淮北市袁店深部勘探區(qū)煤炭普查9－2地質(zhì)孔施工工藝技術(shù)

王緒春

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)，安徽 宿州 234000)

1 概述

隨著我國(guó)煤炭事業(yè)的興起，逐步向深部進(jìn)行勘察，鉆探技術(shù)也在不斷的提高。2009年安徽煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì)在中央基金項(xiàng)目袁店勘探區(qū)施工1 610 m的地質(zhì)勘探鉆孔，由于地質(zhì)條件較為復(fù)雜，鉆孔又特別深，而且也是建隊(duì)以來(lái)第一次施工這么深的鉆孔，風(fēng)險(xiǎn)大，壓力重。我單位組織相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)認(rèn)真仔細(xì)的研究決定，制定了一系列的鉆探技術(shù)措施，特別是選擇施工鉆探人員方面也是隊(duì)最強(qiáng)的力量。因事先沒(méi)預(yù)料地層的復(fù)雜性，在施工期間遇到了很多想不到的問(wèn)題，但都一一克服了，成功的完成了這一艱巨任務(wù)，成井后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足合同要求，不但打破了我的歷史紀(jì)錄，而且在提高鉆探技術(shù)方面推向了新的臺(tái)階

1.1 地質(zhì)條件

第四系(Q)由粘土類(lèi)、砂類(lèi)等組成，總厚度為246.45 m，其中大部分粘土層為高膨脹潤(rùn)土，遇水形成水化膨脹，縮徑較嚴(yán)重，是本孔施工中難點(diǎn)之一;砂層易坍塌，擴(kuò)徑使泥漿破壞的太嚴(yán)重，泥漿性能的保持和維護(hù)難度較大。

基巖段礫石層厚20 m，風(fēng)化帶厚30 m，風(fēng)化帶到處80 m全部是紅層，紅層相對(duì)較軟，容易產(chǎn)生破碎和掉塊。以下的基巖層主要以砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖為主，終孔層位于10煤層下40 m的一灰。有9層煤，其中8號(hào)煤層頂板為破碎帶，坍塌漏失較嚴(yán)重，這也是施工中的又一難點(diǎn)。

1.2 質(zhì)量要求

(1)本孔設(shè)計(jì)孔深1 450 m(實(shí)際完成深度1 610 m)要求穿越9層煤，終孔至C3。

(2)全孔取芯

(3)可采見(jiàn)煤點(diǎn)全部采取煤芯樣并參于驗(yàn)收。(4)鉆孔水樣。

2 鉆探設(shè)備

TXB－1600A型鉆機(jī)，該鉆機(jī)配有水剎裝置，水剎車(chē)機(jī)構(gòu)操作省力自如，能減少卷筒、閘帶、鋼絲繩等零件的磨損，消除升級(jí)系統(tǒng)的沖擊力，保證下鉆的安全;鉆塔為四角22 m加重型井架;NBB－250/60泥漿泵一臺(tái);6135型柴油機(jī)一臺(tái)。

3 鉆孔工藝

3.1 工藝流程

根據(jù)施工此井的設(shè)備配置情況、井深鉆孔結(jié)構(gòu)及地層情況，經(jīng)綜合分析，采取以下成井工藝流程:采用 φ110 mm、φ94 mm復(fù)合片，品型合金、高檔肋骨、金剛石取芯鉆頭取芯至孔深度、擴(kuò)孔下管及固井、見(jiàn)煤與取煤、泥漿的配制與使用。

3.2 鉆孔

為了確定地層層位，提供準(zhǔn)確資料，本孔要求全取芯。一開(kāi)孔采用φ110 mm硬質(zhì)合金肋骨取芯鉆頭取芯，巖芯管為長(zhǎng)7 mφ89 mm取芯至交界面處。為防止孔斜，開(kāi)孔輕慢轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)一定深度后加入總長(zhǎng)度為90 mφ83 mm的鉆挺加壓導(dǎo)正，使鉆桿處于拉伸狀態(tài)實(shí)現(xiàn)減壓鉆進(jìn);二開(kāi)進(jìn)入基巖后采用φ94 mm硬質(zhì)合金高檔肋骨取芯鉆頭鉆進(jìn)，此鉆頭合金出刃高，組數(shù)多，合金排列均勻有效，最適應(yīng)于軟巖石。在本孔中克取經(jīng)層達(dá)到每小時(shí)3.50 m以上，效率極高。遇到稍硬巖石選擇φ94復(fù)合取芯鉆頭取芯鉆進(jìn)，特硬巖石用φ94金剛石取芯鉆頭鉆進(jìn)根據(jù)巖石的軟硬程度交替使用，直至C3終孔停鉆。

當(dāng)鉆孔施工到1 200 m鉆具提至210 m時(shí)，出現(xiàn)輕微的“鍵槽”現(xiàn)象，經(jīng)上下反復(fù)多次竄動(dòng)鉆具，才使鉆具提出井口，后用擴(kuò)孔器擴(kuò)大口徑消槽，才使隱患解除。隨著鉆孔的進(jìn)一步加深，施工到1 500時(shí)“鍵槽”再一次發(fā)生，而且相當(dāng)嚴(yán)重，已無(wú)法再進(jìn)行下一步的施工，后采用擴(kuò)孔套管隔離的方法順利終孔。

3.3 擴(kuò)孔下管及固井

用φ168 mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔到完整巖石(394 m)，下φ127 mm厚φ8 mm的無(wú)縫鋼管座實(shí)在硬巖石上。套管底口做“喇叭”形狀，能使上下鉆具順暢。每根套管管口用絲扣連接，連接處緊牢，用電焊點(diǎn)死，形成一個(gè)整體，在鉆進(jìn)中套管不容易脫節(jié)。下好套管后整個(gè)管外用高標(biāo)號(hào)水泥固井，等凝固72 h。

4 見(jiàn)煤與取煤

4.1 見(jiàn)煤

施工煤田地質(zhì)孔守煤是很重要的，通常表現(xiàn)為:正常鉆進(jìn)時(shí)，拉力表指針突然跳到原鉆具重量、鉆機(jī)滾筒速度突然加快、給不上壓力等等。

4.2 取煤

取煤采用的是雙管單動(dòng)(外管φ89 mm，內(nèi)管φ73 mm，長(zhǎng)1.86 m)取煤器。取煤前調(diào)整好內(nèi)外管鉆頭的間隙(2 mm左右)，下到孔底先沖孔，等孔底沖洗干凈后，采用低泵量、中轉(zhuǎn)速、逐步增壓力的鉆進(jìn)參數(shù)。在本孔中煤的采取率達(dá)到90以上。

5 鉆探泥漿

本孔泥漿配制為“雙聚”泥漿，主要化學(xué)要化學(xué)材料:膨潤(rùn)土、水解聚丙烯晴、聚丙烯烯胺和純堿，配制后的泥漿性能如表1。

泥漿類(lèi)型 密度(g cm－3) 粘度/s pH“雙聚”泥漿1.00 ～1.10 20 ～25 8失水量 ml(30 min)－1 含砂量 % 膠體率%12～15 5 95

此泥漿失水量小，泥皮薄，流變性能好，泵壓低，孔底干凈，攜帶巖粉

能力強(qiáng)，效率高。本孔在實(shí)際應(yīng)用中效果及佳。

6 鉆井遇到的問(wèn)題及處理方法

6.1 縮徑

由于上部多為粘土層，粘土礦物遇水后，表面水化及滲透水化嚴(yán)重，孔徑縮小，從而導(dǎo)致起下鉆卡阻。

處理方法:

(1)用自制的捋孔器定期進(jìn)行捋孔;

(2)嚴(yán)格控制pH值，使之不超過(guò)9，以防氫氧根離子增加粘土礦物的水化能力;

(3)提高鉆進(jìn)速度，，最大限度地縮短泥漿在井內(nèi)的侵泡時(shí)間;

6.2 鍵槽

在1 200 m時(shí)出現(xiàn)了輕微的鍵槽，在1 500 m處出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的鍵槽，只要提鉆具到210 m左右遇到粗徑鉆具(鉆鋌)卡阻相當(dāng)嚴(yán)重，已無(wú)法在進(jìn)行下一步的施工。

處理方法:

(1)消槽:用擴(kuò)孔器由上部加大孔徑每米每根的進(jìn)行加尺擴(kuò)槽，一直到交界面處;

(2)下套管隔離鍵槽;

6.3 破碎坍塌漏失

在鉆探施工中大多數(shù)鉆孔都陳在不同程度的漏失，對(duì)于孔口不反漿或反漿很小的鉆孔，必須停鉆進(jìn)行堵漏。在本孔8號(hào)煤上部有近10 m的破碎帶，坍塌嚴(yán)重，反復(fù)沖掃都沒(méi)有效果，孔內(nèi)巖消依然堆積太多，而且漏失較嚴(yán)重。

處理方法:

(1)在泥漿中加入801堵漏劑、加鋸末在鉆桿內(nèi)灌入進(jìn)行堵漏。801堵漏劑是由刨花楠、CMC等高分子化合物處理而成的復(fù)合材料，它遇水后能產(chǎn)生交膠反應(yīng)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)堵塞裂隙通道。

(2)增加泥漿的粘稠度，降低比重，減少固相含量。泥漿調(diào)配好后，在孔底反復(fù)沖掃研磨，使坍塌的巖石大塊變小塊，小塊變粉末，隨著泥漿攜帶出井口。

(3)在鉆進(jìn)工藝上要選擇合適的泵量，在環(huán)空中保持層流，以避免因紊流沖刷而加劇剝落坍塌。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)泥漿是施工深孔最重要的環(huán)節(jié)，它就象人體的血液一樣必不可少，稍有疏忽，就會(huì)造成事故的頻繁發(fā)生，所以應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把好泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)，可根據(jù)不同的地層和層位及時(shí)調(diào)整泥漿的性能。

(2)淮北的第四系地層多為粘土層和砂層組成，粘土層遇水形成水化膨脹，縮徑較嚴(yán)重。在這個(gè)孔沒(méi)有下入套管的施工期間，平均每三到五天要用自制的捋孔器重新順孔，否則就會(huì)找不著原孔。砂層膠結(jié)性差，漏失水較明顯，易坍塌。隨著鉆孔深度的增加、泥皮的增厚，在粘土層中慢慢的會(huì)形成一個(gè)溝槽，也就是“鍵槽”。所以在施工超深孔時(shí)，建議先下入套管隔離新地層，以防止第四系地層縮徑、坍塌和鍵槽等事故的發(fā)生。