人工造斜技術(shù)在煤田鉆探中的應(yīng)用

易亞東，呂洪富，顏秉超

1.黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱 150090；2.吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所，吉林 長春 130103；3.吉林省地礦信息中心，吉林 長春 130061

0 引言

2014年，我院在黑龍江省黑河市三吉屯井田勘探項目的鉆探施工過程中，發(fā)生煤層打丟采取率不足和孔內(nèi)發(fā)生事故不能測井終孔的情況。為了補(bǔ)采煤心和繞過事故鉆具，采用下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜的施工技術(shù)，補(bǔ)取煤心十分成功，滿足了地質(zhì)質(zhì)量要求；順利繞過事故鉆具，達(dá)到終孔要求孔深；取得了較好的地質(zhì)技術(shù)成果和較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 鉆孔基本情況介紹

ZK1900號鉆孔設(shè)計320米，鉆進(jìn)至328.20米時，在42.10米處發(fā)生鉆桿折斷事故，經(jīng)過84臺時的處理，Φ60 mm外絲鉆桿47米和長度6.10米的Φ91 mm合金鉆具，遺留在孔內(nèi)275.10～328.20米處。

根據(jù)取出的巖礦心，確定煤層在280.20～284.15米處，地質(zhì)要求穿過煤層5米后測井。綜合考慮各種經(jīng)濟(jì)因素和技術(shù)方法，決定采用下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜，穿過煤層后進(jìn)行測井工作。

ZK1107號鉆孔終孔孔深為343.59米，測井煤層為294.25～299.14米，煤心采取率62.32%，需補(bǔ)心?？紤]此鉆孔較深，重新布設(shè)鉆孔，施工場地又受限制，決定采用下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜的方式補(bǔ)取煤心。

ZK0722號鉆孔終孔孔深為116.05米。測井煤層為101.70～104.45米，煤心采取率46.25%，需補(bǔ)心?？紤]到此鉆孔布設(shè)在河谷中，地表砂礫石層開孔鉆進(jìn)十分困難，決定采用下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜的方式補(bǔ)取煤心。

2 施工工藝

2.1 固定式偏心楔的制作

偏心楔采用Φ89 mm巖心管制作，全長3 200 mm，上部1 500 mm沿對角線切割開，然后把切割下來的巖心管旋轉(zhuǎn)180度翻扣焊在原處，楔頂角控制在3度左右(考慮偏心楔整體性能，強(qiáng)度、剛度、重量、質(zhì)量、穩(wěn)定性等因素，楔頂角沒有設(shè)計成2度)，并將多出斜面的部分割掉，打磨、修理光滑。偏心楔中上部打2～3個Φ10 mm的透水孔，起到排氣的作用，底部切割成鋸齒狀，起固定作用。偏心楔結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 偏心楔結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 The diagram of eccentric wedge structure

2.2 人工架橋

首先將長度為1米，兩端粗Φ80 mm、中間粗Φ90 mm的茅絲木塞下至煤層頂板以上5米處，ZK1900號鉆孔是座在事故鉆桿頭上。用Φ91 mm鉆具內(nèi)裝1米長的粘土和石子（Φ20～30 mm）的混合料，下到離木塞頂部2米處，開泵送漿，將粘土和石子沖出巖心管，落在木塞上；再用Φ91 mm實(shí)心鉆具進(jìn)行搗實(shí)，直到鉆具墩不動為止。

2.3 下入偏心楔

用2米長的Φ75 mm鉆具與偏心楔上端導(dǎo)斜面進(jìn)行點(diǎn)式焊接，焊口長度30～50毫米，焊接力度以能承受偏心楔重量為妥；嚴(yán)格保證焊接的同心度，重疊部分最大直徑不超過91 mm，以免下入困難。下入過程中操作要輕、穩(wěn)，不能墩鉆，避免發(fā)生開焊偏心楔落孔事故。下到孔底后，合上車，卡緊立軸，用油缸向下壓，把偏心楔留在預(yù)定位置。

2.4 偏斜鉆進(jìn)

鉆具與偏心楔脫開后，嚴(yán)禁向上提動鉆具，應(yīng)立即開泵送漿，待孔口返漿后，采用輕壓（2 000～3 000 KN）、慢轉(zhuǎn)（100 轉(zhuǎn) /分）、適當(dāng)泵量（70～90升/分）的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在每個立軸行程末時要上下反復(fù)掃孔，使造斜孔段更加光滑、通暢。Φ75導(dǎo)斜鉆進(jìn)2米后，換Φ75導(dǎo)正、Φ91擴(kuò)孔的鉆具鉆進(jìn)2米，最后再換Φ91鉆具進(jìn)行取心。

3 地質(zhì)效果

三個鉆孔使用人工造斜技術(shù)，完全達(dá)到了地質(zhì)目的，而且也避免了因報廢而帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

人工造斜鉆孔主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1。

表1 人工造斜鉆孔主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表Table 1 The main technical and economic indicators for arti ficial slanting drilling

4 結(jié)論及建議

（1）采用下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜的三個鉆孔，通過與測井資料進(jìn)行對比，各項參數(shù)指標(biāo)完全合格。

（2）下入固定式偏心楔進(jìn)行人工造斜，在煤田鉆探中是一種快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的技術(shù)，其他礦種鉆探也可以應(yīng)用。

（3）架橋部位宜選擇較完整、硬的孔段；造斜孔段宜選擇較松散、軟的孔段。

（4）架橋后，投入的粘土與碎石量不宜超過1米，搗實(shí)后以0.5米為宜，配合偏心楔底部的鋸齒，固定效果好，架橋時間短、效率高。

（5）下入孔內(nèi)的鉆具不能超過3米，鉆頭外出刃要小或沒有，鉆具上部連接一根短單根，造斜效果更好。

（6）鉆具與偏心楔用電焊點(diǎn)接，結(jié)實(shí)程度要適宜；脫開后不能向上提鉆，應(yīng)立即開泵送漿，進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

（7）為提高效率，ZK1107、ZK0722號鉆孔，采用了Φ75/Φ91擴(kuò)導(dǎo)式鉆具直接帶偏心楔下入，鉆進(jìn)3米后，換Φ91鉆具進(jìn)行取心鉆進(jìn)。