完全漏失（见图3）。
孔号：ZKN-2-1，孔深：364.m，倾角：80。该孔孔深320m时钻穿主构造带，钻孔出现涌水现象。由于设计孔深400m，岩石较完整，涌水未进行处理。钻至364m时泥浆泵不上水班长未及时发现，发生烧钻事故（见图4）。
图2 钻探施工：ZKG-02
图3 钻探施工：ZKN-4-1
图4 钻探施工：ZKN-2-1
针对坚硬地层，采用胎体硬度低（HRC5-15）的环齿或齿轮孕镶金刚石钻头，特别坚硬地层出现“打滑”现象时，使用石英砂磨孔后继续钻进。出现完全漏失情况的应尽可能封堵漏失，泥浆所携带的岩粉可以降低钻头打滑的程度（见表2）。
针对漏失地层，如果取水方便，地层较完整采取顶水钻进，反之采取惰性物体架桥堵漏。顶水钻进时应密切注意泥浆泵的工作状态，发现故障应立即处理。采用惰性材料架桥堵漏时，将大裂隙堵漏剂或锯末、牛粪等惰性材料与纤维素、聚丙烯酰胺加入少量的水混合搅拌，从孔口灌入钻杆内，开泵给水将堵漏材料送至孔内漏失层。待泵压升高后将钻杆提离漏失层，并停泵，泵压降低再开泵给水，反复几次可以提高堵漏的成功率。
在本地区施工出现涌水情况的钻孔共2个，涌水地层钻进时视涌水量大小及地层情况，如果地层比较完整，涌水量不大，可以顶涌钻进；如果地层复杂，采取套管隔离的方法比较有效。在破碎地层钻进时，应控制回次进尺长度，提高冲洗液粘度，减小卡簧座与钻头内台阶的间隙，防止“打懒钻”，发现不进尺串动钻具仍无效时，必须马上提内管，不准来回多次串动钻具，以防内管卡死而提钻。使用液动冲击器可以提高破碎地层钻进的回次进尺长度和岩心采取率。
在本地区的施工中，石英砂磨孔比较明显的提高了“打滑”地层的钻进效率；惰性材料架桥堵漏的成功率有所提高；冲击回转钻进提高了回次进尺长度和岩心采取率。钻探效率有所提高，所施工的钻孔基本上满足地质要求。
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表2
孔号 ZKJ-01 ZKJ-02地层情况 两孔相距300m，地层比较相似，孔深100m以下均为流纹斑岩，硅化强，石英斑晶比较密，钻头易打滑，ZKJ-01孔上部有一漏失层，冲洗液完全漏失。采用无固相泥浆钻进，所使用钻头为雄狮牌或晶锐牌77绳索环齿孕镶金刚石钻头，胎体硬度HRC10-15，金刚石浓度100%。施工情况 钻头打滑，每个钻头进尺3～5m后钻速明显下降，8h班进尺约5～9m。终孔孔深488.11m，共施工24d。由于钻孔反水，钻头打滑的现象有所减弱，钻头打滑后采用石英砂磨孔。在冲洗液中加入植物胶等增粘添加剂，提高悬粉能力，减少排浆次数并控制泵压4MPa以内。8h班进尺12～15m，钻头寿命12～15m。终孔孔深305.30m，共施工11d，其中设备维修时间20h。结论 1.冲洗液中的固相成分应合理控制，打滑地层钻进泥浆中的岩粉可以减少钻头打滑的程度；2.石英砂磨孔可以暂时缓解钻头打滑，但对钻头寿命影响较大，应综合考虑效率、成本等因素。
中图分类号：P634.3
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）09-0080-02
作者简介：刘忠存（1989-），男，助理工程师，研究方向：固体矿产钻探技术。
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