淮北市袁店深部勘探区煤炭普查9－2地质孔施工工艺技术

王绪春

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州 234000)

1 概述

随着我国煤炭事业的兴起，逐步向深部进行勘察，钻探技术也在不断的提高。2009年安徽煤田地质局水文勘探队在中央基金项目袁店勘探区施工1 610 m的地质勘探钻孔，由于地质条件较为复杂，钻孔又特别深，而且也是建队以来第一次施工这么深的钻孔，风险大，压力重。我单位组织相关技术人员通过认真仔细的研究决定，制定了一系列的钻探技术措施，特别是选择施工钻探人员方面也是队最强的力量。因事先没预料地层的复杂性，在施工期间遇到了很多想不到的问题，但都一一克服了，成功的完成了这一艰巨任务，成井后各项技术指标满足合同要求，不但打破了我的历史纪录，而且在提高钻探技术方面推向了新的台阶

1.1 地质条件

第四系(Q)由粘土类、砂类等组成，总厚度为246.45 m，其中大部分粘土层为高膨胀润土，遇水形成水化膨胀，缩径较严重，是本孔施工中难点之一;砂层易坍塌，扩径使泥浆破坏的太严重，泥浆性能的保持和维护难度较大。

基岩段砾石层厚20 m，风化带厚30 m，风化带到处80 m全部是红层，红层相对较软，容易产生破碎和掉块。以下的基岩层主要以砂岩、砂质泥岩和泥岩为主，终孔层位于10煤层下40 m的一灰。有9层煤，其中8号煤层顶板为破碎带，坍塌漏失较严重，这也是施工中的又一难点。

1.2 质量要求

(1)本孔设计孔深1 450 m(实际完成深度1 610 m)要求穿越9层煤，终孔至C3。

(2)全孔取芯

(3)可采见煤点全部采取煤芯样并参于验收。(4)钻孔水样。

2 钻探设备

TXB－1600A型钻机，该钻机配有水刹装置，水刹车机构操作省力自如，能减少卷筒、闸带、钢丝绳等零件的磨损，消除升级系统的冲击力，保证下钻的安全;钻塔为四角22 m加重型井架;NBB－250/60泥浆泵一台;6135型柴油机一台。

3 钻孔工艺

3.1 工艺流程

根据施工此井的设备配置情况、井深钻孔结构及地层情况，经综合分析，采取以下成井工艺流程:采用 φ110 mm、φ94 mm复合片，品型合金、高档肋骨、金刚石取芯钻头取芯至孔深度、扩孔下管及固井、见煤与取煤、泥浆的配制与使用。

3.2 钻孔

为了确定地层层位，提供准确资料，本孔要求全取芯。一开孔采用φ110 mm硬质合金肋骨取芯钻头取芯，岩芯管为长7 mφ89 mm取芯至交界面处。为防止孔斜，开孔轻慢转，钻进一定深度后加入总长度为90 mφ83 mm的钻挺加压导正，使钻杆处于拉伸状态实现减压钻进;二开进入基岩后采用φ94 mm硬质合金高档肋骨取芯钻头钻进，此钻头合金出刃高，组数多，合金排列均匀有效，最适应于软岩石。在本孔中克取经层达到每小时3.50 m以上，效率极高。遇到稍硬岩石选择φ94复合取芯钻头取芯钻进，特硬岩石用φ94金刚石取芯钻头钻进根据岩石的软硬程度交替使用，直至C3终孔停钻。

当钻孔施工到1 200 m钻具提至210 m时，出现轻微的“键槽”现象，经上下反复多次窜动钻具，才使钻具提出井口，后用扩孔器扩大口径消槽，才使隐患解除。随着钻孔的进一步加深，施工到1 500时“键槽”再一次发生，而且相当严重，已无法再进行下一步的施工，后采用扩孔套管隔离的方法顺利终孔。

3.3 扩孔下管及固井

用φ168 mm扩孔器扩孔到完整岩石(394 m)，下φ127 mm厚φ8 mm的无缝钢管座实在硬岩石上。套管底口做“喇叭”形状，能使上下钻具顺畅。每根套管管口用丝扣连接，连接处紧牢，用电焊点死，形成一个整体，在钻进中套管不容易脱节。下好套管后整个管外用高标号水泥固井，等凝固72 h。

4 见煤与取煤

4.1 见煤

施工煤田地质孔守煤是很重要的，通常表现为:正常钻进时，拉力表指针突然跳到原钻具重量、钻机滚筒速度突然加快、给不上压力等等。

4.2 取煤

取煤采用的是双管单动(外管φ89 mm，内管φ73 mm，长1.86 m)取煤器。取煤前调整好内外管钻头的间隙(2 mm左右)，下到孔底先冲孔，等孔底冲洗干净后，采用低泵量、中转速、逐步增压力的钻进参数。在本孔中煤的采取率达到90以上。

5 钻探泥浆

本孔泥浆配制为“双聚”泥浆，主要化学要化学材料:膨润土、水解聚丙烯晴、聚丙烯烯胺和纯碱，配制后的泥浆性能如表1。

泥浆类型 密度(g cm－3) 粘度/s pH“双聚”泥浆1.00 ～1.10 20 ～25 8失水量 ml(30 min)－1 含砂量 % 胶体率%12～15 5 95

此泥浆失水量小，泥皮薄，流变性能好，泵压低，孔底干净，携带岩粉

能力强，效率高。本孔在实际应用中效果及佳。

6 钻井遇到的问题及处理方法

6.1 缩径

由于上部多为粘土层，粘土矿物遇水后，表面水化及渗透水化严重，孔径缩小，从而导致起下钻卡阻。

处理方法:

(1)用自制的捋孔器定期进行捋孔;

(2)严格控制pH值，使之不超过9，以防氢氧根离子增加粘土矿物的水化能力;

(3)提高钻进速度，，最大限度地缩短泥浆在井内的侵泡时间;

6.2 键槽

在1 200 m时出现了轻微的键槽，在1 500 m处出现了比较严重的键槽，只要提钻具到210 m左右遇到粗径钻具(钻鋌)卡阻相当严重，已无法在进行下一步的施工。

处理方法:

(1)消槽:用扩孔器由上部加大孔径每米每根的进行加尺扩槽，一直到交界面处;

(2)下套管隔离键槽;

6.3 破碎坍塌漏失

在钻探施工中大多数钻孔都陈在不同程度的漏失，对于孔口不反浆或反浆很小的钻孔，必须停钻进行堵漏。在本孔8号煤上部有近10 m的破碎带，坍塌严重，反复冲扫都没有效果，孔内岩消依然堆积太多，而且漏失较严重。

处理方法:

(1)在泥浆中加入801堵漏剂、加锯末在钻杆内灌入进行堵漏。801堵漏剂是由刨花楠、CMC等高分子化合物处理而成的复合材料，它遇水后能产生交胶反应，形成网状结构堵塞裂隙通道。

(2)增加泥浆的粘稠度，降低比重，减少固相含量。泥浆调配好后，在孔底反复冲扫研磨，使坍塌的岩石大块变小块，小块变粉末，随着泥浆携带出井口。

(3)在钻进工艺上要选择合适的泵量，在环空中保持层流，以避免因紊流冲刷而加剧剥落坍塌。

7 结语

(1)泥浆是施工深孔最重要的环节，它就象人体的血液一样必不可少，稍有疏忽，就会造成事故的频繁发生，所以应当严格把好泥浆的各项性能指标，可根据不同的地层和层位及时调整泥浆的性能。

(2)淮北的第四系地层多为粘土层和砂层组成，粘土层遇水形成水化膨胀，缩径较严重。在这个孔没有下入套管的施工期间，平均每三到五天要用自制的捋孔器重新顺孔，否则就会找不着原孔。砂层胶结性差，漏失水较明显，易坍塌。随着钻孔深度的增加、泥皮的增厚，在粘土层中慢慢的会形成一个沟槽，也就是“键槽”。所以在施工超深孔时，建议先下入套管隔离新地层，以防止第四系地层缩径、坍塌和键槽等事故的发生。