深孔偏斜补煤程序与技术要点

陈益敏

（河南省地矿建设工程（集团）有限公司，河南 郑州 450007）

深孔偏斜补煤程序与技术要点

陈益敏

（河南省地矿建设工程（集团）有限公司，河南 郑州 450007）

本文介绍了岩心钻探工程在煤层中采用偏心楔人工造斜技术进行偏斜造孔、补煤操作技术要点及操作程序等方面的研究与实践，使钻孔深部补取煤芯获得成功，并将此工艺用于复杂事故钻孔经验与体会。

岩心钻探；偏斜补煤；工艺程序；取煤管

1 概况

1.1 项目概况

河南某煤田预查区ZK012钻孔，设计孔深：1200m，终孔孔深：1182.62m，煤层顶界：912.15m，止深：914.18m。终孔后测井验证煤层打丢。起初，机台接到补煤通知后，自行进行了偏斜钻进。由于机台很少经历偏斜钻进，更没有经历过深孔偏斜钻进，在未准备偏斜钻具情况下，仅采用短岩心管接旧金刚石钻头扫孔钻进，结果在扫孔钻进时，钻具套入偏斜楔顶部，偏斜楔扫坏，松动，造成偏斜失败。

技术人员到达现场后，召开技术专题会，分析失败的原因，讲解偏斜钻进的技术方法、操作程序、技术规程，使机班长领会、掌握了技术要点，在技术人员的指导协助下，偏斜补煤获得一次成功。

1.2 工程概况与地层条件

1.2.1 工程概况

ZK012钻孔设计孔深1160m，终孔孔深1182.62m；钻孔结构：一开0～6m采用φ130口径，下入φ127孔口管，二开采用φ94口径至终孔。

钻进方法：使用TXJ-1600型钻机，NBB250/6A型泥浆泵，以PDC钻头、金刚石钻头为主的普通单、双管钻进方法，使用优质“双聚”泥浆护壁，裸眼钻进。

1.2.2 地层条件

主要地层为下二迭统山西组（P1sh），为一套过渡相为主的含煤地层，二1煤段：泥砂岩及煤层组成，厚约45m，其中二1煤为主要可采煤层；大占砂岩段：为中细粒砂岩，厚约15m，为煤层顶板，是主要标志层之一；煤层顶界：912.15m，止深：914.18m。

2 深孔偏斜补煤的程序

2.1 偏斜位置的确定

在保证到达煤层顶板时的偏移量，尽可能减少钻进工作量的前提下，一般需在矿层上部10m以上，起始孔段以岩层较完整，可钻性中等，超径量不大于10%的孔段为宜。

2.2 偏斜器和偏斜钻具的准备

（1）偏斜器：偏斜器采用岩芯管制作，顶角设计角度按确定的偏斜位置及到达煤层顶板时的偏移量确定，一般不小于2°，不大于3°。偏斜器长度为设计偏斜楔斜面长度加0.5～1.0m的支撑管，支撑管上钻6—8个小孔，以用木钉固定木塞；若用园钢加工偏心楔楔体（不易扫坏，成功率较高，成本较高）。偏斜器下部（支撑管部分底部）可加工成30°的“V”字楔，在楔体上钻2个φ8mm的小孔，孔距15mm与木塞连接（木塞上部开30°的“V”形槽）。

（2）偏斜钻具：偏斜器连接器1个（丝扣与钻杆或岩芯管连接，注意留通水孔）；木塞1根（长2.0～3.0m，外径同岩芯管内径，底端稍细）；锥型钻头2个（大端直径处与钻孔同径）；长0.5m、1.0m、1.5m、2.0m岩芯管各一根；外径镶保径合金的岩芯管接头两个以上，磨孔钻头1个（与钻孔同径）。

（3）偏斜器的连接：（见示意图） ①连接器：用短钻杆或钻杆接头加工，连接部分要保证一定厚度，开螺孔2个，留有通水孔。

②连接螺钉：可选用螺钉或铆钉。

③楔体：采用岩芯管加工，开小孔6—8个，用木钉固定木塞。

④连接后检查垂直度和连接部分的外径不超出钻孔孔径。

⑤木塞：长度按2.0～3.0m加工，采用见水易膨涨的木材。

2.3 封孔

偏斜补芯应在钻孔终孔，并结束了全部任务之后进行。首先封闭偏斜位置下部钻孔，采用高标号（425#以上）水泥。水灰比0.4～0.5，泵注。封孔高度应保证在清除浮浆后，见硬位置不低于设计偏斜位置。封孔的同时进行偏心器和偏斜钻具的加工。

不要求封闭的钻孔、浅孔补取岩矿芯，可采用投石子（或“架桥”）的方法，从孔口直接投入或采用岩芯管送入，投到设计偏斜位置，捣实。尔后，下入连接好的偏斜楔。

2.4 偏斜器的下入

偏斜器下入之前必须进行清孔，采用与偏斜器全长基本相当的钻具，将泥浆调整到最佳，逐段进行清洗，直至起下钻具畅通无阻。

按照示意图连接好偏斜器，慢速下至设计偏斜孔段，若为油压钻机，可以采用加压的方式将连接螺钉（铆钉）切断；若为非油压钻机，可将偏斜器提起一定高度，将螺钉（铆钉）墩断。在此过程中要特别注意准确丈量、记录偏斜器及所有下入孔内的钻具，偏斜器到位后要准确记录其深度位置。

2.5 固定偏斜器

可配制一定体积的水泥浆泵注，亦可配置有一定含沙量较高的泥浆注入。

2.6 扫孔与造孔

扫孔采用合金钻头，当钻头扫至偏斜器顶部时应特别注意（不可扫坏偏斜器），而后冲孔起钻。起钻后，换锥形钻头接0.5m长的短岩心管扫孔、造孔。锥形钻头在扫孔过程中，会沿着楔体的斜面下滑。在下滑过程中，若出现阻力加大，即可判断已接触岩石，开始造孔，这时应轻压慢转，不可操之过急。在扫孔过程中，会出现挤卡、憋车，应经常提动钻具，一直扫到超出楔体斜面为止（超出越多，难度越大，但对下一个回次越有利），冲孔起钻。

换1.0m长的短岩心管连接锥形钻头扫孔，其目的是削磨在新孔形成过程中，老孔与新孔之间造成的“狗腿弯”，扫到底后冲孔起钻。在扫孔过程中，同样会出现挤卡、憋车，应经常提动钻具。

2.7 削磨“狗腿弯”

偏斜器斜面的顶角虽然只有2°30′—3°，但锥形钻头造出来的新孔，自锥形钻头在楔体斜面上接触岩石开始，就自然在造新孔的过程中出现一个老孔与新孔之间的“狗腿弯”。这个“狗腿弯”不削磨好，若用粗径钻具直接转入取心钻进，钻具则下不到孔底，必须逐级削磨“狗腿弯”。

接1.0m长的短岩心管在扫孔、削磨“狗腿弯”的过程中已经没有阻力时，可换1.5或2.0m的短岩心管连接锥形钻头（注意，要再换一个镶有新合金的异径接头，以利削磨“狗腿弯”）继续削磨，直到可顺利下入取心的粗径钻具为止。

2.8 磨孔

在多个回次扫孔、削磨“狗腿弯”的过程中，新孔孔底可能落有合金块、铁屑，且孔底呈锥形，在转入正常钻进之前，特别是转入采用金刚石或复合片钻头钻进之前，应用磨孔钻头（平面合金钻头）将孔底磨平，并在磨孔过程中，将掉入新孔内的合金块、铁屑磨得由大变小，以大泵量的冲洗液携带至地表，使孔底平而干净。

2.9 转入正常钻进

转入正常钻进的第一个回次，所用粗径钻具的长度，应小于削磨“狗腿弯”最后一套钻具的长度。在下钻和钻进过程中若不出现异常现象，说明偏斜造孔已经完全成功。

2.10 补煤

为了保证补煤一次成功，应事先检查取煤管的性能，确保灵活可靠。还需要提醒的是，取煤管的长度不可超过削磨“狗腿弯”后，进行正常钻进时粗径钻具的长度。即正常钻进的最后一个回次，所用粗径钻具的长度，要大于取煤管的长度，为取煤管的顺利下入创造一个良好的工作条件。

结语

在优化钻探施工工艺的同时，一套简易完善、经济的质量保证和事故处置措施的实施，对降低施工成本，提高施工质量及经济效益是非常有益的。偏斜造孔技术方法的成功应用，

[1][苏]力马诺夫等著.勘探钻孔定向钻进[M].1982年3月，长沙化学矿山设计研究院编译.

[2]赵国隆，刘广志，李常茂.勘探工程技术[M].上海：上海科学技术出版社，2003.103-111.

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