西乌珠穆沁旗博与铜多金属矿区大厚度破碎地层岩心钻探技术.docVIP

西乌珠穆沁旗博和铜多金属矿区大厚度破碎地层岩心钻探技术 　　摘要：内蒙古自治区西乌珠穆沁旗博和铜多金属矿区内褶皱、断裂较为发育。粉砂质泥岩、灰色砂砾岩夹泥质灰岩，岩石成岩不好，呈半固结状态，并夹有1～3条破碎蚀变带，胶结性差。钻孔施工中孔内坍塌、掉块、缩径、憋泵、抱钻、断钻等钻探难题频繁出现，给钻探施工带来诸多困难。通过改善冲洗液配方、采用Q系列钻具跟管钻进工艺、多级套管护壁、使用金刚石复合片钻头等技术措施，保证该项目大厚度破碎地层钻探施工顺利完成 关键词：大厚度破碎地层；Q系列钻具；加重泥浆；复合片钻头；跟管钻进；冲洗液护壁；套管护壁 Core Drilling Technology for Large Thickness Broken Formation in Bohe Copper Polymetallic Ore Field in West Ujimqin Banner Key words： large thickness broken formation； Q series drilling tool； weighted mud； PDC bit； drilling with casing； wall protection with drilling fluid； casing pipe wall protection 1. 概述 1.1 基本情况 内蒙古自治区西乌珠穆沁旗博和铜多金属矿预查为内蒙古自治区地质勘查基金管理中心项目。工作区处于华北板块与西伯利亚板块之间的古亚洲洋构造域东部（一级构造单元）的西伯利亚地台南缘增生带与华北地台北缘增生带的最终碰撞接壤部位，区域内褶皱、断裂较为发育。褶皱构造主要发育于晚古生代格根敖包组地层中，呈紧闭线性产出，推测枢纽走向北东向。褶皱性质为背斜。断裂构造以北东向、北北东向为主，次为北西向、近东西向。断裂构造一般长数十公里，小者数公里至几百米，主要形成于古生代―中生代。矿体围岩主要为花岗闪长岩，岩石普遍具硅化、绢云母化、高岭土化和绿泥石化，在其破碎蚀变带内主要蚀变为硅化。岩石可钻性一般在1～5级，完整岩石有7级。矿区主要岩性自上而下依次为： （1） 第四系全新统冲洪积物（Qhpal），分布较广，由砾石、粗砂、粉砂、细砂等组成，地表为腐植土 （2） 第四系上更新统阿巴嘎组（Qpa），岩性主要为致密块状、气孔杏仁状橄榄玄武岩、玄武岩、安山玄武岩 （3） 新近系上新统宝格乌拉组（N2b），主要为粉砂质泥岩、灰色砂砾岩夹泥质灰岩，岩石成岩不好，呈半固结 （4） 中二叠统哲斯组（P2z∧s），岩性主要为长石石英砂岩、生物碎屑灰岩，该套地层岩石组合为长石砂岩、粉砂岩、凝灰岩，上部较粗，下部粒径相对较细 （5） 上石炭―下二叠统格根敖包组（CPg），主要岩性上部为砾岩、杂砂岩、凝灰质粉砂岩局部夹杂砂岩及灰岩透镜体，下部为安山岩、英安岩、火山角砾岩、沉凝灰质砾岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩 1.2 施工中存在的主要难题 1.2.1 粉砂质泥岩、灰色砂砾岩夹泥质灰岩，岩石成岩不好，呈半固结，岩石破碎、水敏性强，孔壁岩石易剥落，形成坍塌掉块，易导致钻探事故发生。半固结地层岩心见图1，蚀变破碎带地层岩心见图2 1.2.2 松散、破碎泥岩在冲洗液的冲刷和钻具回转振动作用下，岩心采取率很难保证 1.2.3 该破碎地层分布广，厚度大，一般为100m～350m，大部分孔段抗冲洗液冲刷能力弱，易坍塌。坍塌部分被钻具碾压挤碎的细小颗粒随冲洗液返出并混入其中，严重侵害冲洗液性能，被简单磨耗的略有强度的颗粒状岩屑随冲洗液上返至孔壁间隙变小处逐渐堆积，造成憋泵、抱钻，无法正常钻进 1.2.4 该地层受冲洗液不断的冲刷作用，重复剥落、坍塌后造成局部孔壁严重超径，导致断钻事故频发，事故处理时打捞工具与事故钻杆对接困难，经常出现摸不着头的情况，事故处理难度很大 1.2.5 采用套管护壁时，套管受地层缩径影响下放困难，受地层坍塌、膨胀的挤压作用起拔困难 2. 钻进工艺 2.1 钻探设备 该工作区采用的岩心钻机为XY-44型1台和XY-5型1台，XY-44型钻机施工设计深度低于500m的钻孔，XY-5型钻机施工设计深度高于500m的钻孔。配套的钻塔有HCX-13和HCX-18。配套的泥浆泵分别是BW-250一台，BW-150两台（1台备用），绞车规格为SJ-1000两台，YH30CGF型发电机组2台，0.8m3搅拌机2台，Φ93mm直连套管600m，Φ114mm外接箍套管400m，Φ146mm直连套管100m，钻杆、钻具由华勘局247队钻具厂生产，PQ系列、HQ系列和NQ系列若干。Q系列钻具主要规格参数如表1所示 2.2 钻孔结构