分宜县银山坳矿区钻探施工组织设计

1分宜县银山坳银铅锌多金属矿调查评价钻探设计1、地质概况该矿区属于沉积岩型，岩性主要为二叠系下统茅口组灰岩等，岩石可钻性级别为Ⅳ～Ⅵ级。矿区内岩层主要为上部第四系地层、二叠系下统茅口组（P1m）。矿区内钻孔设计最大孔深为325米，地层自上而下依次为：1、第四系地层：（0～10m）为残坡积土，成分主要为粘土及含硅化灰岩角砾。2、二叠系下统茅口组（P1m）：（10～140m）含矿风化硅化灰岩、硅质岩（已风化为砂土状）。3、二叠系下统茅口组（P1m）：（140～370m）含矿硅化灰岩、硅质岩，局部断裂发育，岩石破碎。矿区内岩石破碎，茅口组灰岩上部风化成土状，且夹大量砾石，取心困难，大口径钻进时钻碴不易排出，影响下套管。茅口组灰岩下部岩溶洞裂隙较发育，冲洗液全漏，溶洞内充填物易坍塌。施工区内水文地质情况差，孔内泥浆漏失严重，对泥浆质量要求很高。5、工作量该项目设计7个钻孔，均为直孔。设计钻探工作量1590m。其中，ZK3003#孔设计孔深325米，其余钻孔孔深在150～210米之间。四、钻探施工的难点1、第一层全～强风化二叠系下统茅口组灰岩：风化成土状和粉砂状、粉未状，或风化破碎成角砾状碎块。个别层位糜棱岩化，糜棱结构，呈角砾状。矿物成份复杂，主要为方解石及泥质。可钻性级别为1～3级该层位取心困难，钻孔护壁难度大，属流砂、砂砾松散破碎复杂地层，易发生漏水、涌水、涌砂、孔壁坍塌、钻孔超径等，泥质属水敏性，易发生膨胀缩径、泥浆增稠、钻头泥包、垮塌、超径等复杂情况，发生埋钻事故。溶洞、裂隙易发生漏水、涌水、坍塌等复杂情况。2、第二层为强～中风化二叠系下统茅口组灰岩：泥晶灰岩，浅灰～灰色，泥晶结构，碎裂构造，矿物成分主要为方解石及少量泥质。岩石呈碎块状，裂隙2发育，下部溶洞发育，溶洞内充填物主要为砂状、角砾状灰岩碎屑及少量泥质。砾径1～2mm分选性和磨圆度较差，均呈次圆状和次棱角状。部分溶洞无充填物。可钻性级别为7级。该层位取心困难，钻孔护壁难度大，易发生涌水、漏水、坍塌等复杂情况，易发生孔内埋钻事故。五、钻探工艺本工程上部强风化灰岩松散地层取芯困难、下部风化岩层裂隙溶洞发育需要防塌，针对以上技术难题，拟采取双动双管钻探、孔底反循环钻探、美式单动双管取芯钻探及绳索取芯单动双管等多种钻探工艺，并结合地层情况和各种钻探工艺的不同要求选择不同的冲洗液。1、钻进方法及钻孔结构根据地质要求和钻孔深度、地层情况以及我单位现有的技术装备，本着高效低耗的原则，在确保施工安全的前提下，尽可能简化钻孔结构，并留有余地。经分析比较，确定钻进方法和钻孔结构如下：根据地层情况，本次钻孔结构，采取五级口径钻孔，四层套管护壁。即开孔采用ø170mm钻进，随后采用ø130mm钻进，进入矿层后采用ø110mm口径和ø95mm口径钻进。ø150mm作为预备口径。1）第四系采用ø170mm的单管合金开孔钻进，穿过第四系表土层后，下入ø168mm表层套管；2）随后采用ø130mm钻进，进入基岩后下入ø127mm套管。3）全风化岩层采用ø110mm合金钻进，为保证岩心采取率，采取孔底反循环或双动双管钻进。钻进至30～50米时，钻孔穿越全风化岩层后，下入ø108mm技术套管。4）进入破碎、孔内漏失等施工复杂地段后，采用ø91mm双管合金钻进至终孔。也可采用ø95mm绳索取心钻进工艺。2、钻探设备选择根据钻孔深度、钻孔口径、钻进方法，在力求效率高、设备重量轻，便于搬迁的原则下，选择XY-4型和XY-2B油压钻机.3序号名称规格型号单位数量备注1钻机XY-4台13泥浆泵BW250BW160台18钻具ø110套2双动双管9钻具ø110和ø91套各2孔底反循环10钻具ø91套2美式单动双管11钻具ø95套2专用绳索钻具3、钻头选择1）合金钻头选用YG8硬质合金，单管采用大八角合金，双管采用中八角合金，合金直镶，内外出刃为2.5～3.0mm，底出刃为1.5～2.5mm。2）金刚石钻头根据矿区的岩石可钻性及物理机械性质，选择人造金刚石孕镶钻头，其主要性能参数如下：序号钻头名称性能参数胎体硬度HRC工作层金刚石规格品级粒度浓度1底喷超前钻头25～3022mm特级45～70100%4、钻进参数：1）硬质合金钻进序号地层孔径钻压转速泵量1第四系ø150100Kg～300Kg75～200rpm30～50L/mIm2全风化ø110150Kg～500Kg75～300rpm40～60L/mIm3强风化ø91400Kg～600Kg75～400rpm50～90L/mIm2）金刚石钻进序号地层孔径钻压转速泵量1强风化ø95300Kg～600Kg75～400rpm50～75L/mIm45、钻进方法技术1）双动双管钻进双动双管钻进时，内外管带动内外钻头同时回转并破碎岩石，冲洗液经双管接头进入内外管之间的环状间隙，冲洗孔底后再沿外管与孔壁的间隙返至地面，避免了对岩矿芯的直接冲刷。内管中的冲洗液，随岩矿芯的进入冲开逆止阀，经回水孔排至外环间隙，同时球阀隔离了钻杆内冲洗液柱的压力对岩矿芯的相互挤压和磨损的影响。为了保护岩矿芯根部不被冲刷，双动双管钻具的内钻头超前于外钻头，一般为20-50mm，岩层越松散，胶结性越差，超前距离就越大。操作注意事项：（1）下钻前，必须检查钻具水路是否畅通，尤其是双管接头部位。（2）下钻时，切忌钻头插入孔底岩粉中，必须在距孔底1米左右时，即以大泵量冲孔，扫孔到底后，方可调节好泵量进入正常钻进。（3）正常钻进时，轴压要均匀，不能随意提动钻具，以免岩芯磨损丢失。2）孔底单管反循环钻进利用分水接头将钻杆中的冲洗液通过下水孔，进入孔壁与岩芯管间隙，部分冲洗液受到分水接头的阻力作用强迫下流，经过钻头水口进入到岩芯管内部，再通过接头回流至岩芯管外，形成反循环。孔底反循环钻进操作注意事项：（1）钻进过程中，一般每分钟提动钻具3～4次，保证孔底有足够的冲洗液通过。如孔内有阻力，可适当增加提动次数和提动高度，如无效，则立即起钻，以防磨损岩芯和发生烧钻事故。（2）钻进过程中，冲洗液不能中断，以防岩芯堵塞和烧钻。（3）泵量一般为60～90L/mIm。（4）钻进结束，停泵3分钟，促使岩粉下沉，同时轻压钻具，卡紧岩芯后再开车卡取。（5）每次取芯后，应检查和清理球阀，保证使用灵活。（6）根据上回次的岩屑和岩粉情况，判断钻进参数的合理性，并进行调整。（7）每回次进尺控制在1米以内。（8）粗径钻具上部应安装取粉管。3）美式单动双管钻进使用美式单动双管的注意事项：5(1)检查单动性能是否良好，卡簧座到钻头内台阶距离是否合适，岩芯管有无弯曲挤扁，丝扣是否松动。(2)检查钻头与扩孔器外径差，检查水路畅通．水眼无异物堵塞。(3)钻进时，不得随意提动钻具，以免造成岩芯堵塞。(4)一旦发现钻速下降，应立即提钻，不可强行钻进，以免磨损岩芯。(5)见堵就提，不能打懒钻，不允许采用加大压力的办法处理岩芯堵塞，以免双管弯曲变形和磨损岩芯。(6)回次进尺不能超过1.0米。（7）拧卸钻具各部件时．要使用多点接触的自由钳．不许用管钳．垫扣要涂油。4）超前侧喷绳索取芯钻进针对岩矿层呈土状、软弱、易被冲蚀的特点，采用绳索取芯无泵钻具+金刚石（或合金）超前侧喷钻头组合工艺。超前钻头改变了冲洗液的流向，冲洗液从侧面喷出，保证了进入钻头的岩矿芯不被冲蚀。钻头超前部分罩住尚未进入钻头的岩芯，可有效保护钻头的岩矿石。特别加工的无泵接手，隔离了上部的泥浆，又在起钻时形成负压而阻止岩矿芯下滑。六、泥浆1、泥浆选用本矿区钻孔所钻遇地层，上部为胶结性很差和松散的地层，下部为松软酥散地层，并经常发生漏失。泥浆选用的总体思路是，针对不同地层，首先采用不同性能泥浆，确保孔壁稳定，其次采用多层套管隔离。针对坡积层等胶结性差的地层，可采用提高泥浆粘度，并向孔内投入泥球锯末混合物进行堵漏，如无效则用水泥封堵，或者顶漏钻进到一定深度后，再下入套管隔离。针对松软酥散地层，由于其矿物胶结性很弱，当穿过这类地层后，在冲洗液的冲刷和钻杆回转的敲击下，孔壁极易塌落，使钻具不能下到孔底。对于这类地层，主要是控制泥浆的造壁性能，使泥皮薄而坚韧，并改善流动性质，降低泥浆失水量，使胶结物不被破坏。同时，降低泥浆粘度和切力，以防因起下钻具产生过大的抽吸作用，而造成孔壁垮塌，适当控制泵量，尽量避免采用大泵量和长时间冲孔。根据地质提供的矿区的地层情况，表层采用细分散体系泥浆；进入风化岩层后，6采用合金双管钻具钻进时，采用磺化沥青泥浆和双聚泥浆。在金刚石绳索取芯钻进时，采用不分散低固相泥浆。在绳索取芯钻进过程中如遇坍塌掉块地层，在泥浆中应及时加入护壁剂；如遇漏失地层，应及时加入803堵漏剂，必要时可采用水泥浆封堵。1）细分散泥浆配方：1m3清水+膨润土10%+纯碱3%+Na-CMC0.3%+PHP300ppm，其主要性能参数为：粘度25～30，比重1.11～1.15，失水量﹤10L/30min，PH值8～10。2）磺化沥青泥浆：风化岩层、破碎层等遇水分散，成颗粒状剥落，而导致钻孔超径和埋钻等问题，采用磺化沥青泥浆，由于磺化沥青化合物在孔壁上形成水化膜，可以起抑制作用，从而有效稳定孔壁。基浆：1m3清水+膨润土5%+纯碱3%磺化沥青泥浆：基浆+1%浓度的PHP150～300ppm+CMC0.1～0.3%+KHM2～4%+磺化沥青粉2～3%。泥浆性能：粘度20～30S，密度1.06～1.09，PH值9～10，泥皮厚0.5mm，失水量小于10mml/30min。磺化沥青粉为粉状材料，使用前，先将其溶解为磺化沥青液。加入原浆中，搅拌20分钟即可。3）双聚泥浆：（1）泥浆材料：选用造浆率大于10m3/吨的优质臌润土，分子量大于500万的聚丙烯酰胺，分子量20万以上的聚丙烯腈。（2）泥浆配方：序号臌润土纯碱PHPAPAN水15～8%3～5%0.015～0.03%0.2～0.5%1250～80Kg1.5～4Kg0.15～0.3Kg2～5Kg1000Kg（3）泥浆性能指标：比重1.06～1.08，粘度18～21秒,PH值8～9，失水量小于15mml/30min2、泥浆管理1）泥浆循环系统设计：7泥浆循环系统包括泥浆池、沉淀池、循环槽和废浆池。泥浆池1个，容量为4m3。沉淀池1个，容量为2m3。另设储浆池1个，容量为3m3。循环沟总长12米，内宽30公分，坡度1/100。循环槽每隔3米设置一个挡板，泥浆池和泥浆槽底部用水泥固护,周边采用砖砌，砌砖应高出地面5公分。循环系统上方搭设防雨棚，周围开挖排水沟，防止雨水和地面积水进入泥浆池内。废浆池不小于10m3。2）泥浆现场配制现场按配方比例进行泥浆配制。先将水、臌润土和纯碱按100：20：0.5的比例，加入到搅拌机中，充分搅拌，静止24小时，进行预水化处理,水化后的泥浆作为基浆。将粉状处理剂预先进行浸泡处理，配制成水溶液。高分子处理剂不能现用现溶，更不能直接加入到泥浆，必须提前浸泡。使用时，按规定的加量，将处理剂溶液有顺序的加入到搅拌机中，进行充分的搅拌即可。在基浆中加入水化好的处理剂，再用搅拌机搅拌10～20min即可。钻进中，及时补充泥浆消耗量，及时补充处理剂，维护泥浆性能。3）现场管理在开工前，技术人员对机台施工人员进行泥浆的配制、使用进行岗前技术交底。每班配备现场泥浆员，负责本班的泥浆调配工作，并组织人员对泥浆池和循环槽进行及时清理。机长和技术人员根据钻孔岩性变化和施工具体情况，及时指导配置相应的泥浆，必须时，对泥浆配方中的配比进行调整。现场配备漏斗粘度计、密度计、PH值试纸、台称、秒表等泥浆测试仪器，方便每班对泥浆进行简易测试，及时对泥浆进行维护和性能调整。泥浆循环系统应全封闭，防止雨水和地面积水流入泥浆循环系统，破坏泥浆。钻孔过程中，每班测试泥浆性能一次，发现性能不符合要求，及时调整。提钻时，一定要向孔内回灌泥浆，这是保证孔壁不坍塌的重要措施，发生孔内事故时更要严格执行。起下钻时,控制起下钻速度，以防造成孔内激动压力，发生坍塌。被破坏的泥浆或受到污染的泥浆应排放至废浆池中。不能随意排放.8七、堵漏技术措施1、坡积层和全风化层堵漏在坡积层和全风化层钻进，如发生漏