泥浆试验与应用研究报告

卡瓦一带铁矿区地质钻探泥浆试验与应用研究甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院二0一五年九月卡瓦一带铁矿区地质钻探泥浆试验与应用研究院长:尚晓龙总工程师:丁书宏项目负责:王伟技术负责:李建兵报告审核:周青荔报告编写:李建兵李兴兵甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院二0一五年七月关于《卡瓦一带铁矿区地质钻探泥浆试验与应用研究》的审查意见目录一、项目情况概述................................................1二、泥浆实验室配置情况..........................................2三、卡瓦铁矿区地理、自然、地层条件..............................5（一）矿区地理交通条件......................................5（二）矿区自然经济状况......................................6（三）矿区地理、地层情况....................................7（四）矿区主要地层化学组份及性状分析.......................12四、泥浆的室内研究试验.........................................14（一）泥浆的选择依据及设计理念.............................14（二）泥浆室内试验........................................16（三）岩样浸泡试验.........................................20五、卡瓦铁矿钻进泥浆应用分析与使用管理.........................28（一）泥浆的选择...........................................28（二）泥浆使用维护管理原则.................................30六、研究试验项目成果总结.......................................311一、项目情况概述甘肃省肃南裕固族自治县卡瓦一带铁矿（以下简称卡瓦一带铁矿）2012年被列为甘肃省地勘基金项目，也是全局重点找矿靶区。在2012年度设计钻探工作量9100米，投入了14台套钻机，完成钻孔22个，完成钻探工作量6579米，占设计工作量的72.4%。报废工作量1500余米。2014年在卡瓦一带铁矿古浪峡设计钻探工作量10000米，在塔里干沟设计钻探工作量8000米。四勘院钻探公司承担了该矿区的岩心钻探任务。通过几年地质找矿，地质找矿有明显突破，成果显著，而作为重要找矿手段的钻孔施工出现事故多，进度缓慢等情况，影响了项目的整体进度。根据历年钻探施工情况分析，矿区地层复杂，钻井生产事故多、效率低，设备运输、搬迁难度大，海拔高，气候条件差是造成矿区钻探施工效率低下的重要原因。2014年度，院为保证年度钻探工程顺利完成，采取了增开钻机台数、优化矿区道路、改善职工生活、生产条件等措施，同时安排院钻探公司从技术角度入手，研究、改进钻进技术、工艺，做好矿区钻探生产的技术保障工作。从钻探工艺、技术角度及卡瓦铁矿区2012年、2013年钻井生产实际情况分析，泥浆工艺不过关是造成矿区钻探效率低下的主要因素。钻探生产孔内事故多，钻孔报废率高，造成钻探进尺缓慢，效率低下。研究配置适合矿区钻探生产的泥浆，是提高矿区钻探效率的主要技术攻关方向。2014年4月，院决定由钻探公司牵头，成立“卡瓦铁矿区钻井泥浆研究试验小组”，着力解决卡瓦矿区钻探泥浆技术问题。研究小组项目负责人为钻探公司经理李永华，技术负责人为钻探公司总工程师王伟，小组成员李建兵、范红兵、李兴兵。研究、试验经费来源：院划拨10万元，主要用于人员补贴及野外试验差旅费；局申请新技术项目配套资金10万元，主要用于购买泥浆试验仪器及泥浆材料。项目总计经费20万元。2014年5月，研究小组在野外对卡瓦铁矿区主要地层的岩石进行取样，在实验室配置多种泥浆进行浸泡试验。2014年6月-11月，研究小组选择矿区2WZK0008、WZK1607、WZK2211三个钻孔，对于室内研究的泥浆配方进行了实践检验。现就卡瓦铁矿区钻井泥浆研究工作的基本情况及研究成果向院、局进行书面汇报。二、泥浆实验室配置情况由于卡瓦一带的地质构造特点，钻孔施工必须在泥浆的应用方面要有足够的准备，所以我院专门针对其地层特点，利用实验室来配制出适合该地区钻孔施工的泥浆配方，进而达到预期的目的。为了配合钻机在该地区顺利施工，我院根据上级部门的批示，组织相关人员对原泥浆实验室进行了恢复重建，在各级领导的大力支持和帮助下，实验室的恢复重建得以顺利完成，从而为野外生产施工的泥浆方面提供了技术支持。在充分了解了市场后，购进一批现在市场比较应用广泛的泥浆材料及其有机处理剂，泥浆实验室按照项目现场工作情况，并结合地质工作的特点。其实验器材及各种实验室附件的配备如下表（见表一）。表一、实验室设备材料清单序号名称规格单位数量备注1中央实验台3.6*1.5*0.8台1不锈钢台面2机台配套箱WTG144-20套4泥浆仪器3电子天平0.01台14万用电炉2000W台15游标卡尺150个16烧杯100ml个57150ml个58250ml个59500ml个510玻璃量杯（京玻）250ml个411500ml个4121000ml个43序号名称规格单位数量备注13塑料量杯500ml个5141000ml个515不锈钢药匙套216塑料药匙套217万能烧杯架个518玻璃棒30㎝根519广口瓶2500ml个1020广谱试纸0-14包5021洗量筒刷子250ml个522500ml个5231000ml个524药品方盘个4不锈钢25刻度吸管10ml支20玻璃26洗耳球个527刻度试管10ml个20玻璃2820ml个20玻璃29定性滤纸中速11㎝盒230筛子100目个331180目个332试管架24支个133扣取纸张1034透明胶带宽卷135乳胶手套防酸防碱双2036线手套双2037工作服175件438180件239毛巾条2040肥皂块1041洗衣粉大袋包142拖把、扫把、垃圾斗套243水桶80L个4塑料钢4418L个6塑料钢4序号名称规格单位数量备注45水盆个6塑料46大铁勺个247三乙醇胺AR500克瓶2调制剂4812烷基苯磺酸钠AR00克瓶1调制剂49水玻璃25公斤/桶桶1调制剂50聚丙烯酰胺25kg/袋袋20泥浆材料51纤维素25kg/袋袋40泥浆材料52降失水剂20kg/袋袋25泥浆材料53低粘增效粉25kg/袋袋40泥浆材料54改性沥青防塌剂25kg/袋袋20泥浆材料55广谱护壁剂25kg/袋袋40泥浆材料56片碱25kg/袋袋1泥浆材料57办公桌张1富康牌58办公椅把1富康牌59文件柜组2铁皮泥浆实验室的恢复重建工作结束后，我们积极组织相关人员针对卡瓦矿区的地层，经过多次实验室试验和现场试验，总结出适合该矿区的泥浆配方，解决了施工中的难题，为顺利完成当年的生产任务起到了关键的作用。下图为实验室的部分影像资料（见图1）。5图1泥浆实验操作三、卡瓦铁矿区地理、自然、地层条件（一）矿区地理交通条件普查区位置位于甘肃省肃南裕固族自治县北西方向，直距约90km的洪水坝河上游，行政区划属甘肃省肃南裕固族自治县管辖。工作区范围地理坐标为：东经98°23′00″—98°32′30″，北纬39°04′15″—39°06′00″，面积37.48km2。矿区南约4km处有祁镜公路分别与肃南县、肃南县祁青乡相通，由酒泉市向西沿公路至祁丰区文殊镇，再由文殊镇经简易公路至冰沟口后沿沿山公路至镜铁山工矿区，经祁青乡，可达勘查区。通往矿区各个矿段的便道通过2012年—2014年的修筑和维修，基本可以通往区内的主要钻孔位置，为后期的工作提供了便利。矿区交通位置如图（见图2）。6（二）矿区自然经济状况工作区属高寒半干旱气候，年平均气温0.6℃,年降水量约234mm－350mm，降雨主要集中在7月－8月；降雪主要集中在3月－4月,9月中旬至翌年5月底为冰冻期，冬春季长而寒冷，夏秋季短而凉爽。工作区属高山区，山脉延展方向为NW—SE向，海拔在3900m～4600m之间，相对高差最大700m。矿带大面7积分布于山脊南坡，西段分布于山脊北坡。区内沟谷发育，谷内有季节性流水，为生产、生活用水提供了便利。矿区地处裕固族、藏族游牧区，自然条件较差，经济落后。周围有少量季节性游牧民以牧业为生，人员分布零散。工业以个体采矿业为主，近几年由于矿业管理力度加大，一些个体采矿者由于无证照经营，已被取缔。工作区生产、生活用水可就地解决，但矿区燃料及其它生活和生产物资缺乏，需由酒泉市、肃南县供应。矿区无电力供应，离矿区50km外的祁青乡有动力用电，矿床开发时可从祁青乡引进。图3矿区地形、地貌图（三）矿区地理、地层情况工作区处于柴达木－祁连板块北祁连早古生代褶皱带、走廊南山地体与托莱南山地体的结合部位。地层属华北地层大区、秦祁昆地层区、祁连-北祁连地层分区、北祁连地层小区。矿区内圈定铁矿体64条，大部分赋存于长城系桦树沟组粉砂质板岩内，矿体顶底板均为粉砂质板岩，顶板以灰绿色、紫红色板岩为特征，底板以浅灰色黄铁矿化板岩为特征，底板近矿围岩有一层黑灰岩，为特殊层位。矿体大部分呈层状、条带状分布。8矿区铁矿体成矿作用主要经历了同生沉积作用，后又经历了成岩作用、变质作用和成矿后生作用。矿区岩石地表风化较深，整体发育板状、千枚状构造、劈理构造，硬度不大，在外力作用下易于破碎；加之岩层节理发育，较易剥落。地表岩石力学强度低。矿床地层岩性较简单，地质构造发育，岩石整体强度高，稳定性较好。因局部风化带、蚀变带、软弱夹层或构造断裂的存在，岩石整体性和稳定性明显降低，易发生矿山工程地质问题。因此，初步确定矿床工程地质条件为中等。工作区地层破碎，断裂发育，造成钻探施工不顺利，对项目勘查工作有一定的影响。岩层基本序如下图。图4岩层基本层序矿区西南、北东方向大面积出露，主要岩性为浅灰白色白云岩，偶见有紫红色砂质板岩夹层。地层整体展布方向为北西向，局部产状杂乱，与下伏地层为推覆断层接触，偶见断层接触面产状陡直，判断为推覆后经过二次运动产生的陡倾正断层。局部接触关系为角度不整合。五个山组推覆于桦树沟之上，使桦树沟组呈构造窗出现。9图5青白口地层呈推覆体形式于桦树沟地层之上矿区内变质程度不高，发育的变质作用主要有区域变质作用、动力变质作用以及自变质作用。板岩、变砂岩、安山岩等均有粒度很小的新生矿物（绿泥石、绢云母、绿帘石等）生成，但矿物的重结晶作用并不明显，没有特征变质矿物出现，故属绢云母—绿泥石带，为区域造山变质作用的低绿片岩相。动力变质作用主要体现在地表及钻孔中出现的各类碎裂岩，脆性变形明显。自变质作用主要发生在超基性岩中，致使其转变为蛇纹岩。区域造山变质作用主要发生在加里东期，动力变质作用一部分发生在加里东期，一部分则发生在加里东期期后，但是具体时期未知，自变质作用时期未知。矿体围岩主要为浅变质的碎屑岩为主，夹少量的碳酸盐岩，其次为火山岩（安山岩及玄武岩），蚀变主要见有绿泥石化、绢云母化、碳酸盐化、绿帘石化、及局部的粘土化。绿泥石化：发育于板岩及火山岩中。绿泥石呈细小纤维状集合体定向-弱定向分布，在板岩中构成板理，在火山岩中致使岩石具片理化。绢云母化：发育于板岩及火山岩中。绢云母呈丝绢光泽细小鳞片状分布，在板岩中构成板理，在火山岩中致使岩石具片理化。碳酸盐化：主要发育于矿区东部的安山岩中，碳酸盐成分主要为方解石，岩石蚀变强烈，局部可见大量的碳酸盐细脉。绿帘石化：主要发育于安山岩中，在板岩中也偶有发育。绿帘石呈细小纤维状集合体弱定向分布，致使岩石具弱片理化。10矿区矿体倾角一般在65°-83°之间，设计钻孔的倾角在74°-83°之间，多数在80°。从2012年、2013年钻探施工情况看，矿区地层断裂、褶皱较多，板岩、千