新疆和什托洛蓋煤田某勘查區(qū)施工技術(shù)實(shí)踐

張飛，熊虎林，王奇峰，牛明遠(yuǎn)

（1.新疆地礦局第九地質(zhì)大隊(duì)，新疆烏魯木齊830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局，新疆烏魯木齊830000）

1 概述

和什托洛蓋煤田位于新疆著名的石油城克拉瑪依市北部90km，煤田東西長(zhǎng)約300km，南北寬10～40km，總面積約9000km2。該勘查區(qū)位于和什托洛蓋盆地中西部荒漠平原區(qū)，交通較為便利，為提高和什托洛蓋煤田整體勘查程度，布設(shè)鉆孔深度均在1000m左右。深孔鉆進(jìn)由于鉆孔較深，鉆具長(zhǎng)，鉆具柔性變形較大，鉆桿與孔壁的接觸摩擦增加[1]，加之煤田地層較軟，易出現(xiàn)坍塌、縮徑卡鉆。繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝，因其鉆井孔壁間隙較小，起鉆次數(shù)及輔助時(shí)間減少，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，臺(tái)月效率高[2]，已經(jīng)成為地質(zhì)巖芯鉆探的主流技術(shù)方法，在深孔鉆探技術(shù)中已得到廣泛應(yīng)用[3]。

2 地層概況

工作區(qū)地層特征見(jiàn)表1。

3 主要設(shè)備

根據(jù)現(xiàn)有鉆進(jìn)設(shè)備，結(jié)合鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆探工藝等因素[4]，選擇XY-5型立軸鉆機(jī)、BW-250型泥漿泵、SG-18型四角鉆塔等鉆探設(shè)備，考慮到砂、卵石地層容易影響泥漿質(zhì)量，為保證泥漿質(zhì)量，降低含砂量[5]，配備了泥漿凈化器凈化泥漿。主要鉆探設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 主要鉆探設(shè)備一覽表

4 鉆孔結(jié)構(gòu)

該勘查區(qū)鉆探施工難點(diǎn)，一是第四系地層成孔難；二是第三系地層厚度較大，地層較軟，易吸水膨脹，鉆孔縮徑。針對(duì)以上難點(diǎn)，根據(jù)該勘查區(qū)地層巖性特點(diǎn)，依據(jù)厚覆蓋層鉆孔繩索取芯鉆進(jìn)必須下套管[6],綜合考慮鉆孔深度、終孔直徑、鉆進(jìn)方法和護(hù)壁措施等影響因素[7]，采用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

一開(kāi)：采用?159mm三牙輪鉆頭開(kāi)孔，穿過(guò)第四系后下入?108mm套管護(hù)壁。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

二開(kāi)：采用NQ系列繩索取芯鉆具，選用外徑加大至95mm復(fù)合片鉆頭鉆穿第三系、白堊系。

三開(kāi)：采用NQ系列繩索取芯鉆具，選用外徑加大至85mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)至終孔。

5 鉆進(jìn)方法、鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)

5.1 鉆進(jìn)方法

根據(jù)覆蓋地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及孔壁穩(wěn)定情況綜合考慮[8]，及以往煤田鉆探施工經(jīng)驗(yàn)，第四系覆蓋層采用全面鉆進(jìn)方法，遇較大卵礫石采取打撈的方式解決，鉆穿第四系下入套管后，采用繩索取芯鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)至終孔。

5.2 鉆具組合

全面鉆進(jìn)鉆具組合：?159mm三牙輪鉆頭+?89mm鉆鋌+異徑接頭+?60mm普鉆鉆桿+機(jī)上鉆桿。

打撈卵礫石鉆具組合：?150mm內(nèi)焊鋼絲合金鉆頭+?146mm單管鉆具+異徑接頭+?60mm普鉆鉆桿+機(jī)上鉆桿。

繩索取芯鉆具組合：?95mm復(fù)合片鉆頭（?85mm復(fù)合片/金剛石鉆頭）+NQ繩索取芯鉆具+NQ繩索取心鉆桿+機(jī)上鉆桿。

5.3 鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)XY-5型鉆機(jī)和BW-250型泥漿泵機(jī)械變速特點(diǎn)，全面鉆進(jìn)工藝和繩索取芯鉆進(jìn)工藝要求，合理選擇鉆壓、轉(zhuǎn)速和泵量三參數(shù),在實(shí)際施工過(guò)程中，全孔以NQ型繩索取芯鉆具施工為主[9]。鉆進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 鉆進(jìn)參數(shù)表

6 泥漿配制與管理

6.1 泥漿配制

該工區(qū)地層上部卵礫石較多，全面鉆進(jìn)巖粉多，顆粒粗，比重大，懸渣、除渣是關(guān)鍵；下部泥巖較軟，易吸水膨脹導(dǎo)致鉆孔縮徑，要控制好泥漿失水量；繩索取芯鉆進(jìn)要做好泥漿凈化工作，控制較低的固相含量。根據(jù)地層特點(diǎn)和鉆進(jìn)工藝要求，泥漿配方見(jiàn)表4。

表4 泥漿配方

6.2 泥漿現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理

(1)施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿循環(huán)槽長(zhǎng)度不小15m，坡度在1/100～1/80之間，并設(shè)置至少3個(gè)隔板，沉淀池不得少于2個(gè)。

(2)專人負(fù)責(zé)泥漿配制，嚴(yán)格按照材料配比和要求配制泥漿，保證泥漿性能指標(biāo)始終滿足地層要求[10]。

(3)機(jī)臺(tái)配置泥漿測(cè)試儀器，每班定期測(cè)定泥漿性能，據(jù)地層變化情況，及時(shí)補(bǔ)充新漿及加入處理劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(4)機(jī)臺(tái)配備XZ-2型泥漿凈化器，用于凈化泥漿，每班撈循環(huán)槽和沉淀池沉淀2次，每3d撈泥漿坑沉淀一次（往往被機(jī)臺(tái)忽略）。

7 應(yīng)用情況

采用三牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)工藝鉆穿較難成孔第四系覆蓋層后下入套管護(hù)壁、單方面增大鉆頭外徑的NQ系列繩索取芯鉆具組合共施工10個(gè)鉆孔，最淺孔921.23m，最深孔1160.63m，平均臺(tái)月效率938.68m/臺(tái)月。詳情見(jiàn)表5。

表5 施工鉆孔情況統(tǒng)計(jì)表

8 總結(jié)

(1)采用普鉆工藝，選用三牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)，粘度較高泥漿護(hù)壁，快速通過(guò)后下入套管，是應(yīng)對(duì)較大厚度第四系難成孔覆蓋層的有效方法。

(2)單方面增大鉆頭外徑，改變繩索取芯鉆具級(jí)配，增大環(huán)空（鉆桿與孔壁間隙），有利于提高繩索取芯鉆進(jìn)效率，較軟地層鉆進(jìn)成孔。

(3)在較軟地層鉆進(jìn)，選用復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，效率較高。

(4)在煤系地層選用繩索取芯工藝鉆進(jìn)，要注重泥漿使用，控制泥漿失水量。

[1]楊昌杰，張紹和，蘇宏岸，等.適用于破碎地層的新型單動(dòng)雙管鉆具[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014，42(1)：87-89.

[2]盧予北，吳燁，陳瑩.繩索取心工藝在大口徑深部鉆探中的應(yīng)用研究[J].地質(zhì)與勘探，2012，48(6)：1221-1228.

[3]孫建華，王林鋼，梁健，等.深孔小直徑繩索取心鉆進(jìn)施工調(diào)研分析和技術(shù)建議[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(2)：12-17.

[4]秦品光.新疆某礦區(qū)1200m深孔施工關(guān)鍵技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(3)：171-174.

[5]任曉順，太武，劉建福，等.河北省樂(lè)亭縣灤河古河道深覆蓋層鉆探施工工藝[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2015，42(1)：22-26.

[6]羅永貴，王紅陽(yáng)，劉建華.小秦嶺金礦田北礦帶厚覆蓋層鉆探技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(1)：27-32.

[7]秦品光，賈中芳.提高堅(jiān)硬打滑地層金剛石鉆進(jìn)效率的試驗(yàn)[J].工程建設(shè)，2013，45(4)：42-45.

[8]王光明，陽(yáng)正強(qiáng)，張正雄，等.金沙江其宗水電站上壩址深厚覆蓋層鉆進(jìn)工藝探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(5)：57-60.

[9]駱建詩(shī).白水寨地區(qū)繩索取心鉆進(jìn)效率分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(2)：47-50.

[10]徐學(xué)軍.鉀銨基聚合物泥漿在大同煤田復(fù)雜地層鉆進(jìn)中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(12)：45-48.