新疆大南湖煤田繩索取芯鉆進施工中的問題及措施

岳鑫

（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊 哈密 839000）

1 工區地質概況

地表全部為第三、第四系地層覆蓋。根據鄰區新六區鉆孔揭露的地層有中生界下二疊統阿爾巴薩依組(P1aer)、中侏羅統西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、新生界第三系(E3-N1)t及第四系(Q)。中侏羅統西山窯組是本區含煤巖系。按從老至新的順序，將各地層單元特征敘述如下。

2 工程地質條件

地表-淺表層處上部為松散膠結的礫石、砂、黃土層；下部為一套灰褐色半膠結-膠結的礫石層，礫石成分以火山巖、砂巖、花崗巖為主。可鉆性1～3級，中研磨性，破碎，宜選用合金鉆進。地層特點是巖石松散、破碎，取心困難，易失水、卡鉆、易垮孔、坍塌。砂巖類地層中的粉砂巖、細粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖屬于中硬-可鉆性4～6級，中研磨性，宜選用合金鉆進或金剛石鉆進。

地層特點是巖石松散、易受鉆桿敲擊引起垮孔，排粉困難，易出現巖粉沉淀埋鉆，隨著顆粒的加大，埋鉆現象更趨明顯。地層中的煤層硬度屬于軟-可鉆性1～3級。極易漏失，易出現超徑現象，鉆進中泵壓為零。

3 施工問題及措施

3.1 泥漿配制

3.1.1 覆蓋層類

第四系覆蓋層松軟疏散的沖洪積砂礫石、淤積亞砂土和風積沙巖孔段。主要提高泥漿的粘度來排除巖粉，同時增加膨潤土量用來擠入粘結巖石防止坍塌，膨潤土即可粘結巖石又可提高粘度，對于泥漿其它性能要求不嚴，所以泥漿配制主要加入膨潤土，為提高膨潤土的分散程度，多加入純堿。為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿1%+膨潤土25%

配方中純堿作用主要分散膨潤土，膨潤土加量多主要是提高粘度。

3.1.2 泥質砂巖類

該類地層與泥巖性質一樣，同樣具有強烈的吸水膨脹、縮徑、坍塌、垮孔現象，不僅如此，泥巖中的細小砂巖要排出，泥漿必須具備一定的粘度，所以該種泥漿要求失水量小的同時，適當提高粘度，為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿0.01%+膨潤土1.25%+聚丙烯酸鉀0.05%+腐植酸鉀5%

配方中聚丙烯酸鉀比泥巖配方中量多，主要作用提高泥漿粘度，用來排除泥質砂巖類中的細小砂子，其它加量未變。

3.1.3 煤層

煤層極易漏失，易出現超徑現象，鉆進中泵壓為零。泥漿主要作用是減小比重，提高漏失高度，增加潤濕性能。為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿0.2%+膨潤土2%+腐植酸鉀6%+十二烷基苯磺酸鈉2%+CMC纖維素0.1%+聚丙烯酸鉀0.5%

配方中膨潤土量減少有利于降低泥漿比重，相對來說腐植酸鉀量也不少，也能降低比重，十二烷基苯磺酸鈉是發泡劑更加降低泥漿比重，在上述三種材料的共同作用下，泥漿比重較輕，能提高漏失高度，增加潤滑性能，CMC纖維素起穩泡作用，聚丙烯酸鉀因膨潤土量的減少，維持泥漿一定粘度。

3.2 鉆孔漏失

礦區地層在原應力狀態被破壞時其孔壁的漏失失穩程度是不同的，每一種情況都要認真分析好漏失通道的類型。漏失通道的類型有以下兩種。

3.2.1 人為漏失

繩索取芯鉆進過程中孔壁與鉆桿環空間隙小，使循環泥漿的壓力增大，這部分外力大于地層巖石破裂壓力造成巖石破碎形成裂縫，從而出現鉆孔漏失。另外鉆孔條件也能造成閉合裂縫開啟形成漏失。

3.2.2 自然漏失

礦區地層在不同地質條件和應力作用下，本身存在有不同程度的空隙，導致漏失。特別是鉆遇至煤系地層會出現不同程度的漏失，大部分鉆孔遇主煤層后出現全漏失，泵壓為零。

3.3 處理措施

⑴泥漿循環壓力的增大跟環空間隙、泥漿固相含量、流變性等有關，施工中在泥漿中加入發泡劑降低循環泥漿比重，地表采用機械除砂除泥設備，保證泥漿性能的穩定。

⑵采用Φ71 mm鉆桿施工，孔徑75 mm鉆進段采用78 mm或80 mm繩索加大金剛石二階梯鉆頭鉆進。加大鉆頭直徑可增加繩鉆鉆孔環空間隙，減少泥漿應力對孔壁的壓力。

3.4 內管取芯困難

礦區施工鉆遇至結構構造相對完整的泥巖、砂巖段時，鉆進中一回次基本都能打滿桿，但由于泥漿性能的變化，內管撈出后巖芯不易從內管敲出，造成對巖芯結構構造的破壞，影響巖礦芯采取質量，損壞內管造成鉆探成本的額外增加。

處理措施：加工一連接內管和泥漿泵出水管的接頭，當內管巖芯敲不出來時，將內管與泥漿泵通過接頭連接，開泵當泵壓升高立即關泵，內管巖芯會很順利壓出來。

4 結論

泥漿配制要專人負責，同時每班次要對泥漿性能進行測試并記錄在班報表上。添加處理劑要先進行室內試驗研究其可行性，盲目添加處理劑會影響鉆孔的穩定性。施工之前要對鉆探設備進行檢查，及時更換損壞部件，減少因設備問題所花費的輔助時間。同時應加強操作人員的責任心，避免人為因素造成輔助時間的增多。設備故障等原因致使無法鉆進的情況下，要將鉆桿全部提出，避免地層失穩造成抱鉆事故。提鉆同時要往孔內回灌泥漿，平衡地層壓差。頂漏鉆進必須準確計算壓水時間，防止燒鉆事故發生。

[1]李世忠.鉆探工藝學.北京地質出版社，1989.

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[5]馬鎖柱.鉆探工程技術.黃河水利出版社，2010.

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