厚覆盖层煤田钻孔裸眼钻进的技术实践

马德旺，陈永才

（河南省地矿局第四地质勘查院,河南郑州450000）

厚覆盖层煤田钻孔裸眼钻进的技术实践

马德旺*，陈永才

（河南省地矿局第四地质勘查院,河南郑州450000）

平原地区厚覆盖层煤田深孔钻探施工难度大，钻探事故率高。对厚覆盖层煤田深孔钻探施工中简化钻孔结构、维护孔口稳定，合理的钻具结构与级配、增加钻具强度与稳定性，泥浆选型、使用及现场管理，堵漏与防塌施工技术工艺给予了详细的介绍。

裸眼钻进；厚覆盖层；钻进技术

河南省焦作煤田块村营煤详查钻探工程项目由我院2010年中标施工。矿区内设计钻孔深度在1100～1600m之间，第四系、新近系厚度在950～1380m，巨厚的覆盖层加大了钻探施工的难度。如果采用覆盖层孔段下套管的方法进行护壁，其问题：一是1000m左右长度的Ø108mm或Ø127mm套管，重量大必须套管底支撑在基岩内。二是下套管难度大，钻孔垂直度要求高，摩阻力大时会超过施工钻机的起拔能力，能完全下入1000m左右长度套管的钻孔不多。三是起拔套管难度更大，钻机自身的卷扬机根本提不动，用大吨位千斤顶往往缺少支撑点或者根本顶不起来，套管不得不滞留孔内，造成生产成本增加，在激烈的钻探市场竞争环境中，高成本就意味没有市场竞争力。四是若下入1000m左右的套管，钻孔的垂直度无法保证，钻进中钻杆与套管摩擦撞击，常发生不可预测套管、断杆事故，处理不易，因此，近年来厚覆盖层深孔煤田钻探均不再下入套管，实行裸眼钻进技术。我院在详查区施工地质钻孔24个，完成钻探工作量30760m，平均钻孔深度1282m，均采取裸眼钻进并取得成功，主要应用了以下钻探施工技术。

1 简化钻孔结构，维护孔口稳定

裸眼钻进的钻孔结构越简单越合理。最好是采用两级结构，开孔直径大于终孔直径一级，一般是在钻过覆盖层后换径至终孔。设置大2～3级口径主要是为钻孔后续施工若发生孔内事故处理时预留一级备用，厚覆盖煤田钻孔只下入孔口管，起下方便，钻孔结构级数多，在孔壁上形成的多台阶也会增加下钻时钻具撞击孔壁的次数，从而破坏孔壁的稳定。覆盖层钻进效率很高，需要扩径也很容易，当然也可以大两级开口并下入孔口管。我们在该矿区24个钻孔施工实践证明，裸眼钻进不宜采用多级换径结构，也没有必要性。

裸眼钻进，孔口的维护是一个不能忽视的问题。其解决方法是：下入孔口管。孔口管直径一般为Ø127mm径的，下入深度视钻孔孔口土质而定，1.5～9.0m之间。同时将孔口管固定在机台木上或地梁上，并在孔口管端部周围填满粘土捣实，孔口管下端也要下入粘土捣实，深度应在0.5m以上，而且要保证孔口管的垂直度。

2 确定合理的钻具结构与级配、增加钻具强度与稳定性

钻具结构级配合理与否，直接影响到钻进技术参数的选择、钻进质量及钻进效率。也得与钻孔孔径级配合理，我们实际采用的钻具结构如下：

（1）钻杆：六方主动钻杆7～9m，Ø50mm(Ø60mm)钻杆，Ø65mm(Ø75mm)，接箍连接。

（2）钻铤：Ø68mm钻铤，350～500m。开孔和覆盖层上部地层钻进必须全部使用钻铤坚持吊打钻进工艺，保证上部钻孔的垂直度，只有上部钻孔垂直度符合要求，就为钻孔下部提供了保证。切不可图省事埋下质量隐患。钻铤的作用一是增重二是刚性好能保证钻孔垂直度。

（3）防斜器与稳定器，防斜器用Ø68mm钻铤500～600mm长，焊上3条肋骨片（120°一个），肋骨片上镶合金，作为导正及防斜用。稳定器用Ø94mm扩孔器，起稳定钻头及扩孔作用。

（4）钻具和钻头。钻具用Ø89mm岩芯管长5～6m，钻头外径为Ø95mm。

（5）上部松散的覆盖层，采用无芯钻进，其钻具结构是在取芯钻具的基础上加以调整的。将粗径钻具卸下换上2～3根带肋骨片合金钻铤连接无芯钻头。

3 泥浆选型、使用及现场管理

选好与用好泥浆是保证钻孔安全进行裸眼钻进的技术关键。因此必须根据矿区的地层情况选择泥浆的类型与处理剂，但有一条应加以强调，那就是无论选用何种泥浆类型，其造浆粘土必须选用优质的土粉。该矿区施工选用的泥浆类型是“双聚”泥浆与低固相优质泥浆，实现了裸眼钻进并取得了较好的应用效果。其主要配料是：优质钠土、纯碱、聚丙烯酰胺、聚丙烯氰-钠盐、腐植酸钾、堵漏材料（锯末、棉籽壳、备植物胶干粉和磺化沥青干粉）。实践证明，“双聚”泥浆和低固相泥浆特别适用于松软和水敏性厚覆盖层煤田钻孔钻探。由于该矿区优质泥浆的成功应用，给该矿区的钻孔实现裸孔钻进提供了坚实的保证，是一个经验值得推广的案例。因此我们得出的结论是：一是任何泥浆类型都可以进行裸眼钻进；二是无论什么地层用泥浆护壁都是行之有效的方法；三是在复杂地层中进行裸眼钻进有固相和无固相泥浆均可使用；四是钻孔深浅对裸眼钻进没有什么影响。

裸眼钻进泥浆的净化工作更为重要。在泥浆管理上应给予高度重视，泥浆经过孔内循环由于温度变化、地下水浸溶稀释、固相含量的增加、砂石粉末的加入，泥浆的性状在不断变化，总的趋势是变差甚至是废浆，因此根据泥浆的流动形态适时的添加泥浆材料使泥浆保持好的使用效果，是衡量一个机台整体技术水平的试金石，也是一个优秀钻探技术人员必备的素质。经过多年的生产应用实践，我队机班长积累了丰富的现场使用经验，机班长都能自主调节泥浆性能。由于该矿区优质泥浆的成功应用，给该矿区的钻孔实现裸孔钻进提供了坚实的保证。泥浆净化办法一：机台配备使用除砂器，钻进班次每班间断开动时间2h左右，砂层或渣滓含量大时开动时间增加，基岩以下层段也要不定期使用。泥浆净化方法二：泥浆循环系统要长，坡度平缓利于岩粉屑的沉淀，泥浆槽间断设置沉淀池2～3个，人工清砂清渣要经常，泥浆循环系统长度短了，除砂器开动的时间相应长些，目的是使泥浆保持良好的性能，泥浆性能良好，利于钻效的提高，保持孔内干净能防止孔内事故的发生，同时做好泥浆净化工作延长了泥浆的使用寿命，减少了泥浆材料的消耗，提高了经济效益。

4 做好堵漏与防塌工作

裸眼钻进堵漏与防塌也是施工中的主要一环。事先必须做好全面准备，一是堵漏措施要做到有预备，且工人都能掌握；二是处理步骤方案要明确；三是堵漏物资要齐全。发现漏水要及时处理，决不能延误时间。漏水严重时要及时提上钻具，如果塌孔很容易埋住钻具。堵漏的步骤是：发现泥浆消耗量变大应立即停止钻进安排搅浆把正常施工泥浆变为堵漏泥浆，在泥浆循环中添加堵漏材料逐渐改变泥浆性能，千万不要漠视不管使小漏变中漏至大漏，锯末等廉价堵漏材料备量要足，添加量可大些，实践证明，锯末有聚集在化学材料的粘联下能有效堵漏，效果很好。经过逐渐加料泥浆不断循环多数情况下孔内漏失会逐渐变小直至呈正常状态。一瞬间大漏的情况较不多见，瞬间孔内泥浆倒流，只有立即起钻别无他法。不然后果就是塌孔埋钻。全漏失钻孔不宜采用水泥封孔的方法处理，特别是覆盖层段。小漏处理漏失时也不要把钻具下到一个层位长时间停钻，有抱钻可能，也易冲塌孔壁。处理钻孔漏失的成功与否是裸眼钻进成败的关键，是对机台综合技术能力的考验，稍有疏失易造成：漏失—塌孔—埋钻，处理起来费时费工耗材，甚至功亏一篑，所以要严加防范。

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1004-5716(2015)04-0098-02

2014-09-24

马德旺（1967-），男（汉族），河南襄城人，工程师，现从事煤田钻探施工技术及管理工作。