厚覆蓋層煤田鉆孔裸眼鉆進的技術實踐

馬德旺，陳永才

（河南省地礦局第四地質勘查院,河南鄭州450000）

厚覆蓋層煤田鉆孔裸眼鉆進的技術實踐

馬德旺*，陳永才

（河南省地礦局第四地質勘查院,河南鄭州450000）

平原地區厚覆蓋層煤田深孔鉆探施工難度大，鉆探事故率高。對厚覆蓋層煤田深孔鉆探施工中簡化鉆孔結構、維護孔口穩定，合理的鉆具結構與級配、增加鉆具強度與穩定性，泥漿選型、使用及現場管理，堵漏與防塌施工技術工藝給予了詳細的介紹。

裸眼鉆進；厚覆蓋層；鉆進技術

河南省焦作煤田塊村營煤詳查鉆探工程項目由我院2010年中標施工。礦區內設計鉆孔深度在1100～1600m之間，第四系、新近系厚度在950～1380m，巨厚的覆蓋層加大了鉆探施工的難度。如果采用覆蓋層孔段下套管的方法進行護壁，其問題：一是1000m左右長度的?108mm或?127mm套管，重量大必須套管底支撐在基巖內。二是下套管難度大，鉆孔垂直度要求高，摩阻力大時會超過施工鉆機的起拔能力，能完全下入1000m左右長度套管的鉆孔不多。三是起拔套管難度更大，鉆機自身的卷揚機根本提不動，用大噸位千斤頂往往缺少支撐點或者根本頂不起來，套管不得不滯留孔內，造成生產成本增加，在激烈的鉆探市場競爭環境中，高成本就意味沒有市場競爭力。四是若下入1000m左右的套管，鉆孔的垂直度無法保證，鉆進中鉆桿與套管摩擦撞擊，常發生不可預測套管、斷桿事故，處理不易，因此，近年來厚覆蓋層深孔煤田鉆探均不再下入套管，實行裸眼鉆進技術。我院在詳查區施工地質鉆孔24個，完成鉆探工作量30760m，平均鉆孔深度1282m，均采取裸眼鉆進并取得成功，主要應用了以下鉆探施工技術。

1 簡化鉆孔結構，維護孔口穩定

裸眼鉆進的鉆孔結構越簡單越合理。最好是采用兩級結構，開孔直徑大于終孔直徑一級，一般是在鉆過覆蓋層后換徑至終孔。設置大2～3級口徑主要是為鉆孔后續施工若發生孔內事故處理時預留一級備用，厚覆蓋煤田鉆孔只下入孔口管，起下方便，鉆孔結構級數多，在孔壁上形成的多臺階也會增加下鉆時鉆具撞擊孔壁的次數，從而破壞孔壁的穩定。覆蓋層鉆進效率很高，需要擴徑也很容易，當然也可以大兩級開口并下入孔口管。我們在該礦區24個鉆孔施工實踐證明，裸眼鉆進不宜采用多級換徑結構，也沒有必要性。

裸眼鉆進，孔口的維護是一個不能忽視的問題。其解決方法是：下入孔口管。孔口管直徑一般為?127mm徑的，下入深度視鉆孔孔口土質而定，1.5～9.0m之間。同時將孔口管固定在機臺木上或地梁上，并在孔口管端部周圍填滿粘土搗實，孔口管下端也要下入粘土搗實，深度應在0.5m以上，而且要保證孔口管的垂直度。

2 確定合理的鉆具結構與級配、增加鉆具強度與穩定性

鉆具結構級配合理與否，直接影響到鉆進技術參數的選擇、鉆進質量及鉆進效率。也得與鉆孔孔徑級配合理，我們實際采用的鉆具結構如下：

（1）鉆桿：六方主動鉆桿7～9m，?50mm(?60mm)鉆桿，?65mm(?75mm)，接箍連接。

（2）鉆鋌：?68mm鉆鋌，350～500m。開孔和覆蓋層上部地層鉆進必須全部使用鉆鋌堅持吊打鉆進工藝，保證上部鉆孔的垂直度，只有上部鉆孔垂直度符合要求，就為鉆孔下部提供了保證。切不可圖省事埋下質量隱患。鉆鋌的作用一是增重二是剛性好能保證鉆孔垂直度。

（3）防斜器與穩定器，防斜器用?68mm鉆鋌500～600mm長，焊上3條肋骨片（120°一個），肋骨片上鑲合金，作為導正及防斜用。穩定器用?94mm擴孔器，起穩定鉆頭及擴孔作用。

（4）鉆具和鉆頭。鉆具用?89mm巖芯管長5～6m，鉆頭外徑為?95mm。

（5）上部松散的覆蓋層，采用無芯鉆進，其鉆具結構是在取芯鉆具的基礎上加以調整的。將粗徑鉆具卸下換上2～3根帶肋骨片合金鉆鋌連接無芯鉆頭。

3 泥漿選型、使用及現場管理

選好與用好泥漿是保證鉆孔安全進行裸眼鉆進的技術關鍵。因此必須根據礦區的地層情況選擇泥漿的類型與處理劑，但有一條應加以強調，那就是無論選用何種泥漿類型，其造漿粘土必須選用優質的土粉。該礦區施工選用的泥漿類型是“雙聚”泥漿與低固相優質泥漿，實現了裸眼鉆進并取得了較好的應用效果。其主要配料是：優質鈉土、純堿、聚丙烯酰胺、聚丙烯氰-鈉鹽、腐植酸鉀、堵漏材料（鋸末、棉籽殼、備植物膠干粉和磺化瀝青干粉）。實踐證明，“雙聚”泥漿和低固相泥漿特別適用于松軟和水敏性厚覆蓋層煤田鉆孔鉆探。由于該礦區優質泥漿的成功應用，給該礦區的鉆孔實現裸孔鉆進提供了堅實的保證，是一個經驗值得推廣的案例。因此我們得出的結論是：一是任何泥漿類型都可以進行裸眼鉆進；二是無論什么地層用泥漿護壁都是行之有效的方法；三是在復雜地層中進行裸眼鉆進有固相和無固相泥漿均可使用；四是鉆孔深淺對裸眼鉆進沒有什么影響。

裸眼鉆進泥漿的凈化工作更為重要。在泥漿管理上應給予高度重視，泥漿經過孔內循環由于溫度變化、地下水浸溶稀釋、固相含量的增加、砂石粉末的加入，泥漿的性狀在不斷變化，總的趨勢是變差甚至是廢漿，因此根據泥漿的流動形態適時的添加泥漿材料使泥漿保持好的使用效果，是衡量一個機臺整體技術水平的試金石，也是一個優秀鉆探技術人員必備的素質。經過多年的生產應用實踐，我隊機班長積累了豐富的現場使用經驗，機班長都能自主調節泥漿性能。由于該礦區優質泥漿的成功應用，給該礦區的鉆孔實現裸孔鉆進提供了堅實的保證。泥漿凈化辦法一：機臺配備使用除砂器，鉆進班次每班間斷開動時間2h左右，砂層或渣滓含量大時開動時間增加，基巖以下層段也要不定期使用。泥漿凈化方法二：泥漿循環系統要長，坡度平緩利于巖粉屑的沉淀，泥漿槽間斷設置沉淀池2～3個，人工清砂清渣要經常，泥漿循環系統長度短了，除砂器開動的時間相應長些，目的是使泥漿保持良好的性能，泥漿性能良好，利于鉆效的提高，保持孔內干凈能防止孔內事故的發生，同時做好泥漿凈化工作延長了泥漿的使用壽命，減少了泥漿材料的消耗，提高了經濟效益。

4 做好堵漏與防塌工作

裸眼鉆進堵漏與防塌也是施工中的主要一環。事先必須做好全面準備，一是堵漏措施要做到有預備，且工人都能掌握；二是處理步驟方案要明確；三是堵漏物資要齊全。發現漏水要及時處理，決不能延誤時間。漏水嚴重時要及時提上鉆具，如果塌孔很容易埋住鉆具。堵漏的步驟是：發現泥漿消耗量變大應立即停止鉆進安排攪漿把正常施工泥漿變為堵漏泥漿，在泥漿循環中添加堵漏材料逐漸改變泥漿性能，千萬不要漠視不管使小漏變中漏至大漏，鋸末等廉價堵漏材料備量要足，添加量可大些，實踐證明，鋸末有聚集在化學材料的粘聯下能有效堵漏，效果很好。經過逐漸加料泥漿不斷循環多數情況下孔內漏失會逐漸變小直至呈正常狀態。一瞬間大漏的情況較不多見，瞬間孔內泥漿倒流，只有立即起鉆別無他法。不然后果就是塌孔埋鉆。全漏失鉆孔不宜采用水泥封孔的方法處理，特別是覆蓋層段。小漏處理漏失時也不要把鉆具下到一個層位長時間停鉆，有抱鉆可能，也易沖塌孔壁。處理鉆孔漏失的成功與否是裸眼鉆進成敗的關鍵，是對機臺綜合技術能力的考驗，稍有疏失易造成：漏失—塌孔—埋鉆，處理起來費時費工耗材，甚至功虧一簣，所以要嚴加防范。

TD311

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1004-5716(2015)04-0098-02

2014-09-24

馬德旺（1967-），男（漢族），河南襄城人，工程師，現從事煤田鉆探施工技術及管理工作。