最新矿区钻探工程施工方案及保障措施文档格式.docx
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以班公错—怒江缝合带为界，北部属于羌塘—三江复合板片，南部属于冈底斯—念青唐古拉板片。
金龙矿区地层属于羌塘～昌都地层区羌南地层分区。
主要为下侏罗统曲色组（J1q）、下中侏罗统色哇组（J1-2s）、下白垩统美日切错组（K1m），其次为古近系渐新统康托组（E3k）和第四系（Q）
金龙矿区是以铜为主，伴生有金、银的多金属矿床，矿石氧化程度不高，主要为原生矿石，目前将该矿区矿石类型定为原生矿。
金龙矿区根据矿体分布，划分为7个矿段，由西向东：
地堡那木岗矿段、多不杂东矿段、铁格隆南矿段、拿若矿段、色那矿段、色那东矿段和尕尔勤矿段。
图1交通位置图
图1西藏大地构造区划略图
中铝西藏矿业有限公司拟对拿若、地堡那木岗、尕尔勤、铁格隆南、色那、色那东、多不杂东7个矿段做地质普查工作，发布了《西藏自治区改则县金龙矿区钻探工程及勘探简易道路工程招标文件（招标编号：
LYZB-1208）》，该钻探工程施工招标文件为本工程的任务来源。
工作区位置见下图2。
图2工作区交通位置图
2总体任务
根据招标文件，金龙矿区钻探工程Ⅰ、Ⅱ标段工作量分别见表1和表2：
表1金龙矿区钻探工程Ⅰ标段设计工作量
标段
矿区
线号
孔号
设计孔深（m）
备注
第Ⅰ标段
拿
若
23
NRGZK2308
500
由于矿区处于普查阶段，现设计工作量在招标中只能作参考使用，具体孔位及工作量应根据现场地、物、化及钻孔见矿情况适时调整。
15
NRGZK1501
460
7
NRGZK0725
400
NRGZK0717
420
NRGZK0709
NRGZK0701
430
NRGZK0708
450
地
堡
那
木
岗
16
ZK1623
ZK1644
ZK1652
ZK1660
24
ZK2436
ZK2444
ZK2452
ZK2460
32
ZK3228
ZK3236
ZK3244
ZK3252
小计
9080
表2金龙矿区钻探工程Ⅱ标段设计工作量
第Ⅱ标段
尕
尔
勤
ZK2324
ZK2332
31
ZK3116
ZK1516
铁
格
隆
南
8
ZK0824
ZK0816
ZK0809
ZK0004
ZK1604
ZK2404
色
ZK0701
ZK0709
ZK0008
ZK0801
ZK1641
ZK1657
东
ZK0808
72
ZK7201
ZK7208
ZK7217
多不
杂东
未定
11000
3工期要求
根据施工招标文件，工期要求如下。
计划开工日期：
2013年4月15日；
计划竣工日期：
2013年11月5日。
总工期200天。
4施工设计
一、概念
钻孔结构是指开孔至终孔孔身口径的变化。
换径次数愈多，钻孔结构越复杂，反之越简单。
钻孔结构的选择，要充分考虑矿区的岩石性质、水文地质条件、终孔口径、钻孔深度、钻进方法、钻孔用途等因素。
二、确定钻孔结构总的原则
以终孔直径做为拟定钻孔结构的标准，对照理想岩层剖面自下而上拟定各段的口径和开孔直径。
在保证钻孔质量和安全钻进的前提下，尽可能地采用泥浆护孔从而减少或不下套管和少换径，最大限度地简化钻孔结构。
三、钻孔结构选择依据
1、终孔直径
终孔直径是设计钻孔结构的先决条件，以此为依据根据地层的复杂程度等因素，从下向上推算。
影响终孔直径选择的因素是多样的，比如钻头型式、钻进方法、地质要求、钻孔用途、孔内测井仪器和装置的规格、钻机动力容量等。
通常情况下，在满足钻进至给定深度和取样的要求下，钻孔直径尽可能小；
但在新区上钻或地层复杂的地方上钻，终孔直径宜选大些，以便于在可能发生事故时留有备用口径。
2、换径次数：
是否换径应由以下几个方面决定：
①用套管固壁问题：
取决于对钻孔地质情况的了解程度和钻孔复杂情况。
当钻进松散的砂砾岩、流砂层、受地下水影响，用泥浆护孔无效时；
穿过较厚的节理、裂隙发育的破碎带、坍塌、掉块极为严重，采用泥浆、水泥浆或其它方法护孔无效时；
钻孔遇到含水构造或与大裂隙贯通，严重漏水，用其它方法止水无效时。
上述三种情况下应考虑下入套管换径钻进，应根据可能遇到的情况确定好所下套管的层数。
②钻机能力问题：
钻机动力是一定的，不同口径到达一定的深度后就要及时改换以便继续钻进。
③钻具级配问题：
尽可能选择钻杆直径与钻头直径相接近，利于孔壁稳定。
④钻进效率问题：
口径越大，效率相应会低些，因此在满足取样要求的情况下尽可能用较小的口径。
3、钻孔结构选择
针对甲方的设计要求，保证施工质量，我们拟使用目前国际比较先进的NQ系列金刚石绳索取心钻进工艺，该工艺相对于金刚石普双钻具而言，具有钻进效率高，钻孔孔壁稳定，岩心扰动小，以及岩心采取率高的特点，因此，钻孔结构采取如下：
（1）根据施工区的岩层结构特点，一开使用φ110㎜或φ95㎜金刚石钻头开孔，下好不短于2米的井口管；
开孔面为完整基岩时，直接采用φ75㎜金刚石钻头开孔钻进。
（2）将φ95㎜口径作为备用口径，以防必要时用做二开。
（3）配备各种规格的套管、丝锥及反丝钻杆，以备处理井故之需。
4、冲洗液与护壁堵漏
4.1冲洗液的功用、种类
4.1.1功用：
岩心钻探中，要保证优质快速安全钻进，正确地选择、使用冲洗液起着十分重要的作用。
它主要起的作用是：
a清洗孔底，悬浮和携带岩粉。
借循环着的冲洗液将钻头破碎的岩粉、岩屑及时携带至地表，以保持孔底清洁；
而当冲洗液中断时，利用其本身的触变性，将岩粉悬浮起来，防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。
b冷却钻头，提高钻头的使用寿命。
钻进过程中，孔底产生很高的温度（二百至三XX），因此，借冲洗液的循环将热量带走，从而达到冷却钻头延长钻头使用寿命的目的。
c润滑钻头和钻具，减弱钻具振动。
使用加润滑剂的乳化冲洗液可减小钻头与孔底岩石、钻具与孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高速回转时振动及减轻钻机动力机等的负荷，使钻头工作平稳。
d形成泥皮，保护孔壁。
利用冲洗液本身性能，在孔壁上形成薄而坚韧、致密的泥皮，从而防止孔壁坍塌、掉块；
调节冲洗液的比重，可防止涌水、漏失、井喷等事故等。
e输送岩心。
反循环连续取心钻进时，利用冲洗液作介质，通过钻杆柱连续向地面输送岩心，这种方法取得的岩心，代表性好，层位准确。
f传递动力。
如涡轮钻、螺杆钻、冲击回转钻等，采用它作动力的传递。
4.1.2种类：
泥浆（水基泥浆、低固相泥浆、混油泥浆、油基泥浆、充气泥浆、泡沫泥浆）、乳状液、清水、空气等几种类型。
4.2、钻孔冲洗方式
主要有全孔循环和孔底局部反循环二种方式。
全孔循环又分正循环与反循环两种。
正循环是用水泵压送冲洗液由钻杆柱中心进入孔底并经钻头水口返出，经钻杆与孔壁环状间隙上返至孔口，通过地面循环槽流入泥浆池，不需要孔口密封器等附加装置，适用于各种钻进方法。
孔底局部反循环实际上是一种正反循环结合的循环方式，它是用于提高岩心采取率的一种方法，常用的是喷射式反循环（冲洗液由钻杆柱中心下去，从喷反接头处流出，在管内形成负压抽吸力，从而形成孔底局部反循环）。
4.3冲洗液的选择
主要根据钻进地层情况来选用，基本原则是：
a致密、稳定地层，选用清水；
b松散、掉块、裂隙或遇水膨胀地层，首选不分散低固相泥浆，也可选淡水泥浆或钙处理泥浆；
c易溶解的矿层（如岩盐等），为保护矿心，防止冲蚀孔壁，应选用盐水泥浆（含盐大于1%，PH7-9.5）
d金刚石钻进，应选用聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆、乳化泥浆作冲洗液。
4.4泥浆的性能指标
主要用粘度、比重、含砂量、失水量、泥皮、PH值、胶体率和稳定性这几种指标来衡量泥浆的好坏。
4.5当地粘土是否适合造浆的野外鉴定
一般情况下，用造浆率（一吨粘土能造出多少立方米表观粘度15厘泊的泥浆）来确定粘土的好坏。
粘土造浆能力分为四级，如下表：
常用粘土名称
等级
造浆率（m3/t）
膨润土
甲
20
次膨润土
乙
9.5
白土、高岭土、陶土等
丙
3.5-8
黄土、红土、胶泥、干子土
丁
1-3.5
现场鉴定时，先取少量粘土配制少量泥浆，按比例先加一些纯碱，然后加入降失水剂（如羧钠甲基纤维素），接着用滤滴定法（任意滴一滴泥浆在滤纸上，开始数数，如数到5以上约4秒才渗出水，即可断定这种粘土可用；
如果立即出水印的泥浆则说明该造浆粘土须处理后才能使用）测定泥浆的失水量，即可辨别粘土是否可用。
确定能用后再通过配比试验确定合理的配方（主要是处理剂的加量与性能合乎地层钻进要求）。
4.6几种常用泥浆
4.6.1细分散泥浆
由淡水、粘土和一般处理剂（主要为分散及降失水）配制而成的普通泥浆。
一般是利用当地粘土和水配制原浆，用加量为粘土量0.5—2%的纯碱进行处理，加纯碱目的是除粘土中的部分钙离子从而把钙土变成钠土。
加入纯碱后泥浆粘度大，失水量小、胶体体率高、稳定性强；
但值得注意的是，纯碱加入过量时，则失水量增大；
同时有些粘土还需要加入少量烧碱才能将钙土变成钠土。
4.6.2低固相泥浆与不分散低固相泥浆
泥浆中固相含量小于10%的泥浆，称之为低固相泥浆，其特点是比重低，可减少钻具回转摩阻、泵压损失、漏失和提高钻速。
钻进中会不断产生岩屑，因此常用水解聚丙烯酰胺（水解度30%左右的PHP）等选择性絮凝剂配合机械净化法除去岩屑，不让它们分散于泥浆中，从而保持较低的固相含量（小于4%，比重1.06以下、失水量低于10ml、泥皮厚小于0.5mm、PH值7—8.5间），称不分散低固相泥浆。
4.6.3无固相冲洗液
冲洗液中没有粘土固相，即配制泥浆时不加入粘土。
其优点是不用粘土，比重低而有利于提高钻速，在注水泥时因无泥皮也有利于水泥与孔壁的联结，而当提高钙量后，也有利于抑制粘土质岩层的水化膨胀。
岩心钻探常用聚丙烯酰胺冲洗液和水解聚丙烯酰胺——水玻璃配制成的无固相冲洗液。
常用配方是：
往水中加水解聚丙烯酰胺（水解度20—30%，分子量200—500万）200PPm，水玻璃8%，皂化油0.3%，所得冲洗液的性能为：
粘度16s、比重1.02、PH值10—10.5。
最基本的配方是：
清水中（1立方）加入水解度30%的PHP500—2000ppm即可。
采用无固相冲洗液时井口要配有性能良好的除泥除砂装置配合。
4.6.4不同地层选用的泥浆类型及性能；
1、复杂地层分类及护孔措施
①复杂地层分类
常分为：
漏失地层与不稳定地层二大类，其中漏失地层又分为孔隙类地层、裂隙类地层、洞穴类地层；
不稳定地层包括力学不稳定地层（松散地层、破碎带、承压水、油、气地层）和物理化学不稳定地层（水敏性地层、易溶地层）。
②复杂地层的护壁措施
孔隙类地层：
中小型裂隙采用高粘、高切泥浆钻进；
大容量型还可考虑惰性材料充填、化学浆液堵漏和套管隔离；
大厚度型用泡沫泥浆钻进、化学快速注浆堵漏和孔底局部反循环钻进。
裂隙类地层：
以水泥注浆堵漏和套管隔离为主。
洞穴类地层：
中小型用惰性材料充填和套管隔离；
大容量型可采用惰性材料充填后注浆或人工造壁后堵漏；
大厚度型采用孔底局部反循环钻进和套管隔离。
松散地层（如流砂层、破碎带等）：
其表现为岩石结构松散，孔壁极不稳定，孔壁受钻杆柱震动冲打，液柱压力小于地层压力时掉块、坍塌，冲洗液渗漏，起下钻受阻。
对这类地层主要采用优质泥浆钻进，以防漏、防塌为主，必要时泥浆做增粘、加重处理，同时要保证孔内液柱压力，另外也可在钻穿后用套管隔离的办法。
在承压水、气、油地层，地下承压层压力大于液柱压力，从钻孔内涌出，引起孔壁坍塌，可采用加重泥浆并保持孔内液柱，钻穿后用套管隔离的办法。
水敏地层：
地层因吸水而引起膨胀或松散，进而造成缩径或超径，严重时导致孔内各类事故发生，这类地层用优质泥浆护壁，以降失水为主。
2、各类地层使用的泥浆性能参考指标
地层情况
比重
粘度
（s）
失水量
ml/30min
泥皮厚度（mm）
静切力（mg/cm2）
含砂量
（%）
胶体率
PH值
1分钟
10分钟
一般地层
1.1—1.15
18—20
25以下
4以下
0——10
15——25
小于4
大于97
8——12
吸水膨胀
地层
1.1—1.2
10以下
2以下
坍塌掉块
1.2以上
25—30
15以下
30——50
渗漏地层
1.1以下
3以下
50——80以上
承压油气
1.3—1.5
以上
25以上
5——15
10——20
涌水地层
4.7泥浆的配制、性能调整的方法，处理剂的使用。
4.7.1泥浆的配制
可用分散或集中配制两种方式。
由于钻机分散施工，一般在机场使用0.4m3卧式搅拌机或0.5—1m3的立式搅拌机单独搅拌泥浆。
为保证泥浆质量，配制前应根据地层岩性进行试验，确定出最优的配方；
配浆如果用膨润土时要预水化；
采用低硬度的水配浆；
加絮凝剂时（PHP）要在孔口或泥浆槽中慢慢滴入且不能过量。
4.7.2泥浆性能的调整及处理剂
调整泥浆性能主要包括：
降低泥浆失水量、增加或降低泥浆粘度和切力、增加或降低泥浆比重和调节PH值等。
钻进中，泥浆的性能会因地层条件的变化而不断变化，要事先估计好钻穿地层、岩性、水质等对泥浆性能的影响，预先进行泥浆性能调整或根据孔内泥浆性能变化情况及时加以调整。
当孔壁坍塌或有轻微漏失时，可通过增加泥浆中粘土含量、新配制的泥浆中加适量纯碱或加有机高分子增稠剂（如CMC）的办法来提高泥浆的粘度和切力；
而钻进粘土层或泥质页岩层等时，则需要降低泥浆粘度和切力，可通过加稀释剂来解决；
钻进遇水膨胀地层、渗漏和坍塌地层时，则需要降低泥浆失水量和控制泥皮厚度，最常用的方法是增加粘土含量与使用有机高分子降失水剂（CMC）；
钻进高压含水层或油气层及某些坍塌地层时，需要提高泥浆比重以平衡地层压力，其方法是在泥浆中加入加重剂（如重晶石粉等），值得注意的是使用加重泥浆时需做好泥浆地表净化工作，防止加重剂和岩粉沉淀卡钻；
而这些方法中的加量无法在此给大家，因为每个矿区使用的泥浆性能是不一样的。
因此，实际工作中应结合所采用的泥浆类型与性能在原浆基础上试验后再确定合适的加量。
4.7.3泥浆的维护
钻进中岩粉不断进入泥浆从而使泥浆性能发生变化，必须及时清除，否则会加速水泵的磨损甚至会导致孔内事故。
最简单的净化装置是泥浆循环槽、沉淀箱和水源箱，泥浆槽一般长15m（宽0.3m，高0.2m，坡度1/100—1/80）且每隔1.5至2米安设挡板（形成局部涡流有利于岩粉沉淀），有条件时应该配旋流除砂器（除较细岩粉）。
机台应配备泥浆性能测量仪器（野外泥浆性能测试箱，含有比重计、ZNS型泥浆失水仪或1009型泥浆失水仪、泥浆含砂量杯和pH试纸等）；
每班设专人负责管理泥浆，负责泥浆的配制、处理、净化除砂和泥浆性能的测定，随时掌握泥浆性能的变化情况及孔内情况适当调整性能参数；
泥浆的使用也要认真填入班报表中而且要准确齐全。
4.7.4聚丙烯酰胺（PAM）的水解方法
PAM产品浓度7—8%，分子量最低5万最高800万，它是一种机台最常用的泥浆处理剂，水解后对泥浆有选择性絮凝作用，加在泥浆将岩屑和劣质粘土絮凝沉淀，以水解度30%时絮凝效果最好。
因此机台上常使用30%水解度的PHP作处理剂。
水解是将酰胺基（—CONH2）转变成羧钠基（—COONa），转变成羧钠基的百分数叫水解度。
依烧碱加量的不同，得到不同水解度的聚丙烯酰胺，水解可用加温搅拌法或常温法。
加温搅拌法：
将聚丙烯酰胺、烧碱和水按一定比例混合，加温至90或100度，搅拌3至4小时左右即可获得不同水解度的水解聚丙烯酰胺（HPAM或PHP）。
这种方法水解后产品中的游离碱量少，水解度比较准确。
烧碱和水的加量可通过计算或用相对比例关系式来确定（浓度7%的聚丙烯酰胺：
烧碱：
水=1：
1.2%：
6）。
加烧碱量（kg）=40／71×
聚丙烯酰胺量（kg）×
聚丙烯酰胺含量（%）×
要求的水解度。
加水量则可按高聚物浓度为1%的溶液为准，如浓度为7%的聚丙烯酰胺1kg则需加水6kg即成浓度1%的溶液。
值得注意的是，水解后的聚丙烯酰胺溶液浓度为1%。
常温法：
浓度7%PAM：
水＝10:
1:
60，搅拌均匀后放置2至3天即可获得浓度1%水解度30%左右的PHP。
常温法水解后的产品游离碱较多容易使泥浆增稠，同时水解度也不是很确切而影响絮凝效果。
4.8仪器配备计划及粘土、处理剂的用量计划。
根据矿区开动的钻机台数确定野外泥浆性能测试仪器的数量，根据所选定的造浆粘土类型和工作量以及造浆率、泥浆配方来计算出粘土和各类处理剂的需要量并列好表格，作好物资采购计划。
4.9复杂地层护孔方法
根据矿区钻进地层的分类特点，制定出各层位的护壁堵漏措施，在需要套管时应根据矿区可能开动的钻机台数和钻孔套管下入的深度以及规格等，做出比较准确的备料计划供生产中使用。
这里主要介绍一下采用水泥护孔时的有关要求：
4.9.1水泥浆的可泵性和可泵期
可泵性：
水泥与水拌合并加入适量的水泥附加剂（如早强剂、减水剂等）的情况下，具有良好的流动性，便于泵送达预灌部位。
实践证明，只有流动度达15cm以上，水泵才能顺利实现泵送。
可泵期，就是指水泥浆能用水泵抽送的时间期限。
一般情况下，水泥浆的可泵期应40—60分钟内保持流动度在15cm以上。
因此，实际工作中，在采用水泥护壁堵漏时，在目前的操作熟悉程度不是很高的情况下宜用较大的可泵期。
各施工单位可根据自己的施工经验而定。
4.9.2水泥的种类
常用的有普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、硫铝酸盐型水泥等。
一般情况下，野外常用的是425标号以上的普通硅酸盐水泥进行护壁堵漏。
4.9.3水泥石的早期强度
护壁堵漏使用水泥属于临时工程，普遍要求有较短的候凝时间，便于恢复正常钻进，因此要求水泥石早期强度增长速度要快。
试验结果资料表明：
水泥石抗压强度达80kgf/cm2时就可从孔内取出较完整的岩心。
以此为准，要求水泥浆灌入孔内后5至6小时或更短时间内达到这个标准。
4.9.4水泥浆的比重
干水泥的比重在3.05—3.2间，水灰比0.45—0.5的水泥浆比重在2.0左右。
在现场使用时，应根据护壁堵漏的实际需要，选用或调整水泥浆的比重，其原则是：
当封堵较大的裂隙时，为避免较大漏失，应用较小的比重；
而封堵涌水或坍塌层时，则要求较大的比重。
4.9.5水泥常用外掺剂
减水剂、促凝早强剂、速凝剂，生产中常根据各种需要而在用水泥进行护孔或堵漏作业时有选择地添加它们。
减水剂：
凡能使水泥浆或混凝土显著地降低拌和用水量的外加剂，称之。
岩心钻探常用的减水剂NNO减水剂和木质素磺酸钙。
NNO化学名称为亚甲基二萘磺酸钠，普通水泥中合适掺量为0.5—1%，在保持相同流动度条件下，可减少单位用水量20—25%，同时水泥强度早期增长快，三天强度可提高60%，密实性、抗渗性都相应提高，但对凝结时间没有影响，还可节约水泥15%以上。
生产中，常将NNO与CaCl2复合应用于普通水泥，不仅流动性好，还可缩短凝结时间。
木质素磺酸钙：
为阴离子型表面活性剂。
可减少单位用水量10—15%，节约水泥用量10%左右，合适加量0.2—0.3%，这类减水剂有缓凝作用，加量0.25%时，水泥的凝结时间可延缓1至2小时。
促凝早强剂：
能促进水泥凝结，加速水泥浆的硬化过程并提高水泥早期强度的外掺剂。
常用的有氯化钙、氯化钠和三乙醇胺。
氯化钙（CaCl2）：
这是国内外普遍采用的一种促凝早强剂，对水泥既有早强作用，又能改善水泥浆的流动性。
加量一般为水泥重量的1—3%，当加量达3%时可使水泥凝固时间缩短一半以上，2至3天的强度提
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