浅谈普钻在煤田地质超深孔钻探技术施工工艺以陕渑煤田杜家-张沟zk0601孔为例

赵文杰，张继业

（河南省资源环境调查四院，河南 郑州 450046）

对于煤田地质勘探工作而言，掌握超深孔钻探技术施工工艺，不但可以解决煤田地质勘探中的技术问题，同时还能有效提取深层地层中的岩芯，为地质勘探和地质成分分析提供有力的手段支持。本文以陕渑煤田杜家-张沟煤预查勘探区的煤田地质孔为例，简要阐述所使用的施工工艺及施工中总结的一些基本经验。

1 工程概况

河南省煤田地质局四队承接了陕渑煤田杜家-张沟煤预查勘探区的煤田地质孔的施工，在该勘探区这一次设计钻孔有4个，最深一口井zk0601孔终孔孔深是1630m，由于该区地层比较复杂，构造比较多，地层倾角大，软硬互层较严重，属于易斜地层，该孔离山较近，裂隙比较发育，容易出现孔内漏失，该孔在该地区地层属于全套地层有平顶山砂岩，勘探煤层属于二叠系煤层，非常具有代表性。

2 煤田地质超深孔钻探技术施工设备的选择

根据钻孔设计本孔采用TXJ—1600型钻机，用Φ24钢丝绳吊挂，为了达到提升能力的要求，采用一个动滑轮组进行重量分担。

使用的泥浆泵型号是NBB—260/7，额定流量为260L/min，额定压力7MPA，泵量如下：

表1 地质超深孔钻探技术流量分析

所使用的钻塔是A字型伸缩式钻塔，该钻塔由内塔、外塔和天车三部分组成，塔高18m。内外塔的两条腿均为矩形小断面匡架式结构。其断面尺寸分别为0.4m*0.45m和0.49m*0.54m。内塔腿采用Φ63.5mm的钻杆材料，用Φ20mm钢管做横手，30mm*4mm做斜手焊接而成。内、外塔腿的长度分别为8.25m和8.45m，内塔腿插于外塔腿内构成一体，通过伸缩来调整他的高度。

3 井身结构及钻进参数

3.1 结构设计

开孔采用Φ215mm牙轮钻头钻至70m左右，下Φ168mm表层套管，封住上部砾石、黏土、流沙层。然后用Φ113mm的复合片钻头和金刚石钻头钻至704m，再换径用Φ94mm的复合片和金刚石钻头钻至终孔。

3.2 钻进参数及措施

钻进过程中严守操作规程，眼观六路，耳听八方，保持双人看车；起下钻操作要平稳，防碰，防溜，防墩，防掉物；按时检查保养设备；根据不同孔深段的地层要随时调整泥浆性能指标，如表2。

表2 不同孔深段的地层调整泥浆性能指标

4 普钻在煤田地质超深孔施工需注意的几个问题

4.1 煤田地质超深孔钻探技术，需要根据不同地层选择钻头

由于煤田地质超深孔钻探的整体钻孔深度较深，在钻探过程中会遇到岩石层，尤其在钻孔较深以后每一回次进尺提拔钻具辅助时间较长，为了缩短纯钻时间，提高钻进效率有效钻透岩石层，钻头的正确选择在这一过程中尤其重要。基于超深孔钻探技术的实际需要，在具体的钻头选择中，应将钻头的强度和使用寿命作为主要指标，保证钻头能够具有较高的强度，满足超深孔钻探的实际需要。因此，特殊型号的超强钻头，是解决煤田地质超深孔钻探需要的重要因素，只有做好这一选择，才能保证煤田地质超深孔钻探取得积极效果。

4.2 煤田地质超深孔钻探技术，需要地上钻探设备牢固，可靠

考虑到超深孔钻探技术的难度以及对设备功能的要求，煤田地质超深孔钻探技术对地上专用钻探设备的功能有较高的要求，为了达到超深孔钻探目标，在设备选择中应根据钻井需要进行合理选择，并加强设备功能的考察，保证地上钻探设备的功能能够满足超深孔钻井需要。

地上辅助设备是保证煤田地质超深孔钻探有效进行的关键，由于超深孔钻探技术在应用过程中需要稳定的地上井架以及地上设备的辅助，因此，对地上专用辅助设备有着较高的要求，需要地上辅助设备在功能、稳定性和有效性上满足指标需要。只有达到这一标准，才能解决超深孔钻探稳固问题，为超深孔钻探提供有力的支持。

4.3 煤田地质超深孔钻探技术，必须严格控制钻孔孔斜

钻孔孔斜不是能绝对防止的，但在操作技术上注意预防，是可以减少钻孔的孔斜程度，在操作过程中，除严格遵守技术操作规程外，尚须注意以下几点：

（1）正确的安装钻探设备，要用坚固的地盘、稳定的基础，钻塔和钻机的安装必须周正、坚固、水平，提引器中心、钻孔中心、立轴三点必须在同一垂直线上。开孔钻进100m～200m时进行一次检验看地基是否下沉和三点是否还在同一垂直线上。

（2）开孔钻进时随着钻孔的延伸，要不断加接岩心管导正。

（3）不把弯曲的钻具下入孔内，为防止孔斜，在任何情况下粗径钻具的长度不能小于9m。

（4）采用钻铤加压可以使钻杆处于拉直状态减少弯曲，在很大程度上可以防止孔斜，加钻铤的数量应超过孔内所需压力的20%～30%。

4.4 煤田地质超深孔钻探技术，要有合理的钻具组合

在煤田地质超深孔钻探技术应用过程中，钻具组合是非常重要的。本孔钻孔结构根据地层和柱状设计综合因素考虑分为以下几种钻具组合：

（1）Φ215mm牙轮钻头+Φ121mm钻铤+Φ83钻铤+立轴，钻进至70m。

（2）Φ113钻头+Φ83钻铤+Φ68钻铤+Φ50钻杆+立轴，钻进至704m。

（3）Φ94钻头+Φ68钻铤+Φ50钻杆+立轴，钻进至终孔。

4.5 煤田地质超深孔钻探技术，要使用优质的冲洗液

（1）在煤田地质超深孔勘探中采用不同的钻进工艺，选用合适的冲洗液类型是保证正常钻进的关键，而煤田钻探施工的地层主要是煤系，属沉积地层，除地表的松散的冲积层外，多数基岩为软硬互层可破碎岩层和水敏性地层及部分涌水地层，因此，多采用泥浆作为冲洗液。

而该孔使作不分散抵固相聚合物钻井液，该钻井液具有选择性絮凝和包被作用的高分子聚合物，部分水解聚丙烯酰胺，羧甲基纤维素，腐植酸钾为主要处理剂，保留泥浆中优质造浆粘土，而絮凝劣质粘土和钻屑，以便地表沉除，保持钻井液的低固相，而且PHP剪切稀释性好，有利于提高钻速，润滑钻具，孔内清洁，防塌防卡。

（2）钻井液配制及维护和管理：钻进选用聚丙烯不分散低固相钻井液，选用的材料有水、钠土粉、纯碱（Na2CO3）中或高羧甲基甲纤维素（CMC），水解聚丙烯酰胺（HPAM或PHP），腐植酸钾（KHM），配制泥浆之前，钠土粉要进行预水化浸泡处理并充分搅拌。

管理与维护：①每班设一名泥浆管理员，随时监测调整泥浆性能，检修维护泥浆净化装置，保证其正常运转，保证冲洗液的各项性能指标符合要求。②每班勤捞砂，勤维护处理，钻进时注意泥浆颜色变化。日常维护处理在泥浆循环槽中进行，缓慢加入处理剂，边维护边处理。加完处理剂的时间为泥浆循环一次的时间，使处理剂均匀分布，以防止大起大落。雨天禁止雨水流入泥浆池内钻，废浆不准再进入循环系统。

4.6 煤田地质超深孔钻探技术，其他操作技术要求

4.6.1 钻进技术操作

钻进要求：钻进前，转速、钻压、冲洗液泵量调到设计要求，正常钻进时，送钻均匀，保持设计的钻进参数，三班钻进压力要一致。严禁中途停泵，钻进中要根据所钻地层岩性的不同实时调整泥浆性能指标，班长看车要有专门的人员看水（上返冲洗液），防止孔底不返水，造成烧钻事故，副班长要经常检查柴油机、泥浆泵，钻机各种机件是否运转正常。见煤前调整好泥浆。保护好孔壁，保持孔内不坍塌，不掉块，并保持双人看车，坚持使用专用取煤工具，进行煤层钻进。尽可能采用较低泥浆粘度，用以降低起下钻过程中动抽吸压力或激动压力。

4.6.2 起下钻具操作

提钻实行灌孔制，保持孔内压力，防止升降钻具时造成孔壁、失物，起下钻要做到操作平稳，不猛刹、猛放，猛墩钻具，防止钻具剧烈摆动岩心管内岩心脱落，下钻时若遇缩径孔段，应缓慢下放钻具，严重遇阻时，应下其它钻头透孔或扫孔，遇垮塌物不开大泵量循环并转动钻具，清除垮塌物。

上提初期应缓慢，上提遇卡时上下活动无效时，可合上立轴边回转边上提，严禁起钻中强拉，将钻具拉死，将事故复杂化。

下钻前检查钻具接头，定期使用一趟无水泵接头检查钻具是否漏浆，尖锁接手连接处要缠麻线并用大扳叉把钻具磕紧，检查岩芯管是否完好无损，钻头切削刃是否磨损，下钻完毕，应充分循环泥浆，清洁孔底。

5 结论

在煤田地质勘探工作中，超深孔钻探技术作为一种重要的支持技术，对煤田地质勘探工作有着重要影响。我们不但要掌握超深孔钻探技术对设备的要求，同时还要对超深孔钻探技术的工艺特点进行分析，对其具体应用情况有所掌握，才能确保超深孔钻探技术在煤田地质勘探工作中得到有效应用，提高超深孔钻探技术的应用效果，满足煤田地质勘探工作需要。