南票煤田深部普查繩鉆工藝的應(yīng)用

劉志峰

東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì)，遼寧 錦州 121000

南票煤田深部普查繩鉆工藝的應(yīng)用

劉志峰

東北煤田地質(zhì)局155勘探隊(duì)，遼寧 錦州 121000

南票煤田位于遼西，2009-2010年在該區(qū)施工13個(gè)鉆孔，總工程量為19250m，孔深在1350m～1550m之間，施工區(qū)普遍存在“硬、脆、碎、漏”及嚴(yán)重縮徑、孔壁坍塌等復(fù)雜地層，曾被常規(guī)鉆進(jìn)視為“鉆探禁區(qū)”，這也同樣困擾著煤田繩索鉆探，在解決繩鉆施工克服復(fù)雜地層嚴(yán)重縮徑、孔壁坍塌、嚴(yán)重漏失的堵漏處理同時(shí)，通過(guò)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的改變，找到了提高硬巖鉆進(jìn)效率的途徑和手段，著重分析了繩鉆應(yīng)用中產(chǎn)生的效果及影響。

南票煤田深部；繩索工藝；應(yīng)用研究

南票煤田深部由于地質(zhì)情況復(fù)雜，硬巖層集中且厚度大，巖石硬度大，普通常規(guī)鉆進(jìn)方法難以克服，為了保證工期按時(shí)保質(zhì)的完成，采用繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝進(jìn)入該區(qū)，就成了必然選擇。由于該區(qū)設(shè)計(jì)的鉆孔全部為深孔，孔深在1350m～1550m之間，地質(zhì)情況復(fù)雜，全孔段非煤系地層皆由硬巖構(gòu)成，在鉆探施工上的具體表現(xiàn)為“硬”、“脆”、“碎”、“漏”和煤系地層遇水膨脹縮孔，使常規(guī)鉆進(jìn)不能完孔，甚至報(bào)廢，該區(qū)在鉆探施工上被視為“鉆探禁區(qū)”。

1.地質(zhì)概況

1.1 地層

該區(qū)地層屬晚古生代石炭二疊紀(jì)含煤建造，煤系上覆蓋層較厚，其巖性主要礫巖、砂巖組成，礫石成分以石英為主，含燧石礫，膠結(jié)致密；巖漿巖發(fā)育，其巖性主要為花崗斑巖級(jí)閃長(zhǎng)斑巖。該段地層巖石硬度大，可鉆性七～十級(jí)。

1.2 構(gòu)造

該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層裂隙發(fā)育，破碎帶多，極易造成鉆孔液嚴(yán)重漏失，漏失滲透參數(shù)K＞13，進(jìn)入煤系地層則為水敏性地層，遇水易膨脹縮徑，并造成鉆孔坍塌，發(fā)生埋鉆。

2.施工設(shè)備

本區(qū)鉆探施工設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 鉆探施工設(shè)備一覽表

3.繩鉆工藝的應(yīng)用

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

在綜合考慮了地質(zhì)情況、硬巖層厚度大、巖石硬度大和煤田鉆探的特點(diǎn)要求（煤芯的長(zhǎng)度及重量采取率）之外，重點(diǎn)考慮了鉆孔環(huán)狀間隙、選擇S75系列繩索取芯鉆具，并將φ75mm的鉆頭外徑加大3mm，施工鉆孔孔徑為φ78mm。

根據(jù)我隊(duì)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化鉆孔結(jié)構(gòu)，套管能不下則不下，或者少下，具體視巖層情況作選擇。我隊(duì)選擇鉆孔結(jié)構(gòu)為：用φ95mm合金鉆頭開(kāi)孔，鉆至巖層完整巖盤(pán)，下入φ89mm×4.5mm普通巖芯管作為技術(shù)套管，外壁間隙用水泥封固后，改換φ78mm孔徑繩索取芯鉆進(jìn)至終孔。為了適用繩索金剛石鉆進(jìn)的高轉(zhuǎn)速，鉆機(jī)的安裝基礎(chǔ)采用基臺(tái)木夾板安裝，要求必須穩(wěn)固。

3.2 金剛石鉆頭

金剛石鉆頭：針對(duì)該區(qū)地層的巖石物理機(jī)械特性，我們與長(zhǎng)春鉆探科研所合作研制了適巖的人造孕鑲金剛石（JR4.38-58）電鍍尖環(huán)齒、階梯尖環(huán)齒、平底等類(lèi)型鉆頭，使用效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 南票煤田深部繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

3.4.鉆孔沖洗液

根據(jù)繩索鉆進(jìn)的特點(diǎn)及施工區(qū)的地層復(fù)雜程度，選配相適應(yīng)的沖洗液，是減少孔內(nèi)事故、提高鉆進(jìn)效率、保證鉆孔順利完工的重要技術(shù)措施。在施工中選用了應(yīng)用比較成熟、具有較好流變性和護(hù)壁功能的KP共聚物不分散低固相沖洗液，其主要性能參數(shù)見(jiàn)表3。

在沖洗液性能的日常維護(hù)中，要保持低黏度、低密度、低切力，同時(shí)配合添加潤(rùn)滑劑，使其具有良好的潤(rùn)滑性，適應(yīng)金剛石鉆頭的高轉(zhuǎn)速。同時(shí)還要保證沖洗液的攜粉排砂能力。

使用配方：清水（1m3）+膨潤(rùn)土（北票長(zhǎng)河營(yíng)子200目2～4%）+純堿（0.1～0.3%），遇水化經(jīng)攪拌罐攪拌形成：基漿+2-3%KP共聚物溶液+3%FCLS+KHm(0.6～1%)。

3.5 復(fù)雜地層的處理與堵漏工藝

在施工中，該區(qū)遇到的復(fù)雜地層具體表現(xiàn)如下：

非煤系地層的裂隙、斷層、破碎帶，因巖層固結(jié)程度差，由于形成鉆孔的孔段受到鉆具的回轉(zhuǎn)和敲打，鉆具在提升和下降的速度過(guò)快，易形成鉆孔“活塞抽吸”現(xiàn)象，引起孔壁失穩(wěn)、掉快、坍塌，鉆井液的嚴(yán)重漏失也發(fā)生在該段地層。

進(jìn)入煤系地層后，砂泥巖遇水形成水化作用，體積膨脹，產(chǎn)生縮徑，同時(shí)還伴有易吸水脫落的巖層因膠結(jié)性差，受孔內(nèi)沖洗液的沖刷，孔內(nèi)地層應(yīng)力的作用形成孔壁坍塌。

在以上地層鉆進(jìn)，沖洗液必須以護(hù)壁穩(wěn)為主，兼具有較低的失水量，使其泥皮韌性好、強(qiáng)度高，以及護(hù)壁防塌功能。

表3 KP共聚物不分散低固相沖洗液

非煤系地層鉆進(jìn)中，視沖洗液性能的體現(xiàn)，特別是攜粉排砂能力，對(duì)其性能進(jìn)行微調(diào)，選擇補(bǔ)充加入PHP、CMC、KHM等處理劑。

進(jìn)入煤系地層應(yīng)在沖洗液中添加KOH，利于K+抑制砂泥巖的水化作用，保證鉆進(jìn)順利進(jìn)行。

當(dāng)鉆進(jìn)遇到黑色泥巖時(shí)，立即在沖洗液中添加KCl（不能過(guò)早加入，否則影響鉆進(jìn)效率）。

配方：基漿(膨潤(rùn)土800～1500Kg)+PHP（700～800）×10-6（濃度3%）+CMC（5～8）%+801堵漏劑濃度4%（180～250Kg）+(鋸末子 +棉籽殼)（200～300Kg）+云母粉（100Kg）。

將上述堵漏材料混合后充分?jǐn)嚢瑁瑢@具下到漏失段上方2～3m處，用特制漏斗從鉆桿內(nèi)灌入，預(yù)留一部分漿液用水泵泵入，直到泵完為止。在泵送過(guò)程中，要隨時(shí)提動(dòng)鉆具，防止鉆具滯留孔內(nèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)被吸附住。

4.應(yīng)用效果

通過(guò)采用繩鉆施工，縮短了勘探周期，共完成鉆孔13個(gè)，完成進(jìn)尺19250m，終孔評(píng)級(jí)全部為甲級(jí)、特級(jí)，甲級(jí)以上孔率100%，巖、煤芯采取率98%，平均鉆月效率達(dá)462m；繩鉆其它技術(shù)指標(biāo)也得到提高，最高提鉆間隔90h，平均提鉆間隔35h,純鉆時(shí)間利用率42%，小時(shí)平均效率1.80 m.h-1,最高達(dá)2.52 m.h-1；金剛石鉆頭平均壽命由之前25-35m，提高到55-80m,最高達(dá)132m。

由于采用最低泵量，水泵的機(jī)械磨損相對(duì)減小，易損件的損耗也相對(duì)降低，并杜絕了鉆具斷具和擼扣事故，孔內(nèi)事故率由1.7%降為零，機(jī)故率由2.1%降至0.2%，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)滿足了地質(zhì)工作的需要，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)、安全、高效，獲得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5.結(jié)語(yǔ)

在金剛石繩索取芯鉆進(jìn)中，采用小泵量參數(shù)鉆進(jìn)，能達(dá)到提高鉆進(jìn)效率，減少孔內(nèi)事故的目的。這里有三點(diǎn)須引起注意，一是沖洗液的攜粉排砂能力；二是鉆進(jìn)前，首先用大泵量沖洗鉆孔，循環(huán)好沖洗液，把孔底的巖粉一定要沖洗干凈，沖洗循環(huán)時(shí)間視孔深情況而定，一般在15～30分鐘；三是要配備一臺(tái)旋流除砂器。

［1］武漢地質(zhì)學(xué)院，等.鉆探工藝學(xué)（中）［M］.北京:地質(zhì)出版社.1981

［2］張春波,等.繩索取芯金剛石鉆進(jìn)技術(shù)［M］.北京:地質(zhì)出版社.1988

［3］郝瑞,等.鉆井工程［M］.石油工業(yè)出版社.1980

［4］東北煤田地質(zhì)局一五五勘探隊(duì).楊家杖子區(qū)煤普查報(bào)告. 1993

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.032

劉志峰 男1962.12 1984年畢業(yè)于長(zhǎng)興煤校鉆探專業(yè)，鉆探工程師 長(zhǎng)期從事地質(zhì)鉆探工程技術(shù)管理工作。