關于達州宣漢上峽煤礦資源儲量核查鉆探施工項目ZK2-2鉆孔施工及技術分析

王冠軍

（四川華鋒鉆探工程有限責任公司，四川成都610091）

1 工程概況

在加快推進成渝地區(qū)雙城經濟圈建設的大背景下，公司承接了達州宣漢上峽煤礦資源儲量核實鉆探施工項目。該項目的順利開展，標志著華鋒公司拉開了投身成渝地區(qū)雙城經濟圈建設的大幕。

該煤礦勘查區(qū)地處達州宣漢縣，近鄰開縣，與襄渝鐵路、達萬鐵路、達陜高速路、達渝高速路和210國道的交匯處相距不遠，交通便利。該項目鉆探工程設計勘查施工鉆孔15個，總施工任務量10960m，鉆孔設計深度一般在700~800m之間，最大設計深度1185m。截止目前，已完成14個鉆孔，累計完成鉆探工作量9984.4m。做好該項目的施工技術總結，可以為公司在煤礦地層施工深孔或超深孔提供技術積累和經驗積累。

2 ZK2-2鉆孔施工難點分析

勘查區(qū)一帶的地層由老至新依次為三疊系中統(tǒng)巴東組(T2b)、上統(tǒng)須家河組(T3xj)，侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組(J1zh)、中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)、中統(tǒng)新田溝組(J2x)及下沙溪廟組（J2xs），巖層較完整。煤層段夾雜有水敏性巖層，有一定的施工難度，ZK2-2號鉆孔鉆遇地層有較強代表性。該孔設計深度1185m，其上覆地層是質地松軟的沉積巖和比較完整的灰?guī)r，鉆進效率較高；進入煤系地層后，由于地層松散破碎，鉆進過程中容易出現掉塊，與此同時，煤系地層中還含有泥巖和變質巖的夾雜，出現較強的縮徑現象。施工中遇到的困難主要有：

（1）掉塊卡鉆。由于煤系地層松散破碎，鉆進過程常出現掉塊現象，如果不注意防范和消除掉塊，后續(xù)鉆進過程中，容易造成嚴重卡鉆現象。

（2）縮徑卡鉆。煤系地層中的泥巖、變質巖具有強水敏性，遇水易膨脹，導致鉆孔出現縮徑現象，對正常施工影響極大。一是提升鉆具后無法直接下放到鉆孔底部，需上下反復掃孔，重新修整孔壁；二是在鉆進中泵壓升高，扭矩增大，造成抱鉆、卡鉆風險。掃孔需要消耗大量時間，同時隨著孔壁浸泡在泥漿中的時間延長，水化作用加劇，縮徑抱鉆、卡鉆現象愈加嚴重。

因此，煤系地層鉆進是該鉆孔施工的重點，鉆孔護壁、事故預防與處理是施工過程中的難點，提前做好預防，是保證孔內安全的重中之重。

3 ZK2-2鉆孔施工技術分析

（1）設備選擇。項目部為ZK2-2鉆孔配備阿特拉斯C6C型全液壓履帶式鉆機，該型鉆機主要參數性能滿足鉆孔設計需要，且性能穩(wěn)定、易于維修，具體參數詳見表1。

表1 C6C鉆機性能表

（2）鉆孔結構。由于鉆孔設計深度較深，為保障鉆孔成功率，鉆孔結構設計時采用了4級口徑。根據地質資料、前期施工經驗和鉆機參數，第1級采用PW（?140mm）口徑開孔，穿過表面覆蓋層后在6m處座管；第2級采用PQ（?122.6mm）口徑，鉆進至120m左右座管；第3級采用HQ（?96mm）口徑，鉆進至450m左右座管；第4級采用NQ（?75.7mm）口徑，鉆進至終孔。這樣設計，即兼顧了施工效率又很好地結合了地層實際情況。

（3）沖洗液配置。沖洗液性能的好壞，直接影響沖洗液攜帶巖屑的能力、流動性和護壁能力。與此同時，還要充分考慮泥漿材料的成本問題，兼顧經濟與實效。

PW口徑鉆進時，由于表面覆蓋層不厚，同時漏失較為嚴重，采用頂漏鉆進的方法，采用清水加少量潤滑劑或少量膨潤土的沖洗液配方。這樣做的目的，一是節(jié)約成本，二是加快前期施工進度。

PQ口徑鉆進時，地層主要為較完整的灰?guī)r和板巖，穩(wěn)定性較好。實際施工過程中，主要采用2%膨潤土+0.1%纖維素沖洗液配方，即保證了沖洗液的流動性，又有較強攜帶巖屑能力。

HQ口徑鉆進時，當未進入煤系地層時，依然采用2%膨潤土+0.1%纖維素沖洗液配方；在孔深207m左右時，進入煤系地層，此時應及時將沖洗液更換為低失水、強抑制性的低固相沖洗液，采用的是4%膨潤土基漿+0.1%~0.15%磺化褐煤+0.05%聚丙烯沖洗液配方。此類沖洗液具有低失水、較高粘度的特性，可形成質地均勻的泥皮，對煤系地層水敏性泥巖、變質巖有很好的抑制作用。在鉆進過程中，還應時刻關注沖洗液變化情況，做好沖洗液性能維護和調整工作。

NQ口徑鉆進時，為保證沖洗液持續(xù)有效抑制作用，依然采用4%膨潤土基漿+0.1%~0.15%磺化褐煤+0.05%聚丙烯沖洗液配方。

（4）事故預防。復雜地層的施工，尤其是在掃孔、內管打撈和起降鉆具方面必須制定系列事故預防措施，否則容易造成孔內事故。ZK2-2鉆孔在鉆進過程中采取了以下措施。

①堅持科學掃孔。鉆遇泥巖、變質巖夾雜的煤系地層中，由于巖層較軟，進尺效率提高，操作人員容易忽略必要的掃孔作業(yè)加速冒進，等到發(fā)現縮徑等問題時為時已晚。一般情況下，遇見縮徑地層時，要在24h內對縮徑部位進行一次掃孔，如果縮徑層的長度比較長或者間斷縮徑層跨度很長時，要在12h內進行一次掃孔。后續(xù)是否要持續(xù)掃孔，應當根據初次掃孔的情況判斷，如果該掃孔過程很順利或者憋水情況不嚴重，可以不用持續(xù)掃孔；如果掃孔時扭矩很高、憋水情況很嚴重，在初次掃孔完成后，應在36h或48h內，對縮徑部位進行二次掃孔，經過多次掃孔去除安全隱患。當然，在掃孔過程中，掃孔速度的快慢也要根據掃孔時鉆桿的扭矩與憋水情況判斷，扭矩變化幅度不大或者憋水不嚴重時，可以快速掃孔，節(jié)省時間；扭矩變化幅度大或者憋水嚴重時，應當緩慢來回掃孔，步步為營，保證孔內安全。

②保持鉆柱旋轉。在煤系地層中，巖屑生成量較一般地層更大，沖洗液中巖屑比例增加，打撈內管時沖洗液循環(huán)停止，巖屑沉淀量加大；當鉆孔深度超過700m時，打撈內管和投放內管等輔助時間可長達20~30min，期間孔內鉆桿和鉆具都處于靜止狀態(tài)，如果孔內巖屑沉淀或者孔壁剝落都可能導致卡鉆等事故。因此在打撈、投放內管過程中要全程保持動力頭不間斷緩慢旋轉，減少沉砂卡鉆幾率。

③減少壓力波動。為保證護壁性能，煤系地層鉆進時使用的沖洗液一般粘度較大，打撈內管或帶鉆具提升鉆柱時會形成較大抽汲壓力，快速下放、尤其是帶鉆具快速下放鉆具時又會形成較大的激動壓力，對水敏性地層孔壁的穩(wěn)定性造成很大影響。因此打撈內管、帶內管起鉆柱時的前幾十米要勻速緩慢，下放鉆具時不要帶內管，同時還要放慢速度。

④堅持沖洗液回灌。經計算，一個口徑為1000m深鉆孔，如果在升起鉆具時不向孔內回灌沖洗液，孔內將損失240m的液柱壓力，如果孔內有漏失，那么丟失的液柱壓力還會更高，將對軟弱孔壁的穩(wěn)定性造成很大影響。因此，在提升鉆具過程中，應當采取回灌沖洗液的方式保持沖洗液液柱壓力，維持孔壁壓力平衡。

4 ZK2-2鉆孔施工效果

ZK2-2鉆孔經過25d的施工，有效進尺946.10m，巖芯累計采取長度940m，鉆進臺月效率達1135.32m/月，巖芯采取率99.36%，達到地質要求終孔。由于采取了上述技術措施，在整個施工過程中沒有發(fā)生一起卡鉆等較大孔內事故，很好地節(jié)約了施工成本，提高了施工效率，鉆孔的各項經濟指標和技術指標均達到了設計要求。

5 結束語

該項目施工已接近尾聲，雖然每個鉆孔的設計深度不同，但從每個鉆孔的鉆進效率、巖芯采取率等重要經濟指標和技術指標可以看出以下幾點：

（1）施工關鍵技術是保證每一個鉆孔順利完成的技術核心。做好施工前的施工組織設計，特別是關鍵技術設計是關鍵。

（2）孔內事故預防及處理的技術預案也是保障成功的重要措施，與鉆探設備、鉆進技術以及沖洗液調配同等重要。

上述各項分析僅從技術角度闡述了如何提高鉆孔的施工效率和確保鉆孔成功，而在每個項目的實際施工過程中，還要充分考慮項目的后勤保障、現場指揮和項目員工等多方面因素，建議每個項目具體施工要緊密結合現場實際情況，項目管理和技術措施要同時抓，缺一不可，才能實現高質量的鉆探。