繩索取芯在潘集外圍深部地區(qū)煤系天然氣鉆探施工技術(shù)探討

王 健，江多如

（安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南232052）

本文主要敘述繩索取芯工藝在淮南潘集外圍深部地區(qū)潘氣1#孔施工，針對(duì)繩索取芯鉆探工藝在厚覆蓋層下煤系天然氣施工中遇到的問題，孔位設(shè)計(jì)在破碎異常復(fù)雜地層帶上，通過鉆孔施工不斷地分析總結(jié)技術(shù)難題，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施、使潘氣1#孔煤系天然氣探測指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期效果。同時(shí)也是安徽省煤田地質(zhì)局首次在兩淮地區(qū)煤勘鉆孔超過2000m，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破。積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，值得繼續(xù)研究和探索。

1 工程概況及地質(zhì)條件

本工程基于煤系海陸交互相和陸相地層富有機(jī)質(zhì)泥頁巖與煤層頻繁交互出現(xiàn)、垂向相鄰或相近分布的特點(diǎn)，以淮南煤田潘集外圍石炭—二疊紀(jì)煤系海陸交互相地層為研究對(duì)象，充分利用目前正在施工的“潘集煤礦外圍煤炭詳查”項(xiàng)目的鉆孔、二維地震等工程資料，綜合分析煤系地層結(jié)構(gòu)、頁巖氣和煤層氣儲(chǔ)層礦物與有機(jī)質(zhì)組成、孔裂隙結(jié)構(gòu)、巖石力學(xué)性質(zhì)及空間展布等地層結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層特征；系統(tǒng)研究潘集煤礦外圍頁巖氣和煤層氣成藏地質(zhì)背景和成藏條件；識(shí)別劃分頁巖氣有效層段；確定適合多氣合探共采的地質(zhì)因素和工程因素；篩選適合多氣共采的泥頁巖、致密砂巖與煤層組合形式，優(yōu)選頁巖氣和煤層氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)，進(jìn)行潘集外圍煤層氣與頁巖氣合探共采儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)。在上述工作的基礎(chǔ)上，分析頁巖氣儲(chǔ)層與煤儲(chǔ)層的可改造性，探討潘集外圍地區(qū)頁巖氣和煤層氣（煤系天然氣）聯(lián)合開發(fā)潛力。潘氣1#井實(shí)際分層數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 潘氣1#井實(shí)際分層數(shù)據(jù)表

潘氣1井（19-20-1）是安徽省第一口頁巖氣與煤層氣聯(lián)合共探研究的地質(zhì)調(diào)查井。設(shè)計(jì)孔深1850m，實(shí)際終孔深度2003m，是兩淮煤田目前最深的一口地質(zhì)調(diào)查井。

鉆孔結(jié)構(gòu)：新地層一開孔徑?190mm取芯，擴(kuò)孔?215mm，下入?178mm套管175m；二開孔徑?152mm取芯，下入?146mm套管905m；全孔固井；三開孔深905～2003m為繩索鉆進(jìn)，上部孔徑?98mm，下部?76mm，裸孔。見圖1。

2 鉆探施工中遇到的問題及采取的措施

2.1 地層條件

鉆孔坐落在構(gòu)造帶上（700～730m和810～850m），巖性破碎，孔內(nèi)易出現(xiàn)坍塌掉塊，繩索取芯鉆孔環(huán)狀間隙小，極容易造成卡埋鉆事故。

事故預(yù)防及處理方法：

（1）加強(qiáng)泥漿管理，保護(hù)孔壁，配置低固相泥漿，除砂去泥清潔泥漿(含砂量小于0.2‰)，鉆探技術(shù)員每天測試泥漿性能，使用褐煤聚酯降失水量（失水量小于6），減小泥皮厚度（不大于0.5mm）防止孔壁吸附鉆具。

（2）適當(dāng)增加泥漿比重，比重控制在1.12～1.14g/cm3，使得破碎帶巖石不掉塊、不露頭；粘度不大于35s，保證泥漿流動(dòng)性。進(jìn)入煤層要將泥漿比重增大到1.14～1.18g/cm3，及時(shí)形成煤層孔壁，防止煤氣外溢致使煤層坍塌，造成憋泵、埋鉆事故。

2.2 鉆孔施工

在長距離破碎帶及16#煤上下繩索鉆進(jìn)，由于巖性破碎、松軟，巖芯不好打撈，易撈不上來巖芯或中途巖芯脫落。造成內(nèi)管投不到位，產(chǎn)生無效進(jìn)尺。由于操作者經(jīng)驗(yàn)不足，不能準(zhǔn)確判斷出孔內(nèi)情況，造成憋壞泥漿泵、高壓管，壓垮煤層及頂脫內(nèi)管事故。巖芯脫落中途，此外在下鉆掃巖芯時(shí)，易卡斷鉆頭、鉆具，破壞孔壁，嚴(yán)重地造成孔斜，下步?jīng)]法施工。

事故預(yù)防及處理方法：

（1）巖芯脫落，殘留在鉆桿內(nèi)，在下內(nèi)管前，先用加重錘（用?68mm舊鉆鋌長1m自制）將巖芯砸出鉆桿外，再投內(nèi)管。

（2）孔內(nèi)留有巖芯，要輕壓慢鉆（鉆壓不大于400kg；鉆速不大于150r/s）小泵量，直至正常進(jìn)尺。

（3）打撈不出內(nèi)管，急時(shí)灌孔起大鉆。

（4）泵壓不正常，要立即撈出內(nèi)管，排查原因。

（5）在每回次準(zhǔn)備打撈內(nèi)管前200～300mm，要足壓打（鉆壓不小于1200kg），卡死鉆頭巖芯。

2.3 機(jī)械方面

鉆孔超深，配備的NBB-260/7泥漿泵處于極限狀態(tài)，出現(xiàn)不上水，造成燒鉆；或上水量小不能把巖粉攜上來，出現(xiàn)埋鉆。

（1）燒鉆發(fā)生時(shí)，首先套出內(nèi)管，下割刀在擴(kuò)孔器上部將鉆具割斷拉出，再下入磨孔鉆頭把孔內(nèi)鉆頭磨掉，并要用撈砂器撈出鐵沫。

（2）埋鉆，現(xiàn)將埋鉆深度上面鉆具用割刀割斷拉出，擴(kuò)孔下管套一根，打撈一根；處理事故時(shí)，一定要調(diào)好泥漿，做到泥漿能及時(shí)攜砂護(hù)壁，把埋鉆段上部孔內(nèi)一定要處理利索了，再進(jìn)行下一步。

（3）埋鉆如若鉆具內(nèi)徑割刀下不去，就只能用倒鉆具返，或者二開套管決定了不能用“套”的方法處理埋鉆段，那只有用割刀一小段一小段割（不超過1m），一點(diǎn)一點(diǎn)撈。

3 在施工中應(yīng)注意可能發(fā)生事故的情況

在鉆探施工過程中有些細(xì)節(jié)、注意事項(xiàng)一定要引起所有施工、工程技術(shù)人員高度重視，它有可能對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全（人身、孔內(nèi)、機(jī)械）起決定作用。

（1）鉆進(jìn)時(shí)，泵壓不正常絕對(duì)不能施工，不排查出原因并及時(shí)處理好，一定不能進(jìn)行鉆探作業(yè)。

（2）打煤時(shí)，在撈內(nèi)管前，一定要把鉆具起過煤層頂部。

（3）打厚煤層時(shí)，把卡簧換成攬簧，第一回次不能超過1m進(jìn)尺，第二回次不能超過1.5m，進(jìn)入煤層底板鉆進(jìn)300～500mm，就要撈內(nèi)管，嚴(yán)格控制煤層進(jìn)尺，確保煤樣質(zhì)量、采取率。

（4）穿過厚煤層，前幾個(gè)回次要勤撈少打，盡量減少輔助時(shí)間，加大泥漿比重（加適量重晶石粉），控制粘度確保泥漿流動(dòng)性，使厚煤層快速形成孔壁，防止煤層垮塌造成事故。

（5）內(nèi)管投到外管里，一定要反復(fù)試幾次，專人在管口辨聽響聲，以確保內(nèi)管送到位。

（6）嚴(yán)禁在煤層附近沖掃孔。

4 錄井、煤層氣、頁巖氣采錄、測試技術(shù)及質(zhì)量報(bào)告

經(jīng)分析、解析驗(yàn)證石炭—二疊系含煤地層中具備“煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣”等非常規(guī)天然氣資源共生共成的基礎(chǔ)。煤系地層中頁巖氣目的層較發(fā)育，多煤層與泥頁巖、砂巖互層分布，在空間組合上具有多種氣藏組合規(guī)律。石炭—二疊系含煤地層煤儲(chǔ)層、頁巖儲(chǔ)層、致密砂巖儲(chǔ)層含氣性較好，富有機(jī)質(zhì)泥巖及煤層含氣測試效果明顯，通過現(xiàn)場解析含氣量一般在0.4～5m3/t，甲烷含量高達(dá)90%，高含氣層厚度可達(dá)20m，油氣顯示具備新層系、新區(qū)域、新類型的特點(diǎn)，具有較大的勘探潛力。專家根據(jù)地層勘查成果估算，兩淮煤系天然氣預(yù)測地質(zhì)資源量為1.9×108m3，可采資源量為3000×108m3。

5 工程總結(jié)與前景

該工程在安徽省政府支持下由安徽煤田地質(zhì)局勘察院設(shè)計(jì)，煤研所、南京大學(xué)參與，安徽省煤田一隊(duì)施工。經(jīng)過工程技術(shù)、施工人員的辛勤付出，不懈努力，科學(xué)施工，工程得以順利完工，它是兩淮地區(qū)有史以來煤勘鉆探最深、施工工藝最為復(fù)雜、質(zhì)量要求難度跨越最大，科技含量最高的煤系天然氣探采孔。在行業(yè)里實(shí)現(xiàn)了零的突破，也是一次大膽嘗試、有益探索，為地勘行業(yè)未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

19-20-1鉆孔科研設(shè)計(jì)與探索，跨越式施工，為煤系天然氣清潔新能源在煤田深部地區(qū)大規(guī)模探采、工業(yè)化生產(chǎn)提供了可靠的實(shí)踐依據(jù)。為煤炭資源的再利用、煤礦的可持續(xù)發(fā)展指明了方向，使得煤炭高效利用、環(huán)保開發(fā)、新能源發(fā)展及礦山深部地區(qū)再利用的矛盾得以迎刃而解。為我國未來能源多元化開發(fā)，資源合理高效利用，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)發(fā)展有重大意義。有力保障完善了國家能源戰(zhàn)略，同時(shí)也為煤炭工業(yè)綠色開發(fā)、煤勘行業(yè)發(fā)展方向提供了一個(gè)嶄新的思路。隨著煤炭資源日益枯竭，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展對(duì)資源的大量需求，加之我國煤田開采率低，深部尚有大量資源未能開采，“二氣”探采將很快提上國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展日程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化發(fā)展，市場前景巨大令人樂觀。

煤系天然氣19-20-1孔工程順利完工也使得像淮南這樣的資源開發(fā)性城市的可持續(xù)發(fā)展、綠色轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。促進(jìn)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展，具有重大社會(huì)效益。

[1] 崔云龍，等.簡明建井工程手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社,2004.

[2] 張榮立，等.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].煤炭工業(yè)出版社，2004.

[3] 孫平.煤田地質(zhì)與勘探[M].煤炭工業(yè)出版社，1996.