淮北市袁店深部勘探區煤炭普查9－2地質孔施工工藝技術

王緒春

(安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州 234000)

1 概述

隨著我國煤炭事業的興起，逐步向深部進行勘察，鉆探技術也在不斷的提高。2009年安徽煤田地質局水文勘探隊在中央基金項目袁店勘探區施工1 610 m的地質勘探鉆孔，由于地質條件較為復雜，鉆孔又特別深，而且也是建隊以來第一次施工這么深的鉆孔，風險大，壓力重。我單位組織相關技術人員通過認真仔細的研究決定，制定了一系列的鉆探技術措施，特別是選擇施工鉆探人員方面也是隊最強的力量。因事先沒預料地層的復雜性，在施工期間遇到了很多想不到的問題，但都一一克服了，成功的完成了這一艱巨任務，成井后各項技術指標滿足合同要求，不但打破了我的歷史紀錄，而且在提高鉆探技術方面推向了新的臺階

1.1 地質條件

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

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

1.2 質量要求

(1)本孔設計孔深1 450 m(實際完成深度1 610 m)要求穿越9層煤，終孔至C3。

(2)全孔取芯

(3)可采見煤點全部采取煤芯樣并參于驗收。(4)鉆孔水樣。

2 鉆探設備

TXB－1600A型鉆機，該鉆機配有水剎裝置，水剎車機構操作省力自如，能減少卷筒、閘帶、鋼絲繩等零件的磨損，消除升級系統的沖擊力，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;6135型柴油機一臺。

3 鉆孔工藝

3.1 工藝流程

根據施工此井的設備配置情況、井深鉆孔結構及地層情況，經綜合分析，采取以下成井工藝流程:采用 φ110 mm、φ94 mm復合片，品型合金、高檔肋骨、金剛石取芯鉆頭取芯至孔深度、擴孔下管及固井、見煤與取煤、泥漿的配制與使用。

3.2 鉆孔

為了確定地層層位，提供準確資料，本孔要求全取芯。一開孔采用φ110 mm硬質合金肋骨取芯鉆頭取芯，巖芯管為長7 mφ89 mm取芯至交界面處。為防止孔斜，開孔輕慢轉，鉆進一定深度后加入總長度為90 mφ83 mm的鉆挺加壓導正，使鉆桿處于拉伸狀態實現減壓鉆進;二開進入基巖后采用φ94 mm硬質合金高檔肋骨取芯鉆頭鉆進，此鉆頭合金出刃高，組數多，合金排列均勻有效，最適應于軟巖石。在本孔中克取經層達到每小時3.50 m以上，效率極高。遇到稍硬巖石選擇φ94復合取芯鉆頭取芯鉆進，特硬巖石用φ94金剛石取芯鉆頭鉆進根據巖石的軟硬程度交替使用，直至C3終孔停鉆。

當鉆孔施工到1 200 m鉆具提至210 m時，出現輕微的“鍵槽”現象，經上下反復多次竄動鉆具，才使鉆具提出井口，后用擴孔器擴大口徑消槽，才使隱患解除。隨著鉆孔的進一步加深，施工到1 500時“鍵槽”再一次發生，而且相當嚴重，已無法再進行下一步的施工，后采用擴孔套管隔離的方法順利終孔。

3.3 擴孔下管及固井

用φ168 mm擴孔器擴孔到完整巖石(394 m)，下φ127 mm厚φ8 mm的無縫鋼管座實在硬巖石上。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，用電焊點死，形成一個整體，在鉆進中套管不容易脫節。下好套管后整個管外用高標號水泥固井，等凝固72 h。

4 見煤與取煤

4.1 見煤

施工煤田地質孔守煤是很重要的，通常表現為:正常鉆進時，拉力表指針突然跳到原鉆具重量、鉆機滾筒速度突然加快、給不上壓力等等。

4.2 取煤

取煤采用的是雙管單動(外管φ89 mm，內管φ73 mm，長1.86 m)取煤器。取煤前調整好內外管鉆頭的間隙(2 mm左右)，下到孔底先沖孔，等孔底沖洗干凈后，采用低泵量、中轉速、逐步增壓力的鉆進參數。在本孔中煤的采取率達到90以上。

5 鉆探泥漿

本孔泥漿配制為“雙聚”泥漿，主要化學要化學材料:膨潤土、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，效率高。本孔在實際應用中效果及佳。

6 鉆井遇到的問題及處理方法

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重，孔徑縮小，從而導致起下鉆卡阻。

處理方法:

(1)用自制的捋孔器定期進行捋孔;

(2)嚴格控制pH值，使之不超過9，以防氫氧根離子增加粘土礦物的水化能力;

(3)提高鉆進速度，，最大限度地縮短泥漿在井內的侵泡時間;

6.2 鍵槽

在1 200 m時出現了輕微的鍵槽，在1 500 m處出現了比較嚴重的鍵槽，只要提鉆具到210 m左右遇到粗徑鉆具(鉆鋌)卡阻相當嚴重，已無法在進行下一步的施工。

處理方法:

(1)消槽:用擴孔器由上部加大孔徑每米每根的進行加尺擴槽，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鉆孔都陳在不同程度的漏失，對于孔口不反漿或反漿很小的鉆孔，必須停鉆進行堵漏。在本孔8號煤上部有近10 m的破碎帶，坍塌嚴重，反復沖掃都沒有效果，孔內巖消依然堆積太多，而且漏失較嚴重。

處理方法:

(1)在泥漿中加入801堵漏劑、加鋸末在鉆桿內灌入進行堵漏。801堵漏劑是由刨花楠、CMC等高分子化合物處理而成的復合材料，它遇水后能產生交膠反應，形成網狀結構堵塞裂隙通道。

(2)增加泥漿的粘稠度，降低比重，減少固相含量。泥漿調配好后，在孔底反復沖掃研磨，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)在鉆進工藝上要選擇合適的泵量，在環空中保持層流，以避免因紊流沖刷而加劇剝落坍塌。

7 結語

(1)泥漿是施工深孔最重要的環節，它就象人體的血液一樣必不可少，稍有疏忽，就會造成事故的頻繁發生，所以應當嚴格把好泥漿的各項性能指標，可根據不同的地層和層位及時調整泥漿的性能。

(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，縮徑較嚴重。在這個孔沒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，否則就會找不著原孔。砂層膠結性差，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形成一個溝槽，也就是“鍵槽”。所以在施工超深孔時，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生。