重慶天府磨心坡礦區(qū)復(fù)雜地層鉆進(jìn)護(hù)壁堵漏技術(shù)

李俊

摘 要：重慶天府磨心坡礦區(qū)以上部灰?guī)r地層巖層破碎、溶洞裂隙發(fā)育、漏失嚴(yán)重，長興地層巖石硬度高，可鉆性級別在7-10級，下部煤系地層傾角大且厚的水敏性地層而著稱。為了有效地控制該礦區(qū)煤層標(biāo)高，施工時鉆孔均設(shè)計(jì)為定向斜孔。通過對該地區(qū)鉆進(jìn)過程中護(hù)壁堵漏的一系列的探索和分析，針對施工鉆孔出現(xiàn)的具體問題，采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，提高了鉆進(jìn)效率，減少了孔內(nèi)事故，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，為礦區(qū)地質(zhì)勘探報(bào)告的提交奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地層；定向鉆進(jìn)；全漏失；垮塌

1 礦區(qū)地層情況

重慶天府磨心坡礦區(qū)位于重慶市北碚區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造屬于觀音峽背斜，在大地構(gòu)造上位于重慶陷褶束之南段，構(gòu)造線走向以北北東——南南西為主。該區(qū)主要含煤地層為二疊紀(jì)龍?zhí)督M，全區(qū)采煤層5層，真厚約140m。鉆孔穿過的地層由新到老為：（1）第四系：厚度0-10m不等，均為第四系松散堆積物，呈蓋層狀分布。由亞粘土、砂質(zhì)亞粘土和含泥砂、碎石、礫石組成的殘坡積、沖洪積物組成。（2）三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）：主要以灰色、灰白色中厚層狀白云巖、巖溶角礫巖，生物碎屑灰?guī)r，灰色厚層～塊狀石灰?guī)r為主，平均厚度520米。（3）三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）：主要以紫紅色鈣質(zhì)泥巖、淺灰色中厚層～厚層狀灰?guī)r、鮞粒灰?guī)r、生物碎屑及砂礫屑灰?guī)r、黃綠色鈣質(zhì)泥巖為主，平均厚度500米。（4）二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）：主要以灰、深灰色中厚-厚層狀石灰?guī)r為主，中、上部含燧石結(jié)核。平均厚度120m。（5）二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）：分五段，其中二、四段由石灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r組成。一、三、五段由泥巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖和煤層交替組成，并含有較多的黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核或透鏡體。主采煤層位于第一段，平均真厚36m。（6）二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）：主要以淺灰、深灰色厚至塊狀石灰?guī)r為主，平均厚約95m。

2 鉆探施工難點(diǎn)

（1）鉆孔為定向斜孔，施工過程中必須嚴(yán)格控制鉆孔的方位和頂角。（2）構(gòu)造復(fù)雜，巖石破碎，絕大多數(shù)鉆孔在孔深500m以淺為全漏失。（3）長興灰?guī)r中、上部含燧石結(jié)核較多，巖石堅(jiān)硬鉆頭打滑，進(jìn)尺慢，不但影響了鉆進(jìn)效率，同時也不能在該段進(jìn)行造（糾）斜鉆進(jìn)。（4）真厚只有140m的煤系地層，由于地層傾角較大，鉆孔揭露煤系段厚度在260-300m。如果鉆孔遇逆斷層，煤系地層厚度將進(jìn)一步增加（施工時有3個鉆孔遇斷層）。（5）由于煤系地層主要以泥巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖和煤層這些水敏性為主，在施工過程中為了保證鉆孔壁的穩(wěn)定性，在煤系地層中施工時必須使用泥漿護(hù)壁。（6）深孔定向斜孔鉆進(jìn)，容易造成斷鉆桿事故的發(fā)生。礦區(qū)完成的14個鉆孔，鉆孔上部600m以淺如果不采取堵漏措施，均為全漏失鉆孔。最深的鉆孔在950m處也有漏失點(diǎn)。鉆孔進(jìn)入煤系地層后多數(shù)鉆孔出現(xiàn)垮塌、掉塊（黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核），尤其是以繩鉆施工的鉆孔，更為嚴(yán)重。

3 非煤系地層堵漏方案

由于該礦區(qū)鉆孔都是設(shè)計(jì)的定向斜孔鉆孔，施工時我們采用了以Φ94mm終孔的普通鉆進(jìn)方法。為了避免定向鉆進(jìn)過程中發(fā)生斷套管事故，我們采取了在上部嘉陵江組、飛仙關(guān)組地層中按設(shè)計(jì)將鉆孔的頂角、方位角控制到設(shè)計(jì)要求，揭穿長興組后再下套管堵漏的方法。

3.1 開孔護(hù)壁堵漏方案

開孔鉆進(jìn)主要以控制鉆進(jìn)用水量和慢速進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆至完整基巖3-5m后，快速下入井口管進(jìn)行擋垮、堵漏。然后采用Φ110mm孔徑鉆進(jìn)。大層鉆進(jìn)使用清水作為沖洗液。

3.2 非煤系地層堵漏方案

該區(qū)的嘉陵江組、飛仙關(guān)組、長興組地層，受地質(zhì)構(gòu)造的影響，鉆進(jìn)過程中主要表現(xiàn)為漏失，偶爾也有掉塊的現(xiàn)象發(fā)生?？紤]到下部煤系地層施工時要使用泥漿護(hù)壁，所以在進(jìn)入煤系地層前，必須保證鉆孔返水。在這段施工過程中，我們主要采用堵漏和下套管擋的辦法。堵：施工過程中每回次堅(jiān)持直接向孔內(nèi)投拌有鋸末的黃泥球。這種方法可以封堵孔內(nèi)的小裂隙帶來的沖洗液消耗，保證鉆孔正常返水。擋：如遇較大的裂隙或溶洞時，堵不行就采用套管擋。具體方法是，用130mm孔徑擴(kuò)孔下Φ127mm套管。如我們施工的ZK2號孔，擴(kuò)孔下了520mΦ127mm套管。

3.3 下套管的注意事項(xiàng)

下套管前用同徑巖芯管穿過下套管段，確認(rèn)孔內(nèi)暢通無阻時再下套管。下放的套管外部應(yīng)涂黃油，以利于起拔。套管絲扣連接處涂抹松香，保證套管在施工過程中不漏水。套管下端應(yīng)用手錘打成喇叭口，上端應(yīng)接一個喇叭型管袖，孔口處應(yīng)用木楔、粘土和草繩封嚴(yán)，使套管居于井口中心處和預(yù)防沖洗液倒流。下套管時應(yīng)盡量快，中途不得停頓。如果下入的套管多，為了減輕上部套管拉力，可將套管底端用木楔（或擋板）堵住，套管下好后，將其掃掉。由于該區(qū)鉆孔都是定向斜孔鉆孔，鉆孔孔壁為上小下大的“雞蛋”形，堵漏套管下到位后套管底部必須進(jìn)行封堵。該區(qū)采用的是“架橋”下水泥漿止水。

4 煤系地層護(hù)壁方案

4.1 泥漿選類

針對磨心坡礦區(qū)煤系地層的特點(diǎn)，在泥漿的選擇過程中，我們考慮了使用不分散固相泥漿（聚合物）作為鉆孔的沖洗液。其理由一是在使用過程中粘土顆粒因?yàn)楦呔畚锏拇嬖诙兊酶?；二是對進(jìn)入沖洗液體系的巖粉起絮凝作用，不使其分散，利于除渣凈化；三是對孔壁不穩(wěn)定砂、泥頁巖和煤層不起分散作用，而起抑制保護(hù)作用，泥漿配方為：粘土∶水∶水解聚丙烯酰胺∶羧甲基纖維素=1∶20∶0.1∶0.1-0.2。配制好的泥漿性能為：比重1.05-1.10；粘度20-30秒；失水量8-12ml/30min；pH值8-9。在配制泥漿前最好將粘土粉浸泡2天，使其充分水化。

4.2 嚴(yán)格按照配制程序、方法操作

一是嚴(yán)格計(jì)量。在配制泥漿時，各種添加劑的配量要準(zhǔn)確。特別是加量較小的，更要做到十分精確。這樣可防止因加量不足或過多，造成泥漿性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)定值，而致使孔內(nèi)事故的發(fā)生。二是依次加入。泥漿是添加劑與溶解介質(zhì)的組合。它的多功能體系由多個單功能體組成，即多種添加劑混合組成。在配制過程中，應(yīng)按照分散、增稠、增粘、潤滑、絮凝的方式依次加入。三是性能調(diào)整。性能調(diào)整是泥漿配制過程中的一個調(diào)制程序，主要是由于環(huán)境、條件、人為等因素，造成按劑量配制出來的泥漿達(dá)不到體系所要求的性能指標(biāo)。四是充分?jǐn)嚢琛３浞謹(jǐn)嚢枋谴偈垢鱾€單功能體快速、均勻地溶入泥漿中，完成整個配制過程。

4.3 泥漿的維護(hù)和管理

一是切實(shí)做好對返漿性能的測定。施工過程中每班派專人對返漿性能進(jìn)行認(rèn)真的測定，使泥漿的性能保持在最佳值。發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行維護(hù)和處理。二是及時調(diào)整泥漿性能。鉆進(jìn)過程中如果發(fā)現(xiàn)鉆孔有垮塌的跡象，馬上調(diào)整泥漿比重，同時向泥漿加入腐植酸鉀，以抑制砂、泥巖水化。三是泥漿循環(huán)系統(tǒng)搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥漿池內(nèi)對泥漿的損害。四是認(rèn)真、及時對有害固相進(jìn)行清除。鉆場布置時，泥漿循環(huán)系統(tǒng)必須符合規(guī)程要求。

5 取得的成果

重慶天府磨心坡礦區(qū)施工的14個鉆孔，采用上述護(hù)壁堵漏措施基本上完成了鉆孔的施工，有效地解決了上部地層漏失和下部煤系地層垮塌、掉塊的現(xiàn)象，控制了煤層的標(biāo)高，為提交地質(zhì)報(bào)告提供了深部第一手資料。但使用繩鉆施工的ZK2號孔進(jìn)入煤系地層80m后泥漿使用不當(dāng)，造成鉆孔大面積垮塌，鉆孔無法再繼續(xù)施工。后采取在飛仙關(guān)組打偏眼才使得該孔順利竣工，該孔報(bào)廢鉆探進(jìn)尺350m。使用普鉆施工的ZK7號孔，由于斷層影響，使其煤系地層厚度增加。該孔在斷層破碎帶處垮塌嚴(yán)重，泥漿無法有效地保護(hù)孔壁，后采用下飛管的辦法，才使用鉆孔順利終孔。

6 結(jié)束語

鉆探施工過程中，針對不同地層漏失、垮塌的特點(diǎn)，分段采用不同的堵漏、護(hù)壁手段，能夠有效地解決鉆孔部分漏失、全漏失和鉆孔在水敏性地層施工中的垮塌、掉塊現(xiàn)象，提高鉆進(jìn)效率，減少和避免孔內(nèi)事故的發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。