马坑铁矿钻探复杂地层特点与主要技术难题

如题所述

推荐答案 2020-01-17

马坑铁矿主要赋存于闽西南凹陷带晚古生代地层。由于马坑铁矿区岩性极复杂、岩相变化极大、断裂与褶皱十分发育等原因，属于极复杂地层，钻进难度很大。

复杂地层是指那些对钻孔结构、钻进时效、钻进质量、孔壁稳定及安全钻进有重大影响的地层，如松散地层、破碎地层、水敏地层、漏失地层、易斜地层、卵砾石层、流砂层、有溶洞和暗河的地层等。在复杂地层钻进，由于地质因素、工程因素、物理化学因素等原因，常造成坍塌与掉块、超径、缩径与孔壁失稳而引发卡（埋）钻、糊钻、烧钻、钻杆折断等事故，导致施工效率低、钻探成本高等问题，严重时造成钻孔报废等。

根据统计资料，马坑铁矿各阶段勘查钻探普遍存在效率低、成本高等问题，如：1976～1982年，马坑铁矿勘探会战台月效率138.7m/台月，机械钻速0.61m/h，报废工作量4631.57m（原因：孔斜、孔内事故、岩矿心采取率不足）；2010年起，马坑铁矿外围深部找矿勘查先期完成的4个钻孔、钻探工作量4460m，也存在钻探效率低（台月效率150m左右）、成本高（ZK7924仅材料费高达784元/m）等问题。

7.2.1 马坑铁矿复杂地层的钻探特点

马坑矿区的地层特点是浅部风化带破碎且厚，中部溶洞多、裂隙发育，深部矿体厚、埋藏深。马坑铁矿勘查钻探难度大，主要原因有地层特别复杂和断裂褶皱十分发育两个方面。

（1）矿区地层对钻探的影响

马坑铁矿地层特点及其常发生的钻探问题见表7.1。

表7.1 马坑铁矿地层特点及其常发生的钻探问题

（2）矿区地质构造对钻探的影响

矿区位于龙岩凹陷盆地南东缘、马坑断陷盆地内，主要构造为背斜。矿床处于马坑背斜的北西翼，总体形态为单斜构造，单斜之上发育紧密相伴、幅度不一的背向斜皱褶构造：皱褶轴向北东25°～35°，轴面倾向北西，沿着波状起伏，主要发育在57～78线。区内发育F₁～F₁₄及溪马河断层，对钻探施工影响较大的为F₁、F₂、F₁₄断层，几乎贯穿矿区南北。地质构造对勘查钻探的主要影响表现为：

1）皱褶两翼易孔斜，钻孔常因孔斜偏大等原因，进行纠斜或重打；轴心部分岩石较为破碎，取心困难。

2）断层破碎严重，取心和护壁困难。在挤压剪力严重的孔段，岩性呈软泥状存在（常称“断层泥”），怕冲洗液冲刷，孔壁极为不稳定，断层产状陡时孔内复杂情况更为严重。

3）部分断层钻孔漏失严重，钻进护孔困难。因孔内严重漏失，经常采取顶漏钻进而造成护孔困难、卡钻（埋钻）事故。

7.2.2 马坑铁矿钻探的主要技术难题

通过深入的研究，确定了马坑矿区主要存在四个方面的钻探技术难题。

（1）浅、中、深部复杂地层的护壁堵漏问题是最关键性的技术难题

1）浅部：风化泥岩、砂质泥岩多为水化膨胀地层，风化粉砂岩、石英砂岩破碎，构造破坏等引发孔壁“下漏上塌”，治理难。

2）中部：文笔山组与栖霞组地层接触带为厚度约30m、一般全孔漏失的成岩裂隙，灰岩地层大小不一、成串、洞内含充填物（泥砂、漂砾等）的溶洞多，有的溶洞与地表和地下裂隙串通等构成长孔段、多特征复杂地层，治理难度大。

3）深部：部分断层孔段存在松散、破碎的全漏失层，特别是深部强径流、大漏失层的堵漏难度极大。

4）在挤压剪切严重的孔段，岩性呈软泥状存在（常称“断层泥”），怕冲洗液冲刷，孔壁极不稳定。断层产状陡或处于钻孔深部时，不良孔内状况更加严重。

（2）层理节理发育、接触带裂隙发育、软硬不均等地层普遍存在，易发生孔斜问题

易发生孔斜问题的孔段：浅部换层频繁，层理、节理发育，岩层产状陡等；泥岩与灰岩接触带裂隙发育；石炭系船山组（C₃c）中、下部燧石灰岩，软硬不均；背斜褶皱两翼，等等。