892金矿项目钻探技术革新情况的回忆
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生活
2024-02-01 09:04
陕西
892国家级金矿项目包括拾金坡和小宛南山两个工作区，是212大队发现并勘探的金矿床。从1987年到1992年，投入了大量人力物力，围绕降低成本，提高效益，确保成果的目标开展技术攻关，在推广完善小口径金刚石工艺技术、新方法的引进消化、护孔堵漏技术的应用等方面均取得较好成效，成果转化率几乎达到百分之百。当时我担任探矿工程科科长，作为技改方案的策划和实施者，现对当时钻探技术方面的情况做以下回顾。一、推广Φ76㎜小口径金刚石钻探工艺，创新双管金刚石钻头代替单管钻头取芯获得成功。1987年，找金大会战拉开了序幕。十三分队率先在拾金坡采用S56㎜绳索金刚石取芯工艺施工三个钻孔，取得较好效果，也暴露出一些问题，取出的岩芯太细，直径只有30㎜，留不成副样。大队总工李纪刚和大队长左珍仲问我有没有解决办法,我认为可以采用φ76㎜常规金刚石钻探。一般使用双管钻具和钻头,弊端是对泥浆性能要求高,易出现堵芯或烧钻。考虑到工作区含矿岩层比较完整,制定了φ76㎜金刚石单管钻进取芯方案。钻具柱使用φ54×6.5㎜内丝钻杆连接,钻进岩芯管用φ73×4.5㎜地质管,粗径配管时去掉内管和内管长短节,外管沿用金刚石扩孔器和φ76㎜双管金刚石钻头、卡簧座及卡簧。创新点是在双管金刚石钻头卡簧座内安装了一个小短节,小短节下面藏有卡簧便于卡断岩芯。取出的岩芯直径超过φ50㎜，能从中间完整切开,达到了取样分析和留副样的技术要求。据统计，892项目80%以上的工作量,都是采用的双管钻头代替单管钻头取芯钻进,平均台月效率500米左右。这项技术改进还有个更早的渊源。1977年在革命沟工区外围十二分队207号机开展了φ56㎜小口径金刚石工艺试验。我是实习技术员，与刘雍邦工程师共同研制了去掉双管钻具内管，在双管钻头内装置一个小短节，变双管钻头为单管钻头取芯，试验初获成功，没想到十年后在892项目中稍加改善得到大力推广。892项目两大工作区部分地段岩体产状陡、倾斜角度大，极易出现钻孔弯曲，偏离设计靶区，导致漏矿或报废工作量。我提议引进定向纠斜机具，得到队领导支持。杨东江和蒋兴利赴成都探矿工艺研究所，参加培训后购置了LZ-73型连续造斜器和配套的BD-14摆锤定向仪。当时这套专门用于硬岩的机具刚问世不久，处于国内领先水平。LZ-73型连续造斜器是滑块式造斜器，既能纠方位又能纠顶角。它是利用本身钻具的特殊机构在一定钻压情况下产生的偏斜力,实现精准施工分枝定向孔以及单孔定向造斜、纠斜,并能同径造斜一次成功,为硬岩小口径金刚石钻探治理产状陡地层及多变地层提高见矿率拓宽了领域。
实例一：1989年拾金坡4804孔，钻进到200m时方位角严重偏离,临界报废。采用造斜器同径孔底定向纠斜获得成功,经稳斜钻进8.5 m后换Φ76㎜金刚石工艺，恢复正常钻进顺利穿过矿层，新增工业储量67kg，终孔深度362m，成为工作区见矿“王牌孔”，提交储量时受到国家储委专家高度评价。实例二：拾金坡5601孔钻进至80m时，方位超设计10º，倾角超设计2.2º。在85.71m处下入造斜器定向纠斜，进尺1m，稳斜钻进7m，测方位纠回3º，倾角纠回0.4º。换正常钻具钻至设计深度350m终孔并见富矿，达到优质孔标准。实例三：绕障处理钻孔烧钻事故。小宛南山3204孔,施工到220m发生烧钻,钻具无法提出。采用造斜器定向绕障处理：先将钻杆提出,向孔内充填硬化后下磨孔钻头磨孔形成人工孔底，然后下入摆锤定向仪确定方位角和顶角。提出仪器探管后转入定向钻进：下入连续造斜器，定向造新孔1m；提出造斜器；下短钻具稳斜钻进7.5m；提出短钻具换成φ76㎜金刚石工艺正常钻进。该孔顺利施工至270m终孔，并见矿，验收为优质孔。从生产试验情况看，LZ-73型连续造斜器的使用节约了成本，提高了见矿率，保证了工程质量。当时全国只有二十多家使用，我们212大队在引进消化新技术方面是领先的。感谢探矿技术人员杨东江、蒋兴利、叶西发、徐颜录、邵盛元现场把关指导；感谢分队领导和钻机工人的支持与配合。LZ系列连续造斜器至今仍然是国内硬岩钻探治理产状陡、不稳定多变地层定向纠斜的主要利器之一。拾金坡部分地段从地表几十米到基岩为蚀变斑状花岗岩,风化蚀变强烈,松散胶结透水性强易膨胀。施工曾下入Φ108㎜套管护壁隔离,但终孔后起拔困难甚至报废。原因是受泥浆浸泡后套管被岩石吸附包裹的太严太实，若不下套管强行钻进，则开不起高转速，影响进尺效率，上覆盖层孔径大粗颗粒岩粉排不出孔外,形成泥浆恶性循环，降低了金刚石钻头使用寿命。其次地面泥浆泵拉杆、活塞等磨损严重，停钻维修加大了成本。如何解决这只“拦路虎”？我受到PVC塑料供水管的启发：如果将PVC管作为外层管护壁，再下入钢质管保护,就能达到开高转速打金刚石工艺的要求,终孔后起出钢质套管废弃塑料管就行了。我向主管生产副队长刘春明汇报，他认为可行,也得到左珍仲大队长的支持。使用PVC管关键是管体连接技术。塑料管不带管箍，同径管体连接采用加热承插法。我与刘淑荃、杨东江、钻机机长张永璋等人研究，把工业用电高压瓷瓶装配成加热器，套入PVC管端部，温度上升管体膨胀时，立即涂抹粘结剂承插被连接管。承插后管端部外径能撑大到Φ116～120㎜，下入孔内可起到扶正套管作用。机场试验由机长张永璋、技术人员叶西发、蒋兴利等人把关。首先采用φ127×φ89㎜双动双管合金钻具，钻进到基岩上为止,下入φ108㎜PVC管。每下至孔口时用夹板卡紧固牢，手提加温器套入管端加热插接。接着下入第二层φ89㎜钢套管。最后对孔口管内外间隙进行充填加固封闭。全部工序完成后下钻替换泥浆磨孔，转入φ76㎜金刚石工艺钻进。终孔后能轻松拔出钢套管而不必处理PVC管，达到以塑代钢的目的。综合利用PVC管和钢质套管护孔取得较好效益：试验三个钻孔，累计完成工作量932 m，最浅孔163m，最深孔415m，均为80°左右的斜孔；下双层管护壁与裸眼孔钻进相比，小时钻进效率提高1.13m，台班效率提高66.80%，台月效率平均提高26.9%；且钢套管可以循环使用，成本明显下降；金刚石钻头平均寿命由裸眼钻进的18m提高到35m；停钻更换维修时间减少。
试验表明，PVC管与钢套管护孔技术可行，为推广使用以塑代钢治理复杂地层钻孔提供了经验。此研究成果曾于1992年参加核工业地质总局探矿工程学术会议交流，受到高度评价。（一）改变传统集中供给泥浆方式，设计配制单机多功能立式搅拌机，满足不同地层对泥浆性能的要求。从1956年到1987年，212大队山区钻探用泥浆一直沿用前苏联传下来的集中建泥浆站统一配制泥浆，通过水罐车或铺设管道将泥浆送到钻机现场，泥浆性能单一，无法加入处理剂调整性能，保证不了复杂地层钻探安全护孔。随着技术发展对泥浆的要求越来越高，只有制配不同性能的泥浆才能满足护孔需求。在大队生产会议上，我提出钻机现场单独配备搅拌机得到认可。左大队长要求探矿科提出技术要求，机动科阴孝义科长抓落实，并把设计新型搅拌机任务交给了大队机修厂。机修厂张聪诗厂长带领设计人员，利用库存的钻机伞齿轮等机械材料，在较短时间内设计组装了一批0.5M³带活动盖密封立式多功能搅拌机。变速箱分低速100转/分和高速500转/分两个档次。低转速用于搅拌配制一般加处理剂混合的低固相或高固相泥浆，高转速则用于搅拌配制特殊类型冲洗液。从1988年起拾金破和小宛南山的钻机全部配齐了新型搅拌机。由于体积小搬迁方便，又能配制不同泥浆，受到欢迎。（二）、选择人工钠土配制泥浆，为开展φ76㎜金刚石钻进取芯工艺创造了条件。1987年至1988年除拾金坡部分钻孔使用无固相冲洗液外，其它主要使用金昌钙基膨润土造浆，需先加碱进行预化处理后才能转化成钠基泥浆，实际上很难做到，浆液达不到钠化要求，易稠化、易堆积岩粉，金刚石钻头寿命只有20余米。我提议采用国内先进的人工钠土得到支持。1989年上半年，大队购入50吨钠土供892项目使用。抓好钻探施工设计编写与落实。按照地质设计和钻探规范，针对工作区地层特点，在编写泥浆工艺技术章节前，先由探矿科泥浆试验室的贾淑琴、杨东江和胡玉林在室内优选配方编入设计。开工后严格执行，分队的钻探技术人员监督指导，金刚石钻头平均寿命提高到30余米，成本明显降低。加强现场泥浆体系配套管理。小宛南山的机场一律配备两个4M³的水箱，分别储存清水和泥浆，孔口周围加固防渗，泥浆槽长度不短到于15m，搅拌机安放在泥浆循环槽下方，严禁搅拌机阀门出口直接对储浆箱放浆，防止冲刷搅动箱内沉降的岩粉被抽入孔内。拾金坡地形较平坦，除泥浆储备池是人工开挖加防渗措施外，其它都与小宛南山相同。两大工作区用这些办法，既节省了人工钠土，又减少了排浆污染。五、生产试验新型轻比重钠土泡沫泥浆，治理严重渗漏地层。小宛南山部分地段钻孔裂隙多产状陡，小裂隙渗漏可在泥浆中加入增粘剂控制，但较大裂隙泥浆消耗量大，孔口返水时断时续甚至不返水，极易发生烧钻事故。分队支部书记徐德东、分队长朱小增、副分队长国宝柱都多次反映。探矿科反复研究后决定采用轻比重泡沫泥浆，首先在实验室作了大量实验，以人工钠土基浆为主，加入稳泡剂和发泡剂，通过高速搅拌产生的负压液流配成轻比重防渗漏泡沫泥浆。获得室内研究结果后，我向刘春明副队长和当时负责生产经营的大队长助理许自强作了汇报，得到支持，立即定购了ABS专用发泡剂。杨东江赴小宛南山组织现场试验，分队钻探技术人员徐颜录和邵盛元大力配合。首先用500转/分钟高转速配制成钠土基浆，依次加入稳泡剂和发泡剂，在高速旋转下被吸入的空气进入泡沫体内形成密集绿豆状稳定的泡沫泥浆，比重在0.75～0.80之间，液柱压力小，携带岩粉能力强，易封堵裂隙，维持平衡钻进。现场观察泥浆消耗不明显，回转阻力小，能开起较高转速，电流值比较低。生产试验6个钻孔累计完成工作量1017m，与同区钻机相比效率平均提高20%；Φ76㎜金刚石钻头平均寿命由使用钠土泥浆时的30m，提高到40 m，节约拉水费用近20%。生产试验获得成功，表明在干旱地区严重渗漏地层钻探，使用轻比重泥浆是较好选择。在核地勘系统我队最先使用，荣获了核工业西北地勘局“改进冲洗液奖”。如今三十多年过去了，我常常想起当年领导的支持和同事们的付出，想起那些忙忙碌碌的日子，为自己没有虚度青春而欣慰。（作者简介：申庆民，212大队退休职工，曾担任212大队探矿工程科科长、大队副总工程师）申庆民先生这篇文章让我窥见了钻探技术人员的工作状态和工匠精神，故发布于此，与大家共享。
穿越时空的文字带我走进核地质系统的精彩世界，希望能分享到更多有关核地质队伍的回忆录，只要是人可查事可考的纪实性文字，我都视若珍宝。
感恩文字。
