淺談普鉆在煤田地質超深孔鉆探技術施工工藝以陜澠煤田杜家-張溝zk0601孔為例

趙文杰，張繼業

（河南省資源環境調查四院，河南 鄭州 450046）

對于煤田地質勘探工作而言，掌握超深孔鉆探技術施工工藝，不但可以解決煤田地質勘探中的技術問題，同時還能有效提取深層地層中的巖芯，為地質勘探和地質成分分析提供有力的手段支持。本文以陜澠煤田杜家-張溝煤預查勘探區的煤田地質孔為例，簡要闡述所使用的施工工藝及施工中總結的一些基本經驗。

1 工程概況

河南省煤田地質局四隊承接了陜澠煤田杜家-張溝煤預查勘探區的煤田地質孔的施工，在該勘探區這一次設計鉆孔有4個，最深一口井zk0601孔終孔孔深是1630m，由于該區地層比較復雜，構造比較多，地層傾角大，軟硬互層較嚴重，屬于易斜地層，該孔離山較近，裂隙比較發育，容易出現孔內漏失，該孔在該地區地層屬于全套地層有平頂山砂巖，勘探煤層屬于二疊系煤層，非常具有代表性。

2 煤田地質超深孔鉆探技術施工設備的選擇

根據鉆孔設計本孔采用TXJ—1600型鉆機，用Φ24鋼絲繩吊掛，為了達到提升能力的要求，采用一個動滑輪組進行重量分擔。

使用的泥漿泵型號是NBB—260/7，額定流量為260L/min，額定壓力7MPA，泵量如下：

表1 地質超深孔鉆探技術流量分析

所使用的鉆塔是A字型伸縮式鉆塔，該鉆塔由內塔、外塔和天車三部分組成，塔高18m。內外塔的兩條腿均為矩形小斷面匡架式結構。其斷面尺寸分別為0.4m*0.45m和0.49m*0.54m。內塔腿采用Φ63.5mm的鉆桿材料，用Φ20mm鋼管做橫手，30mm*4mm做斜手焊接而成。內、外塔腿的長度分別為8.25m和8.45m，內塔腿插于外塔腿內構成一體，通過伸縮來調整他的高度。

3 井身結構及鉆進參數

3.1 結構設計

開孔采用Φ215mm牙輪鉆頭鉆至70m左右，下Φ168mm表層套管，封住上部礫石、黏土、流沙層。然后用Φ113mm的復合片鉆頭和金剛石鉆頭鉆至704m，再換徑用Φ94mm的復合片和金剛石鉆頭鉆至終孔。

3.2 鉆進參數及措施

鉆進過程中嚴守操作規程，眼觀六路，耳聽八方，保持雙人看車；起下鉆操作要平穩，防碰，防溜，防墩，防掉物；按時檢查保養設備；根據不同孔深段的地層要隨時調整泥漿性能指標，如表2。

表2 不同孔深段的地層調整泥漿性能指標

4 普鉆在煤田地質超深孔施工需注意的幾個問題

4.1 煤田地質超深孔鉆探技術，需要根據不同地層選擇鉆頭

由于煤田地質超深孔鉆探的整體鉆孔深度較深，在鉆探過程中會遇到巖石層，尤其在鉆孔較深以后每一回次進尺提拔鉆具輔助時間較長，為了縮短純鉆時間，提高鉆進效率有效鉆透巖石層，鉆頭的正確選擇在這一過程中尤其重要。基于超深孔鉆探技術的實際需要，在具體的鉆頭選擇中，應將鉆頭的強度和使用壽命作為主要指標，保證鉆頭能夠具有較高的強度，滿足超深孔鉆探的實際需要。因此，特殊型號的超強鉆頭，是解決煤田地質超深孔鉆探需要的重要因素，只有做好這一選擇，才能保證煤田地質超深孔鉆探取得積極效果。

4.2 煤田地質超深孔鉆探技術，需要地上鉆探設備牢固，可靠

考慮到超深孔鉆探技術的難度以及對設備功能的要求，煤田地質超深孔鉆探技術對地上專用鉆探設備的功能有較高的要求，為了達到超深孔鉆探目標，在設備選擇中應根據鉆井需要進行合理選擇，并加強設備功能的考察，保證地上鉆探設備的功能能夠滿足超深孔鉆井需要。

地上輔助設備是保證煤田地質超深孔鉆探有效進行的關鍵，由于超深孔鉆探技術在應用過程中需要穩定的地上井架以及地上設備的輔助，因此，對地上專用輔助設備有著較高的要求，需要地上輔助設備在功能、穩定性和有效性上滿足指標需要。只有達到這一標準，才能解決超深孔鉆探穩固問題，為超深孔鉆探提供有力的支持。

4.3 煤田地質超深孔鉆探技術，必須嚴格控制鉆孔孔斜

鉆孔孔斜不是能絕對防止的，但在操作技術上注意預防，是可以減少鉆孔的孔斜程度，在操作過程中，除嚴格遵守技術操作規程外，尚須注意以下幾點：

（1）正確的安裝鉆探設備，要用堅固的地盤、穩定的基礎，鉆塔和鉆機的安裝必須周正、堅固、水平，提引器中心、鉆孔中心、立軸三點必須在同一垂直線上。開孔鉆進100m～200m時進行一次檢驗看地基是否下沉和三點是否還在同一垂直線上。

（2）開孔鉆進時隨著鉆孔的延伸，要不斷加接巖心管導正。

（3）不把彎曲的鉆具下入孔內，為防止孔斜，在任何情況下粗徑鉆具的長度不能小于9m。

（4）采用鉆鋌加壓可以使鉆桿處于拉直狀態減少彎曲，在很大程度上可以防止孔斜，加鉆鋌的數量應超過孔內所需壓力的20%～30%。

4.4 煤田地質超深孔鉆探技術，要有合理的鉆具組合

在煤田地質超深孔鉆探技術應用過程中，鉆具組合是非常重要的。本孔鉆孔結構根據地層和柱狀設計綜合因素考慮分為以下幾種鉆具組合：

（1）Φ215mm牙輪鉆頭+Φ121mm鉆鋌+Φ83鉆鋌+立軸，鉆進至70m。

（2）Φ113鉆頭+Φ83鉆鋌+Φ68鉆鋌+Φ50鉆桿+立軸，鉆進至704m。

（3）Φ94鉆頭+Φ68鉆鋌+Φ50鉆桿+立軸，鉆進至終孔。

4.5 煤田地質超深孔鉆探技術，要使用優質的沖洗液

（1）在煤田地質超深孔勘探中采用不同的鉆進工藝，選用合適的沖洗液類型是保證正常鉆進的關鍵，而煤田鉆探施工的地層主要是煤系，屬沉積地層，除地表的松散的沖積層外，多數基巖為軟硬互層可破碎巖層和水敏性地層及部分涌水地層，因此，多采用泥漿作為沖洗液。

而該孔使作不分散抵固相聚合物鉆井液，該鉆井液具有選擇性絮凝和包被作用的高分子聚合物，部分水解聚丙烯酰胺，羧甲基纖維素，腐植酸鉀為主要處理劑，保留泥漿中優質造漿粘土，而絮凝劣質粘土和鉆屑，以便地表沉除，保持鉆井液的低固相，而且PHP剪切稀釋性好，有利于提高鉆速，潤滑鉆具，孔內清潔，防塌防卡。

（2）鉆井液配制及維護和管理：鉆進選用聚丙烯不分散低固相鉆井液，選用的材料有水、鈉土粉、純堿（Na2CO3）中或高羧甲基甲纖維素（CMC），水解聚丙烯酰胺（HPAM或PHP），腐植酸鉀（KHM），配制泥漿之前，鈉土粉要進行預水化浸泡處理并充分攪拌。

管理與維護：①每班設一名泥漿管理員，隨時監測調整泥漿性能，檢修維護泥漿凈化裝置，保證其正常運轉，保證沖洗液的各項性能指標符合要求。②每班勤撈砂，勤維護處理，鉆進時注意泥漿顏色變化。日常維護處理在泥漿循環槽中進行，緩慢加入處理劑，邊維護邊處理。加完處理劑的時間為泥漿循環一次的時間，使處理劑均勻分布，以防止大起大落。雨天禁止雨水流入泥漿池內鉆，廢漿不準再進入循環系統。

4.6 煤田地質超深孔鉆探技術，其他操作技術要求

4.6.1 鉆進技術操作

鉆進要求：鉆進前，轉速、鉆壓、沖洗液泵量調到設計要求，正常鉆進時，送鉆均勻，保持設計的鉆進參數，三班鉆進壓力要一致。嚴禁中途停泵，鉆進中要根據所鉆地層巖性的不同實時調整泥漿性能指標，班長看車要有專門的人員看水（上返沖洗液），防止孔底不返水，造成燒鉆事故，副班長要經常檢查柴油機、泥漿泵，鉆機各種機件是否運轉正常。見煤前調整好泥漿。保護好孔壁，保持孔內不坍塌，不掉塊，并保持雙人看車，堅持使用專用取煤工具，進行煤層鉆進。盡可能采用較低泥漿粘度，用以降低起下鉆過程中動抽吸壓力或激動壓力。

4.6.2 起下鉆具操作

提鉆實行灌孔制，保持孔內壓力，防止升降鉆具時造成孔壁、失物，起下鉆要做到操作平穩，不猛剎、猛放，猛墩鉆具，防止鉆具劇烈擺動巖心管內巖心脫落，下鉆時若遇縮徑孔段，應緩慢下放鉆具，嚴重遇阻時，應下其它鉆頭透孔或掃孔，遇垮塌物不開大泵量循環并轉動鉆具，清除垮塌物。

上提初期應緩慢，上提遇卡時上下活動無效時，可合上立軸邊回轉邊上提，嚴禁起鉆中強拉，將鉆具拉死，將事故復雜化。

下鉆前檢查鉆具接頭，定期使用一趟無水泵接頭檢查鉆具是否漏漿，尖鎖接手連接處要纏麻線并用大扳叉把鉆具磕緊，檢查巖芯管是否完好無損，鉆頭切削刃是否磨損，下鉆完畢，應充分循環泥漿，清潔孔底。

5 結論

在煤田地質勘探工作中，超深孔鉆探技術作為一種重要的支持技術，對煤田地質勘探工作有著重要影響。我們不但要掌握超深孔鉆探技術對設備的要求，同時還要對超深孔鉆探技術的工藝特點進行分析，對其具體應用情況有所掌握，才能確保超深孔鉆探技術在煤田地質勘探工作中得到有效應用，提高超深孔鉆探技術的應用效果，滿足煤田地質勘探工作需要。