钻井液固相控制是钻井液处理的主要工作,传统固控设备对于200目以下的超细岩粉处理效果并不明显。受到电吸附技术在污水处理广泛应用的启发,通过对实验室配置的含砂率4%的无固相钻井液在不添加化学处理剂的情况下,进行单因素影响吸附实验,分析吸附时间、吸附电压、电极板间距以及钻井液黏度对吸附效果影响的规律,得到最佳吸附参数:吸附时间为15min,吸附电压为36v,电极板间距为5cm,达到高效经济地清除钻井液中超细岩粉的效果,为后续科学设计金刚石钻进超细岩粉吸附器提供了借鉴。
针对深海钻探、科学钻探以及干热岩钻探高温堵漏技术难题和对高温堵漏材料的需求,通过对国内外堵漏材料和堵漏评价仪器的研究现状分析,总结了近年我国在高温堵漏材料研发及高温评价仪器方面的研究进展,可见目前化学交联固化剂是桥接堵漏剂一种较好的补充,但在高温条件下需考虑化学材料的抗温性能;针对堵漏评价仪器方面,目前发展较为全面,为高温高压条件下的堵漏剂配方研制提供了较好的保障。
钻井液卡森模式中流变参数η_c~(1/2)、τ_c~(1/2)的计算公式在各类资料中不尽相同,给卡森模式的推广应用带来困扰。现从卡森模式的两个基本经验公式出发对流变参数η_c~(1/2)、τ_c~(1/2)进行推导,对比分析并找出公式差异的原因:除个别因采用基本经验公式的细微差异造成不同外,其余均为使用单位的不统一和1/2次方共同作用的结果。其中,流变参数τ_c~(1/2)因基本经验公式差异而得出两种不同表达,进一步将两种τ_c~(1/2)用于24种钻井液不同速梯下的切力推算,并与实测钻井液切力数据进行精度对比分析,评估更为合理的经验公式。根据验算结果并参照常用钻井液单位习惯,推荐卡森模式流变参数的合理表达为:η_c~(1/2)=1.195(θ_(600)~(1/2)-θ_(100)~(1/2)),mPa·S;τ_c~(1/2)=0.493[(6θ_(100))~(1/2)-θ_(600)~(1/2)],Pa。结尾对卡森模式应用于钻井液流变学的优势特点及下部需要深入研究的方向进行了展望。
触变性是钻井液的重要特征之一,通过研选一种水性液体材料改性聚脲,作为钻井液触变性改良剂进行相关测试。先对不同加量改性聚脲的水溶液进行静切力和触变环测试,选择适宜钻井液切力较为合理的比例2%,添加到无固相、细分散、不分散等钻井液体系中,测试其对钻井液触变性及失水量、粘度、润滑性等主要性能指标的影响,结果显示其能实现良好的触变作用,较好体现了“快的弱凝胶”中静置“快凝”搅拌后“弱强度”的特点,对动塑比、失水量、润滑性均具有不同程度的改良,测试悬浮重晶石粉效果稳定,特别与含膨润土的钻井液协同作用良好,能明显降低滤失量。整体评估,改性聚脲可在常温下作为一款钻井液触变性改良剂使用,同时对其触变机理进行了分析。
为了进一步研究地热钻采高导热固井水泥材料的最佳配料比,对现阶段的导热固井水泥研究领域进行了总结回顾和综合评述。从广泛的导热填料(金属和非金属导热填料)的研究现状、固井水泥原材料种类、导热水泥填料种类、外加剂掺量、导热固井水泥的性能等方面对目前导热固井水泥的研究阶段进行了归纳,总结前人研究的实验成果和理论基础,并展望了地热钻采高导热固井水泥材料提高或维持其他性能的发展方向。
“十四五”是世界处于百年未有之大变局,国际国内环境发生深刻复杂变化的时期,是我国两个“一百年”历史交汇时期。在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》指引下,“十四五”期间(2021—2025年)地质工作如何紧密结合国家重大战略需求、地方经济发展紧迫需要,把握国家重大发展机遇,持续推进地质工作转型升级和高质量发展,持续健康稳步向好发展,是地勘行业发展需要思考的问题。本文结合“十四五”地质行业发展目标和任务,以四川地矿局为例介绍了地勘经济发展现状,结合国家发展规划梳理了“十四五”期间地质经济发展面临的机遇,对“十四五”期间地质经济发展遇到的问题和地质经济发展路径进行了探讨。
会东县属于山区,地层多变、倾角大,构造发育。核工业二八0所(以下简称“二八〇所”)2021年在该地区施工钻探工作量1000余米,设计钻孔3个,均为45°斜孔。结合地层特点、地质设计及设备情况,二八〇所投入一台套EP1000型便携式全液压钻机进行施工。为解决在施工中出现的钻孔漏失严重、地层破碎和掉块等状况,从钻机安装、施工工艺选择、钻孔结构设计、钻井液配比和钻进参数选取等方面出发,采用了随钻堵漏、水泥浆封孔堵漏、顶漏钻进等事故处理措施,最终顺利完成了钻探施工。通过对本年度在该地区施工中出现的问题进行分析和探讨,总结大倾角地层的施工经验,为后续在同类型地层的施工提供了相应的资料和技术参考。
YC-1井是位于川西地区盐源县的页岩气探井,旨在探明该区域泥盆系、志留系地层含气情况。在该井的长井段裸眼钻井施工中,主要的技术难点集中在:泥页岩地层井壁稳定性差、地层失返漏失、高摩擦阻力、井眼轨迹控制难等四个方面。本井通过采取有针对性的泥浆性能调整、合适的堵漏措施、降阻措施和井眼轨迹控制措施保证了该井长裸眼段的顺利施工,本井得以安全、高效完钻。
稀土矿所在地层较破碎,在稀土矿勘探钻进施工中孔内易坍塌、掉块、漏失造成孔壁失稳现象。ZKS-2孔采取金刚石绳索取心工艺进行钻进,该孔终孔深度为1395.33m,岩矿心采取率、孔斜等六大指标均符合地质设计要求。该孔实施的主要目的为完成1395m的钻探施工;在钻孔完孔后配合完成孔内的物理、化学等相关的各项测试工作,验证矿物学和地球化学找矿参数示矿的有效性;开展视电阻率和放射性测孔,验证地球物理找矿参数示矿的有效性;探索在复杂地层中提高钻进效率的方法;锻炼年轻钻探人员,提高稀土矿深部岩心钻探施工技术能力;现从该钻孔的设备、孔身结构、施工难点等方面进行总结,希望能够对今后的稀土矿深部勘探提供参考。
铁路隧道施工需要对开挖前方隧道地质情况快速、准确预报,以便技术人员采取有针对性的方案和措施。作者在分析目前钻探取心工艺的基础上,结合隧道施工的实际情况,提出采用冲击钻探取心工艺技术和水平绳索取心工艺技术来实现对隧道水平超前地质预报取心,通过对钻机、钻具、器具的改进满足了隧道水平超前地质预报取心要求,并在多个工程进行了应用。
深孔小直径地质岩心钻探经常出现岩矿层产状较陡,地质构造复杂,地层软硬不均,钻孔方向与岩层夹角影响因素,采用普通绳索取心钻进,钻具刚性小,常增大钻头外径,减小环空压力,因此,环空间隙较大,极易发生孔斜,致使钻具折断,绳索取心钻进施工困难,达不到地质设计要求。为解决小直径深孔地质岩心钻探孔斜难题,探矿工艺所开展了小直径深孔有缆随钻定向纠斜技术研究,采用螺杆马达/有缆随钻定向钻进纠斜技术在多个矿区成功实施了随钻定向纠斜,取得较好的应用效果,实现地质目标,具有示范与推广作用。
马尔康县党坝乡锂辉石矿为亚洲单体最大锂矿床,ZK0707钻孔为矿体边界控制性钻孔,地层为变质砂岩和花岗伟晶岩,十分坚硬,绳索取心钻进至600m发生钻孔轨迹偏斜,该孔段钻孔直径¢76mm,方位由设计230°偏离至337°,不能满足地质设计要求。采用螺杆马达/有缆随钻技术进行定向纠斜,为保证钻孔轨迹光滑,定向纠斜与修孔、绳索取心复合交替进行,定向纠斜至孔深764.18m处,共计进尺164.18m,方位角纠至232°,成功完成了该孔的定向纠斜任务,攻克了小直径绳索取心硬岩大尺度纠方位技术难题,全孔共揭穿三层共计34.57m矿层厚度,为矿区资源储量评价提供支撑。
因钻孔内部情况千变万化,钻探堵漏至今仍是一项世界性技术难题,市场满足安全、便捷、可靠的堵漏产品不多,岩心钻探行业可进行相关数据测试的试验装置也不尽完善。在分析市场现有试验装置及相关专利的基础上,结合岩心钻探堵漏自身特点进行试验装置的构想及设计。该试验装置可方便快捷地实现单一缝宽试验、n条不同缝宽逐一试验、n条不同缝宽组合试验三种测试模式,每种模式仅一次填料装配就能实现整个流程,能在缝宽1mm~8mm、缝长35mm、缝深350mm的大尺度范围模拟地层缝隙,可测试收集裂缝宽度B、试验压力p、承压时间t、材料封堵深度L、滤失量V等试验数据,增加销“假堵”功能,利于科学钻探堵漏研究及数据评价。
小口径金刚石绳索取心钻进作为一种常用的钻进取心方法,因其技术特点对钻探冲洗液的流变特性和固相含量要求很高。在一些复杂地层中对于地层的适应性反而不如低固相冲洗液。要使无固相冲洗液应用于各种复杂现场与广泛的地层条件,就要对其防塌特性进行强化。研究成果对无固相冲洗液在小口径金刚石绳索取心钻进中的应用范围,特别是泡沫冲洗液得到了有力的拓展,并为解决复杂地层的小口径金刚石绳索取心钻进技术难题从无固相冲洗液技术体系方面提供了技术支撑。最终配方:0.7%泡沫剂+0.7%防塌乳液,现场配方为0.2%防塌乳液加0.2%泡沫剂。
近几年油气勘探孔采用小口径金刚石绳索取心钻探施工,尽管节约了成本,但在钻遇水易膨胀、缩径、垮塌地层时,由于钻孔的环状间隙比较小,对泥浆性能的要求较高,可调整的范围较小,对泥浆体系的选择比较难。特别是遇到井喷时井控措施有限,基本上靠调整泥浆的性能来压井。昭地1井通过合理的钻孔结构设计、泥浆性能参数的调整以及较好的泥浆性能维护,特别是在发生井喷时采取的压井等有效措施,保证了该孔的顺利实施,取得了较好的成孔质量,满足了设计要求。
本文介绍了龙首山成矿带红石泉铀矿勘查区的施工背景、地质构造特征、钻遇地层岩性,以及在扩孔工作中存在的偏斜、扩进缓慢、导正体脱落等问题。在勘查钻孔施工中,研究、设计并应用了一种组合导向扩孔钻头,阐述了其设计背景、钻头结构、性能优势和使用方法等内容。通过该种组合导向扩孔钻头在红石泉地区复杂地层中的应用实践,在导正性能、孔斜控制、扩孔效率和使用寿命方面与传统扩孔钻头进行了对比验证,证实了在红石泉复杂构造地层中良好的应用效果。相比传统整体式扩孔钻头,在导正性能、孔斜控制、扩孔效率、地层适应性等方面均得到了提升或改善,具有明显的应用效果和优势,对今后类似复杂构造地层中的扩孔工作具有一定的借鉴和指导意义。
为在地质勘查工作中贯彻落实习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”发展理念,绿色勘查成为了地勘单位面临的首要挑战。以绿色发展理念为引领,通过运用高效、环保的方法、技术、设备、工艺等,在地质勘查全寿命周期内,避免、减少和恢复对生态环境的影响,实现地质勘查目的和生态环境保护协同共进的效果。通过选取位于农耕地区的代表性矿区,总结了在农耕地区实施绿色勘查工作的工作重心;从施工准备阶段、施工实施阶段、施工恢复阶段三个方面,详细阐述了施工全过程中农耕地区保护生态环境的各项基本原则与实施效果。
铁拓矿业公司(ASX代码:TIE)在西非科特迪瓦阿布贾金矿勘探中使用便携式液压钻机,采用金刚石绳索取心钻探工艺仅用三年时间就快速完成了一个超大型金矿勘探第一阶段的全部钻探工作,探明黄金可采储量约105吨。2021年1月始至11月30日公司所属钻探队开动钻机3~6台,累计完成金刚石绳索取心总进尺100485m。各钻机的台月效率均在2500 m以上。其中的NOCK600-2号机八月份纯钻时间21天累计进尺高达2620.5m。公司自创一套行之有效的钻探施工管理体系,将钻探综合成本控制在每米35美元左右。钻探效率和经济效益均居于金刚石岩心钻探业界的世界领先水平。
都江堰平原地区属于冲洪积平原,第四系地层含漂卵石为主。该漂卵石层埋藏浅、厚度大、硬度高、富含孔隙潜水及砂层,工程钻探效率低,给岩土工程地质勘察带来了较大困难。结合都江堰地区勘察工程,在同一位置采用控制变量法,通过控制钻头(金刚石钻头和复合片钻头),护壁材料(预锤击套管、膨润土泥浆、普通植物胶、YP改性植物胶),钻具(单管取心钻具、双管取心钻具)中两个量不变,改变第三个量的组合方案进行钻探对比试验,对比不同变量对漂卵石钻探的质量效益、经济效益,进而得出不同变量对综合钻探效能的影响。得出采用金刚石钻头、YP改性植物胶、(半合管)双管取心的钻探工艺,适用于层厚较大的漂卵石层钻探,满足漂卵石层的工程地质勘察需要。
我国西部大通道存在许多复杂艰险山区铁路,这些铁路规划建设中存在许多隧道,它们大多有着较大的埋藏深度和长大的体积,工程中广泛应用水平绳索取心钻进技术,使隧道勘察更为详细准确。为了更好对其他类似工程进行理论指导及提供技术支撑,基于大量复杂艰险山区铁路工程施工实例及学者研究成果,分析勘察过程中钻探设备的选型与改进、钻进工艺参数、钻井液选择及配方改进等方面的探索和应用现状,同时分析指出现有长隧道大埋深水平绳索取心钻进技术的不足并讨论未来研究与发展方向,以期更高效地建设类似重大复杂工程。
钻机是地质勘查工作中获取岩心的必要装备。在绿色勘查的时代要求下,具有轻量化、小型化、模块化等特点的便携式钻机,因能适应更加艰险复杂的环境条件而格外受到勘察单位的青睐,现已在工程勘察钻探施工中逐渐推广应用。通过分析工程勘察对钻探设备的需求、便携式全液压钻机特点,总结了不同类型钻孔所需设备及其优势、配套器具及孔内事故处理工具的应用情况。介绍了一种新的孔内事故处理工具。介绍了多个在不同环境条件下,由便携式全液压钻机完成的典型钻孔。通过应用实践,分析总结了现有设备不足及其在智能化、钻进能力提升、配套器具应用等方面的发展方向。提出便携式全液压钻机是实施绿色工程勘察钻探的必要装备,同时需要精心组织和进一步配套先进技术,才能更高效地服务于地质勘探。
查明覆盖层特性是水电工程勘探重要内容,覆盖层由于结构层次复杂、松散架空、含巨漂、含细粒土、多层地下水等,极易发生钻孔事故,成孔困难。为降低深厚覆盖层水电钻孔事故,对导致事故的因素进行分析,明确主要因素,有效预防事故。本文基于层次分析法,克服了卡钻事故背后错综复杂因素的分析难点、因素间相互影响的难点以及定量数据缺乏的难点,通过科学的分析方法的应用,将复杂因素问题简单化,寻找出最易导致深厚覆盖层水电钻探卡钻事故的因素为覆盖层物质组成因素,极大地提高水电钻探工作的有效性。将该方法应用于牙根二级水电站工程实例中,取得了较好的效果,具有一定的工程应用价值。
首次在水利水电勘查行业采用水平导向钻进+水平段螺杆马达取心+地球物理测井组合工艺技术,实现了珠江三角洲水资源配置工程狮子洋主航道补充地质勘查,为大直径泥水平衡盾构机的顺利掘进提供了超前地质预报。通过项目的实施,成功验证了深埋长隧道传统垂直点状钻探勘查方式变革为水平线状定位取心综合勘查工艺的可行性,给一些受限于场地、气候、交通、生态、环境保护等因素所带来的无法开展传统钻探勘查工作的重大基建项目带来了新的勘查方法。
水电工程灌浆钻孔施工过程中对单个或多个位置孔的钻孔、成孔以及灌浆的工作参数进行实时检测、监控是很重要的。本文结合各项钻进参数检测,探讨了配套立轴式钻机钻探装备的钻进参数检测与监控系统,介绍了各过程参数的检测原理和方法,并通过实际施工试验改进提升;该系统适应性好,功能基本满足数字化采集、显示以及输出并能进行一定程度的信号预处理以达到“可视化”钻进的基本条件。
在水电行业勘探中,通常所要求的孔斜率是不大于3°/100m,而本次监测钻孔要求孔斜不大于1.5°/100m。本文以溪洛渡水电站补充地勘工程超深监测钻孔施工为例,分析了钻孔施工中产生孔斜的因素,针对性地提出了预斜措施,并在现场逐一应用,取得了良好效果,为类似孔斜有特殊要求的钻孔作业提供了宝贵经验。
地质钻探向深部发展是必然趋势,孔内复杂情况以及孔壁失稳造成孔内事故越来越频繁。从化学以及力学方面寻找孔壁失稳的原因,通常冲洗液的失水量过大造成孔壁粘土的水化膨胀,孔壁的结构稳定以及力学平衡被破坏,这时就需要通过制定相应的技术措施,优化钻头以及取心工具,并对不同复杂地层配置相应的钻孔冲洗液。通过在一些项目上技术工艺的改进同时配合强抑制性的钻孔冲洗液,在一定程度上提高钻孔稳定性,提高了钻探效率。
布参1井峨眉山玄武岩组纵向裂隙发育,自井深717m开始至井深1969m下入技术套管为止,施工期间出现不同程度的漏失,漏失程度为中等——失返性漏失。采用随钻堵漏、水泥浆堵漏、桥接材料堵漏、顶漏强钻等工艺进行处理,确保了该井顺利施工完钻,为今后钻遇类似地层制定施工方案提供基础数据。
钻探施工中经常会遇到钻孔漏失,严重时会造成孔口失返的情况。当采取顶漏钻进工艺时,因孔内钻井液循环情况无法直接观察,为避免抢先钻进造成烧钻等事故,合理的冲孔工作和技术措施是保障安全施工的重要手段。在阐述顶漏钻进钻机正常辅助操作的基础上,细分孔口失返可能出现的4种情况,包括:冲孔有泵压、冲孔无泵压无稳定水位、冲孔无泵压有稳定水位、冲孔无泵压且地层易糊钻等情况,提出了相关冲孔工作注意事项和必要技术措施,供钻探施工技术人员参考。
在可能发生井喷的地区进行钻井作业,预防井喷成为关键。井喷预防主要包括井控设计,应急预案编制、井控装置有效性试验、钻井各工况的防喷演练、应急响应启动等。作者通过ZK001井施工过程中井喷险情成功处置的经验总结,发生后,井队沉着应突发井喷成功处置的一些具体做法值得业内同行借鉴。
贵州贞丰烂泥沟金矿钻探项目开工后,方位倾角屡屡出现偏差。在对测斜仪,钻机安装等问题进行排查后,发现钻孔偏斜主要是由于地层倾角大且软硬互层造成岩石各面受力不均。针对钻孔偏斜,目前国内有螺杆钻纠斜技术,但成本较高。地质钻探工作者采取了加入扶正器进行导正的方法,但效果不理想。针对项目现场的具体情况,技术组对采用加大钻头扩孔,钢粒(携带石英砂)钻进、特制扩孔器钻头扩孔、螺杆马达纠斜等方案进行了论证。在做好相关措施防斜后采用了简单且成本较低的钢粒(携带石英砂)钻进的方法纠斜,纠斜成功并达到地质目的。
钻探施工组织设计是针对钻探项目特点,为预先做好施工部署,实现施工目标而进行的钻探质量、安全和环保等方面的策划。结合相关规范标准,提出钻探施工组织设计的编写原则、内容和步骤等,并以施工部署和资源投入为重点阐述了某较大型钻探项目的施工组织设计。最后提出,钻探施工组织设计可有效避免单纯经验管理存在的不足,不断的总结、积累和完善可使其更加具有指导作用。
老挝沙耶武里省巴莱县孔沙湾金矿位于老挝西北部,金矿主要赋存于印支期中-酸性火山岩脆-韧性剪切破碎蚀变带中,矿体主要以超薄型矿脉产出,不受岩性控制。脆-韧性剪切带内由无数呈北北东向延伸及相对平行排列的脆-韧性剪切裂隙组成,并又相对集中,含金褐铁矿或黄铁矿脉不均匀充填其间,形成较为厚大的单脉状、复脉状、透镜状、似层状金矿体,并有分支、复合、膨胀、收缩、尖灭再现、尖灭侧现等现象。在印支期中-酸性岩体外接触带及俘虏体中主要发生了不同程度的一系列角岩、角岩化热液蚀变-交代变质作用;1∶2000化探资料表明,重要的见矿金异常都有Hg、As、Sb元素异常套合、重叠,反映了该区有较强的低温热液活动,是矿区矿物沉淀与富集的重要因素。
南坡金矿是在老挝西北部地质空白区上发现的一座大型金矿。本文通过技术集成创新攻克关键难题,创造性地提出了“大比例尺蚀变地质填图+高分辨率遥感信息提取+多元素地球化学勘查+高精度电磁测量”的快速评价技术方法组合,首次建立了南坡金矿的成矿模型,提高了选矿回收率,创新成果达到同行业领先水平,为老挝构造蚀变岩性金矿勘查开发提供了技术示范。
四川会理黑箐铜矿位于扬子地块西缘的康滇地轴中段,为典型的黎溪式铜矿。矿体呈似层状、透镜状赋存于会理群通安组二段二层石英白云石大理岩中,属沉积变质型铜矿床。矿体受层位及岩相控制明显,成矿作用与围岩的化学成分密切相关,铜矿主要富集在Al_2O_3低、CaO高、MgO高的层位中;围岩的硅化、碳酸盐化等蚀变有利于元素的局部迁移富集。
《四川地质学报》编辑部
四川省成都人民北路一段25号国土资源厅人北综合楼四川地质学报编辑部