一、前言
　　我隊(duì)是一個(gè)以找金為主的綜合地質(zhì)隊(duì)，建隊(duì)30多年來主要在膠東半島西北部進(jìn)行金礦的普查、勘探工作，在已探明的33個(gè)金礦中有5個(gè)特大型和1個(gè)大型金礦都是在招（遠(yuǎn)）—平（度），龍（口）—萊（州）和三山島—倉上三條斷裂帶及兩面上找到的，均屬構(gòu)造破碎帶蝕變巖型金礦。該類型金礦有較穩(wěn)定的主裂面，沿主裂面幾厘米—幾十厘米厚的灰黑色斷層泥、并有幾十米—上百米的構(gòu)造破碎巖帶。隨著多次的構(gòu)造活動(dòng)，沿構(gòu)造帶貫入的含礦熱液對(duì)圍巖發(fā)生滲透、擴(kuò)散、交代作用，形成了具有鉀化、硅化、絹云母化、高嶺土化、黃鐵礦化及碳酸鹽化的含礦蝕變帶、蝕變帶內(nèi)的斷泥層、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖具有強(qiáng)烈的水敏性、膠結(jié)性和穩(wěn)定性很差，因此在上述地層中鉆進(jìn)時(shí)極易發(fā)生坍塌、掉塊、縮徑、漏失、取心因難等現(xiàn)象，給鉆探施工帶來諸多困難。
　　過去，我隊(duì)一直采用鋼粒大口徑鉆進(jìn)，由于工藝方法落后，效率低、成本高、質(zhì)量差，不能最大地滿足地質(zhì)工作的需要。83年推廣繩鉆技術(shù)以來，由于復(fù)雜地層護(hù)孔問題未獲全面解決和其它客觀因素影響，使這項(xiàng)技術(shù)推廣緩慢，已上馬的4臺(tái)鉆機(jī)也未能發(fā)揮出金剛石小口徑鉆探的優(yōu)越性，87年在劉廣志總工程師指導(dǎo)下，開始試驗(yàn)應(yīng)用推廣壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)，經(jīng)過5年多的實(shí)踐與摸索，這項(xiàng)技術(shù)在我隊(duì)已日趨完善，近3年來不僅成功地解決了象倉上礦區(qū)這樣具有典型和特殊性的金礦復(fù)雜地層（硬、脆、碎、酥、糟）施工技術(shù)難題，而且全隊(duì)的探礦工程連年取得了十分顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。
　　二、壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)的基本理論
　�、艍毫ζ胶庠�理
　　壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)的實(shí)質(zhì)，就是要求施鉆人員，在正確掌握地層壓力和地層壓漏或壓裂壓力的前提下，必須合理地調(diào)控作用于環(huán)空的各種外壓力，使鉆孔壓力的總和無論在何種狀態(tài)下，都始終等于或稍大于地層壓力，但卻小于地層的壓漏或壓裂壓力，以數(shù)學(xué)式表示：
　　Pfrac＞Pw≥Pf⑴
　　用當(dāng)量密度表示上述壓力⑴式又可寫為：
　　Efrac＞Ew’≥Ef⑵
　　式⑴、⑵中：
　　Pfrac、Efrac分別表示地層壓漏或壓裂壓力（MPa）及其當(dāng)量密度（Kg/m3）
　　Pw、Ew分別表示鉆孔壓力（MPa）及其當(dāng)量密度（Kg/m3）
　　Ef；Efrac是地層所固有的，它限定了鉆孔壓力的上限和下限。只有EW可以人為調(diào)節(jié)，在一般情況下應(yīng)使EW稍大于Ef，而且大大低于Efrac，這樣施工最安全。
　�、沏@孔各種壓力確定依據(jù)
　　鉆孔孔壁在地下的受力狀態(tài)是復(fù)雜的，既有地下地層本身所固有的內(nèi)壓力（地層壓力和地層上覆壓力），又有人為施加壓力的外壓力（環(huán)空壓力）。內(nèi)壓力和外壓力在目前的小口徑鉆探中式很難確定的，只能對(duì)其作一些粗略或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)以供參考，據(jù)有關(guān)資料介紹，各種壓力的確定為：
　�、诺貙訅毫�
　　地層壓力是指地層孔隙中流體的壓力，金礦地層中的流體是水，因此，地層壓力實(shí)際上是地層水的壓力。
　　如果地層含水Ef值一般在800—900Kg/m3以下，高于1200Kg/m3者極為罕見。如果地層不含水，尤其是開放式的構(gòu)造，則地層壓力大多數(shù)為0。
　　⑵壓漏或壓裂壓力
　　完整致密地層Efrac＞3000Kg/m3；
　　泥質(zhì)膠結(jié)的地層Efrac＞2300Kg/m3；
　　非膠結(jié)的破碎帶、節(jié)理或裂隙地層Efrac≈（1.04～1.08）Ef
　　孔深小于200m時(shí)取上限，較深時(shí)取下限。
　�、黔h(huán)空外壓力
　　環(huán)空外壓力（用當(dāng)量密度表示）由下述壓力組成；
　　EW泥漿柱靜壓力Em
　　液動(dòng)壓力Ed環(huán)空壓力降Eα
　　躍動(dòng)壓力Eδ粘滯波壓力Ev
　　慣性波壓力Ei
　　結(jié)構(gòu)波壓力Eg
　　除泥漿柱靜壓力外，其它四種壓力都是動(dòng)壓力。環(huán)空外壓力式上述五種壓力的總和。在不同工況下，環(huán)空外壓力的組合是不相同的，見表1。

　　各種壓力的當(dāng)量密度計(jì)算式為：
　　1、 泥漿柱靜壓力的當(dāng)量密度
　　Em=ρ⑶
　　ρ—孔內(nèi)沖洗液的密度。
　　2、環(huán)空壓力降的當(dāng)量密度
　　2
　　Ea=f12ρVa
　　───⑷
　　Dg
　　Va—環(huán)空平均流速
　　3、 構(gòu)波壓力的當(dāng)量密度。
　　4īg
　　Eg=───⑸
　　Dg
　　īg=0.511Qg
　　4、 粘滯波壓力的當(dāng)量密度
　　2
　　Ev=f12ρVa
　　───⑹
　　Dg
　　Va=1.5（Kf+Kd）Vp⑺
　　22
　　Dp-Do
　　Kd=──────
　　222
　　Dh-dp+Do
　　Vp—起下鉆速度
　　Kf—沖洗液的粘性系數(shù)，一般情況下取Kf=0.45
　　DH、Dp和Do分別為孔徑，鉆桿外徑和內(nèi)徑。
　　5、 慣性波壓力的當(dāng)量密度
　　ρhaаp
　　Ei=──────
　　g
　　аp—鉆具的加速度
　　三、壓力平衡技術(shù)在金剛石繩鉆中應(yīng)用要點(diǎn)
　　根據(jù)壓力平衡鉆進(jìn)理論、在金剛石繩索取心鉆進(jìn)中必須有效地調(diào)控動(dòng)壓或動(dòng)壓、靜壓同時(shí)調(diào)控才能取得壓力平衡鉆進(jìn)的效果，而調(diào)控上述壓力應(yīng)當(dāng)解決以下幾方面的問題：
　　⑴金剛石繩鉆最突出的技術(shù)特點(diǎn)是鉆具、鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙小，鉆進(jìn)過程中，沖洗液循環(huán)的上返流速、流動(dòng)阻力非常大，這對(duì)不穩(wěn)固地層的孔壁穩(wěn)定極為不利，動(dòng)壓力是影響小口徑鉆孔孔壁穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，是首先需要解決的問題。在目前金剛石繩鉆技術(shù)中，解決這個(gè)問題最好的方法就是加大鉆頭和擴(kuò)孔器的外徑，降低沖洗液的上返流速和流動(dòng)阻力，以實(shí)現(xiàn)壓力平衡達(dá)到安全鉆進(jìn)的目的。
　　⑵根據(jù)公式⑷可以看出，環(huán)空壓力降得大小與環(huán)空平均流速Va平方成正比，而Va的大小是由泵量和泵壓來決定的（當(dāng)環(huán)狀大面積為定值時(shí)），因此，在沖洗液能夠滿足冷卻和排粉的需要時(shí)，應(yīng)盡可能地降低泵量和泵壓。
　�、菦_洗液的類型及性能是調(diào)控鉆孔靜壓的主要手段，因此在滿足護(hù)壁、清孔的條件下，應(yīng)盡可能選用無固相、低粘度的沖洗液。
　　⑷根據(jù)表1可以看出，環(huán)空外壓力的最大值（正值）為下鉆加速期；最小值（負(fù)值）為提鉆加速期，在這兩種工況條件下，最容易使鉆孔壁壓裂或壓漏和抽吸井涌或坍塌，在實(shí)際操作中嚴(yán)格控制提下鉆速度，堅(jiān)持回灌這也是人為調(diào)控鉆孔動(dòng)壓力的有效方法。
　　四、鉆進(jìn)工藝方法選擇
　　我隊(duì)自推廣壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)以來，主要采取以下工藝技術(shù)方法：
　�、陪@孔結(jié)構(gòu)
　�、僖话愕貙硬捎萌�級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)
　　即φ91mm（合金）→φ75mm（金剛石）→φ50mm（金剛石）
　�、趶�(fù)雜地層采用四級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)（如倉上、大尹格莊礦區(qū)）
　　即φ110mm（合金）→φ91mm（金剛石）→φ75mm（金剛石）→φ59mm（金剛石）
　　⑵金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器
　�、俳饎偸�鉆頭
　　根據(jù)不同礦區(qū)、金剛石鉆頭的外徑分別加大1、1.5和2.5mm；鉆頭水口由原來13×5×4mm（長(zhǎng)×寬×深）改為15×7×6mm；
　　②擴(kuò)孔器
　　擴(kuò)孔器除隨鉆頭外徑加大而相應(yīng)加大外，主要是選擇了寬水槽（由原來的16條改為10條），且將水槽在鋼體部位加深1mm；
　　⑶沖洗液
　�、僭诘貙油暾�孔段選用清水+皂化油或清水+PAM沖洗液。
　�、谠趶�(fù)雜地層孔段采用24＃—1型優(yōu)質(zhì)無固相沖洗液其配方為：1立方米水中加入PAC141—2Kg,KHm—2—4Kg；PAM—0.5Kg。
　　

⑷鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)
　　①鉆壓：
　　由于加大了鉆頭直徑，鉆頭底唇面積也相應(yīng)增加，因此鉆壓要比常規(guī)口徑大一些，一般選擇為：
　　φ59mm口徑P=10-20KN
　　φ75mm口徑P=15-30KN
　�、谵D(zhuǎn)數(shù)：
　　根據(jù)不同地層轉(zhuǎn)數(shù)一般選擇為：
　　φ59mm口徑д=610—1096r∕min
　　φ75mm口徑д=500—320r∕min
　　③泵量
　　根據(jù)壓力平衡鉆進(jìn)原理，泵量的大小，直接影響環(huán)空外壓力的大小，因此在滿足冷卻和清孔的前提下要盡可能地降低泵量，但由于受水泵檔位的限制，我隊(duì)主要采取兩種泵量，即：
　　φ59mm口徑Q=361∕min
　　φ75mm口徑Q=35—601∕min
　　五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果
　　自87年推廣應(yīng)用壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)以來，我隊(duì)探礦生產(chǎn)開創(chuàng)了一個(gè)新局面，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。
　�、殴タ肆藦�(fù)雜地層鉆探施工的技術(shù)難題
　　倉上礦區(qū)具有幾十米一百余米的含礦蝕變構(gòu)造帶、蝕變帶內(nèi)的斷層泥層、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖不僅具有強(qiáng)烈的水敏性，而且膠結(jié)性也很差，多年來倉上礦區(qū)一直是隊(duì)上鉆探施工難度大的礦區(qū)，尤其推廣小口徑金剛石鉆探的難度更大。90年在隊(duì)組織的倉上礦區(qū)會(huì)戰(zhàn)中，參戰(zhàn)的6臺(tái)小口徑鉆機(jī)全部采用了壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)，使得完工的78個(gè)鉆孔中，只有2個(gè)因機(jī)臺(tái)誤用了含鈉離子為768.68毫克當(dāng)量的鹽池邊溝里的水配制沖洗液致使孔內(nèi)坍塌而被迫換徑外，其余鉆孔均為一徑終孔（φ76.5或77.6）未發(fā)生處理時(shí)間超過24臺(tái)時(shí)的坍塌孔內(nèi)事故。倉上會(huì)戰(zhàn)中，我們采用壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)，不僅提前，保質(zhì)地完成了勘探任務(wù)，而且還對(duì)外徑加大1、1.5、2.5mm金剛鉆頭及鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)，取得了豐富的試驗(yàn)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了隊(duì)伍，提高了機(jī)臺(tái)的技術(shù)素質(zhì)。
　�、仆茝V應(yīng)用壓力鉆進(jìn)技術(shù)后，小口徑臺(tái)月效率每年遞增，已由87年的391米提高到759米（92年1—5月）；優(yōu)質(zhì)孔率由87年的95%提高到100%（90—91年），這兩項(xiàng)指標(biāo)創(chuàng)我隊(duì)歷史最好水平。
　�、怯捎诓捎脡毫ζ胶忏@進(jìn)技術(shù)，極大地減少了孔內(nèi)事故，提高了效率，使機(jī)臺(tái)臺(tái)年進(jìn)尺提高，實(shí)現(xiàn)了少開多進(jìn)，降低了鉆探成本，我隊(duì)臺(tái)年實(shí)際進(jìn)尺已由87年的1848米提高到91年的3120米。鉆探成本僅92年1—6月就比91年同期就節(jié)約33.85萬。
　�、�90—92年（3—5月）鉆探主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表3

　　六、幾點(diǎn)結(jié)論
　�、艍毫ζ胶忏@進(jìn)技術(shù)是解決金礦復(fù)雜地層鉆探施工的一條有效途徑。
　�、芐75+1、S75+1.5mm、S75+2.5mm金剛石鉆頭，在金礦復(fù)雜地層施工都可以滿足壓力平衡鉆進(jìn)的條件，但要據(jù)地層的復(fù)雜程度靈活掌握。
　�、菄�(yán)禁帶內(nèi)管提下鉆，嚴(yán)格控制提下鉆速度，是避免人為造成孔內(nèi)坍塌的有效措施。
　�、雀鶕�(jù)地層情況合理使用沖洗液既是保障安全鉆進(jìn)也是降低成本的重要措施。
　　由于時(shí)間倉促，加之本人水平有限，文件難免有不當(dāng)之處，因此，懇請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)和同志們批評(píng)指正。
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、劉廣志主編《金剛石鉆探手冊(cè)》地質(zhì)出版社1991
　　2、胡浦元《淺談壓力平衡鉆進(jìn)技術(shù)在金剛石小口徑鉆探中的應(yīng)用》講義、山東地礦局
　　

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