厚覆蓋層煤田鉆孔裸眼鉆進(jìn)的技術(shù)實踐

馬德旺，陳永才

（河南省地礦局第四地質(zhì)勘查院,河南鄭州450000）

厚覆蓋層煤田鉆孔裸眼鉆進(jìn)的技術(shù)實踐

馬德旺*，陳永才

（河南省地礦局第四地質(zhì)勘查院,河南鄭州450000）

平原地區(qū)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(jié)構(gòu)、維護(hù)孔口穩(wěn)定，合理的鉆具結(jié)構(gòu)與級配、增加鉆具強(qiáng)度與穩(wěn)定性，泥漿選型、使用及現(xiàn)場管理，堵漏與防塌施工技術(shù)工藝給予了詳細(xì)的介紹。

裸眼鉆進(jìn)；厚覆蓋層；鉆進(jìn)技術(shù)

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(biāo)施工。礦區(qū)內(nèi)設(shè)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(jìn)行護(hù)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(nèi)。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(jī)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(jī)自身的卷揚(yáng)機(jī)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(nèi)，造成生產(chǎn)成本增加，在激烈的鉆探市場競爭環(huán)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(jìn)中鉆桿與套管摩擦撞擊，常發(fā)生不可預(yù)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(jìn)技術(shù)。我院在詳查區(qū)施工地質(zhì)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(jìn)并取得成功，主要應(yīng)用了以下鉆探施工技術(shù)。

1 簡化鉆孔結(jié)構(gòu)，維護(hù)孔口穩(wěn)定

裸眼鉆進(jìn)的鉆孔結(jié)構(gòu)越簡單越合理。最好是采用兩級結(jié)構(gòu)，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(shè)置大2～3級口徑主要是為鉆孔后續(xù)施工若發(fā)生孔內(nèi)事故處理時預(yù)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(jié)構(gòu)級數(shù)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(shù)，從而破壞孔壁的穩(wěn)定。覆蓋層鉆進(jìn)效率很高，需要擴(kuò)徑也很容易，當(dāng)然也可以大兩級開口并下入孔口管。我們在該礦區(qū)24個鉆孔施工實踐證明，裸眼鉆進(jìn)不宜采用多級換徑結(jié)構(gòu)，也沒有必要性。

裸眼鉆進(jìn)，孔口的維護(hù)是一個不能忽視的問題。其解決方法是：下入孔口管?？卓诠苤睆揭话銥?127mm徑的，下入深度視鉆孔孔口土質(zhì)而定，1.5～9.0m之間。同時將孔口管固定在機(jī)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(yīng)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(jié)構(gòu)與級配、增加鉆具強(qiáng)度與穩(wěn)定性

鉆具結(jié)構(gòu)級配合理與否，直接影響到鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的選擇、鉆進(jìn)質(zhì)量及鉆進(jìn)效率。也得與鉆孔孔徑級配合理，我們實際采用的鉆具結(jié)構(gòu)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(jìn)必須全部使用鉆鋌堅持吊打鉆進(jìn)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(zhì)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(wěn)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(dǎo)正及防斜用。穩(wěn)定器用?94mm擴(kuò)孔器，起穩(wěn)定鉆頭及擴(kuò)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(jìn)，其鉆具結(jié)構(gòu)是在取芯鉆具的基礎(chǔ)上加以調(diào)整的。將粗徑鉆具卸下?lián)Q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(xiàn)場管理

選好與用好泥漿是保證鉆孔安全進(jìn)行裸眼鉆進(jìn)的技術(shù)關(guān)鍵。因此必須根據(jù)礦區(qū)的地層情況選擇泥漿的類型與處理劑，但有一條應(yīng)加以強(qiáng)調(diào)，那就是無論選用何種泥漿類型，其造漿粘土必須選用優(yōu)質(zhì)的土粉。該礦區(qū)施工選用的泥漿類型是“雙聚”泥漿與低固相優(yōu)質(zhì)泥漿，實現(xiàn)了裸眼鉆進(jìn)并取得了較好的應(yīng)用效果。其主要配料是：優(yōu)質(zhì)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(qū)優(yōu)質(zhì)泥漿的成功應(yīng)用，給該礦區(qū)的鉆孔實現(xiàn)裸孔鉆進(jìn)提供了堅實的保證，是一個經(jīng)驗值得推廣的案例。因此我們得出的結(jié)論是：一是任何泥漿類型都可以進(jìn)行裸眼鉆進(jìn)；二是無論什么地層用泥漿護(hù)壁都是行之有效的方法；三是在復(fù)雜地層中進(jìn)行裸眼鉆進(jìn)有固相和無固相泥漿均可使用；四是鉆孔深淺對裸眼鉆進(jìn)沒有什么影響。

裸眼鉆進(jìn)泥漿的凈化工作更為重要。在泥漿管理上應(yīng)給予高度重視，泥漿經(jīng)過孔內(nèi)循環(huán)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(jù)泥漿的流動形態(tài)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(jī)臺整體技術(shù)水平的試金石，也是一個優(yōu)秀鉆探技術(shù)人員必備的素質(zhì)。經(jīng)過多年的生產(chǎn)應(yīng)用實踐，我隊機(jī)班長積累了豐富的現(xiàn)場使用經(jīng)驗，機(jī)班長都能自主調(diào)節(jié)泥漿性能。由于該礦區(qū)優(yōu)質(zhì)泥漿的成功應(yīng)用，給該礦區(qū)的鉆孔實現(xiàn)裸孔鉆進(jìn)提供了堅實的保證。泥漿凈化辦法一：機(jī)臺配備使用除砂器，鉆進(jìn)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(huán)系統(tǒng)要長，坡度平緩利于巖粉屑的沉淀，泥漿槽間斷設(shè)置沉淀池2～3個，人工清砂清渣要經(jīng)常，泥漿循環(huán)系統(tǒng)長度短了，除砂器開動的時間相應(yīng)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(nèi)干凈能防止孔內(nèi)事故的發(fā)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(jīng)濟(jì)效益。

4 做好堵漏與防塌工作

裸眼鉆進(jìn)堵漏與防塌也是施工中的主要一環(huán)。事先必須做好全面準(zhǔn)備，一是堵漏措施要做到有預(yù)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(fā)現(xiàn)漏水要及時處理，決不能延誤時間。漏水嚴(yán)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(fā)現(xiàn)泥漿消耗量變大應(yīng)立即停止鉆進(jìn)安排攪漿把正常施工泥漿變?yōu)槎侣┠酀{，在泥漿循環(huán)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(xué)材料的粘聯(lián)下能有效堵漏，效果很好。經(jīng)過逐漸加料泥漿不斷循環(huán)多數(shù)情況下孔內(nèi)漏失會逐漸變小直至呈正常狀態(tài)。一瞬間大漏的情況較不多見，瞬間孔內(nèi)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(jìn)成敗的關(guān)鍵，是對機(jī)臺綜合技術(shù)能力的考驗，稍有疏失易造成：漏失—塌孔—埋鉆，處理起來費(fèi)時費(fèi)工耗材，甚至功虧一簣，所以要嚴(yán)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(xiàn)從事煤田鉆探施工技術(shù)及管理工作。