论文部分内容阅读
【摘 要】针对第三系煤田地质勘探中地层松散，易坍塌、掉快、缩径的问题，利用SA75绳索取心钻进技术并将钻头、扩孔器加大，再通过相应的技术措施，取得了质量高、效率高、效益好的成果。
【关键词】勘探;松散;缩径;采取率;钻头加大
0.概述
2009年-2010年，我单位在黑龙江省东部进行煤田勘探。该矿区地层属第三系地层，岩石胶结松散、易坍塌、掉块、缩径，孔壁极不稳定，地层较为复杂，施工难度大，风险高，钻探成孔难、取心难、测井难。尽管如此，经过研究论证，并进行周密准备和精心施工，终以优质高效完成了项目施工，满足了各项指标。取得了较好的技术经济效果。
1.矿区及地层情况
本勘探区为第三系地层，主要由泥岩、粉砂质泥岩、砂岩、粉砂及细砂岩、砂砾岩、煤等组成，属弱胶结或半胶结、代成岩。岩石松软，胶结疏松。
2.钻孔设计及技术要求
我们施工的ZK0506钻孔,设计孔深1000m,终孔直径不小于75mm,直径钻进。要求岩(矿)心采取率:岩心采取率不低于65%,煤心采取率不低于75%。
钻孔弯曲度:每钻进100m测顶角一次,顶角每百米间距内不超过2°。
3.钻探工艺选择
经过考察当时正在施工的2台钻机的施工情况,其钻探工艺是采用直径91mm普通双管钻进,因环状间隙大,既可用浓泥浆护壁防坍塌,防掉块,防缩径,又可以更有效地处理缩径。不足的是岩(矿)心采取率低,岩(矿)心完整度差,很少见柱状岩心,达不到相关质量要求。另外由于普双钻进上钻频繁,对钻孔孔壁稳定不利.综合上述各方面因素,我们决定选择SA75+5,绳索取心钻探工艺,即采用SA75绳索取心钻杆,钻具,而只是将钻头,扩孔器就扩大至81mm,这样既可以利用绳索取心钻进的效果好,成孔效果好,以及高效率,又可因增大了环状间隙而采用浓泥浆进而有效地预防钻孔坍塌,掉块,缩径,也可以说这种钻探工艺是采取了普通双管钻进和绳索取心钻进的长处,而同时克服了它们的不足。
4.主要器具及材料的选择
XY-44型岩心钻机一台,23m四角管塔一套,BW250型泥浆泵一台,6105／75KW柴油发电机组一台,无锡中地地质装备有限公司生产的SA75绳索取心钻具一套。
5.钻探技术措施
5.1孔斜的预防
深孔施工防斜至关重要,而地层松散,更易孔斜,按规程严把安装开孔关,钻机安装要三点一线,开孔轻压慢转,随时加长粗径钻具,换径导正。另外,还在钻具上接10个加大外径的接头,使钻杆接手外径由73mm加大至75mm,同时在钻进过程中,尽可能减小钻压,控制进尺速度。
5.2开孔及下套管
以直径110mm开孔至100M深较硬底层,打小眼后将粘土和水泥混合团球通入孔底捣实。将套管压入孔底,套管之间用松香固结，孔口将套管与底枕用钢采用较大密度,较高粘度,低失水量丝绳连结在一起,防止套管跑脱。
5.3坍塌.掉块.超径.缩径的预防
使用好冲洗液是预防坍塌、掉块超径、缩径的重要手段,根据以前的经验和本矿区实际情况, 采用较大密度,较高粘度,低失水量冲洗液。经过试验我们选用冲洗液配方是:1m3水中加入钠土30-50kg,PAM-ASG-1500 0.5-1KG,防坍剂2-4kg,中粘CMC0.5kg视孔内阻力添加润滑剂.后期因缩径又用了聚丙烯晴-铵盐和KP共聚物。基本保持泥浆漏斗粘度在40-60S,失水量10mL/30min左右,含砂量＜2%。
同时注意以下几点:
（1）地面循环制作一个木制循环槽,长度20m左右,坡度1:100,每2m设一个挡板,以有效地清除岩粉。
（2）不往冲洗液中加清水。
（3）上下钻要慢,并及时向孔内补浆,始终保持孔内高水位。
（4）现场配有泥浆性能测试仪器,随时检测泥浆性能并及时换浆,基本上是2-3天换一次,有时甚至是几个班换一次。
5.4提高岩心采取率的措施
（1）钻头选用底喷式复合片及人造孕镶金刚石钻头,或内径超前式硬质合金钻头,尽可能减少冲洗液对软岩及煤心的直接冲刷,同时尽可能增大过水通道.在本项施工中,我们在最软的地层采用内径超前的硬质合金钻头,大多底层中采用了底喷复合片钻头,在较硬地层采用了底喷复合片钻头,在保证岩(矿)心采取率的前提下,尽可能地提高钻探效率。
（2）遇有特别松散的岩煤心及糊钻不好敲取岩心时采用半分合管,不用弯内管,尽可能将管内壁润滑,并始终保持钻具良好的单动性能。
（3）遇较软底层时,由于岩心遇到水更松软,正常尺寸卡簧卡不住岩心,经常出现空管,后将卡簧尺寸缩小一点,并在卡簧上端放一个挡圈,防止卡簧因尺寸缩小而进入内管,取得了很好的取心效果。
（4）控制进尺速度,轻压慢转，同时采用小的泵量(35-60L/min)。
（5）当岩心松软,调小卡簧尺寸也取不上心时,采取回次终了停泵轻压慢转2-5min上钻取心的方法非常有效,但千万主要不要烧钻。
另外,出现进尺突然加快,不进尺,岩心堵塞,憋泵,钻具突然下降等情况时必须上钻查明原因,以采取相应措施,坚决反对试试看。
6.取得的效果
钻探成果见表1。
表1 绳索取心钻进与普通双管钻进效果对比表
由上表可見,采用AS75+5加大绳索取心工艺所施工的钻孔,无论是台月效率还是岩心采取率都明显高于普通双管工艺施工的钻孔,特别是取出的岩心基本都是柱状,为准确提交地质成果起到了积极的作用。
7.经验和体会
（1）SA75+5绳索取心钻具加大口径在煤田地质勘探(或其它较软地层勘探)具有以下3方面意义:
①一种规格SA75+5绳索取心钻杆可以施工出2种系列口径钻孔,扩大了SA75+5绳索取心钻杆的使用范围,降低了购置钻杆钻具的成本。
②因用普通SA75+5绳索取心钻杆即可施工出相对较大(θ80mm)左右口径钻孔,相对减少了钻具质量,增加了钻机,钻塔的施工能力。
③因增大了环状间隙,减少了环压,为绳索取心的泥浆使用扩大了范围,提高了泥浆护壁性能,对于绳索取心钻探施工一些复杂地层具有较大意义。
（2）SA75+5扩大口径使用要在地层较软的情况下才有意义,如有较硬地层使用,将会出现进尺慢,甚至不进尺,钻杆易弯,变形,磨损严重等问题。故此采用SA75+5系列加大钻头扩孔器至多大孔径以及是否采用此工艺,需要根据地质需要,测井口径要求,护壁需要,设备管材及地层软硬因素等多方面综合考虑。
【参考文献】
［１］杨松林.煤田钻探绳索取心技术[J]煤田钻探学术论文集.1985（上册）：84-190.
［２］陈金照.大河煤田钻孔复杂因素分析及施工对策[J].探矿工程.
【关键词】勘探;松散;缩径;采取率;钻头加大
0.概述
2009年-2010年，我单位在黑龙江省东部进行煤田勘探。该矿区地层属第三系地层，岩石胶结松散、易坍塌、掉块、缩径，孔壁极不稳定，地层较为复杂，施工难度大，风险高，钻探成孔难、取心难、测井难。尽管如此，经过研究论证，并进行周密准备和精心施工，终以优质高效完成了项目施工，满足了各项指标。取得了较好的技术经济效果。
1.矿区及地层情况
本勘探区为第三系地层，主要由泥岩、粉砂质泥岩、砂岩、粉砂及细砂岩、砂砾岩、煤等组成，属弱胶结或半胶结、代成岩。岩石松软，胶结疏松。
2.钻孔设计及技术要求
我们施工的ZK0506钻孔,设计孔深1000m,终孔直径不小于75mm,直径钻进。要求岩(矿)心采取率:岩心采取率不低于65%,煤心采取率不低于75%。
钻孔弯曲度:每钻进100m测顶角一次,顶角每百米间距内不超过2°。
3.钻探工艺选择
经过考察当时正在施工的2台钻机的施工情况,其钻探工艺是采用直径91mm普通双管钻进,因环状间隙大,既可用浓泥浆护壁防坍塌,防掉块,防缩径,又可以更有效地处理缩径。不足的是岩(矿)心采取率低,岩(矿)心完整度差,很少见柱状岩心,达不到相关质量要求。另外由于普双钻进上钻频繁,对钻孔孔壁稳定不利.综合上述各方面因素,我们决定选择SA75+5,绳索取心钻探工艺,即采用SA75绳索取心钻杆,钻具,而只是将钻头,扩孔器就扩大至81mm,这样既可以利用绳索取心钻进的效果好,成孔效果好,以及高效率,又可因增大了环状间隙而采用浓泥浆进而有效地预防钻孔坍塌,掉块,缩径,也可以说这种钻探工艺是采取了普通双管钻进和绳索取心钻进的长处,而同时克服了它们的不足。
4.主要器具及材料的选择
XY-44型岩心钻机一台,23m四角管塔一套,BW250型泥浆泵一台,6105／75KW柴油发电机组一台,无锡中地地质装备有限公司生产的SA75绳索取心钻具一套。
5.钻探技术措施
5.1孔斜的预防
深孔施工防斜至关重要,而地层松散,更易孔斜,按规程严把安装开孔关,钻机安装要三点一线,开孔轻压慢转,随时加长粗径钻具,换径导正。另外,还在钻具上接10个加大外径的接头,使钻杆接手外径由73mm加大至75mm,同时在钻进过程中,尽可能减小钻压,控制进尺速度。
5.2开孔及下套管
以直径110mm开孔至100M深较硬底层,打小眼后将粘土和水泥混合团球通入孔底捣实。将套管压入孔底,套管之间用松香固结，孔口将套管与底枕用钢采用较大密度,较高粘度,低失水量丝绳连结在一起,防止套管跑脱。
5.3坍塌.掉块.超径.缩径的预防
使用好冲洗液是预防坍塌、掉块超径、缩径的重要手段,根据以前的经验和本矿区实际情况, 采用较大密度,较高粘度,低失水量冲洗液。经过试验我们选用冲洗液配方是:1m3水中加入钠土30-50kg,PAM-ASG-1500 0.5-1KG,防坍剂2-4kg,中粘CMC0.5kg视孔内阻力添加润滑剂.后期因缩径又用了聚丙烯晴-铵盐和KP共聚物。基本保持泥浆漏斗粘度在40-60S,失水量10mL/30min左右,含砂量＜2%。
同时注意以下几点:
（1）地面循环制作一个木制循环槽,长度20m左右,坡度1:100,每2m设一个挡板,以有效地清除岩粉。
（2）不往冲洗液中加清水。
（3）上下钻要慢,并及时向孔内补浆,始终保持孔内高水位。
（4）现场配有泥浆性能测试仪器,随时检测泥浆性能并及时换浆,基本上是2-3天换一次,有时甚至是几个班换一次。
5.4提高岩心采取率的措施
（1）钻头选用底喷式复合片及人造孕镶金刚石钻头,或内径超前式硬质合金钻头,尽可能减少冲洗液对软岩及煤心的直接冲刷,同时尽可能增大过水通道.在本项施工中,我们在最软的地层采用内径超前的硬质合金钻头,大多底层中采用了底喷复合片钻头,在较硬地层采用了底喷复合片钻头,在保证岩(矿)心采取率的前提下,尽可能地提高钻探效率。
（2）遇有特别松散的岩煤心及糊钻不好敲取岩心时采用半分合管,不用弯内管,尽可能将管内壁润滑,并始终保持钻具良好的单动性能。
（3）遇较软底层时,由于岩心遇到水更松软,正常尺寸卡簧卡不住岩心,经常出现空管,后将卡簧尺寸缩小一点,并在卡簧上端放一个挡圈,防止卡簧因尺寸缩小而进入内管,取得了很好的取心效果。
（4）控制进尺速度,轻压慢转，同时采用小的泵量(35-60L/min)。
（5）当岩心松软,调小卡簧尺寸也取不上心时,采取回次终了停泵轻压慢转2-5min上钻取心的方法非常有效,但千万主要不要烧钻。
另外,出现进尺突然加快,不进尺,岩心堵塞,憋泵,钻具突然下降等情况时必须上钻查明原因,以采取相应措施,坚决反对试试看。
6.取得的效果
钻探成果见表1。
表1 绳索取心钻进与普通双管钻进效果对比表
由上表可見,采用AS75+5加大绳索取心工艺所施工的钻孔,无论是台月效率还是岩心采取率都明显高于普通双管工艺施工的钻孔,特别是取出的岩心基本都是柱状,为准确提交地质成果起到了积极的作用。
7.经验和体会
（1）SA75+5绳索取心钻具加大口径在煤田地质勘探(或其它较软地层勘探)具有以下3方面意义:
①一种规格SA75+5绳索取心钻杆可以施工出2种系列口径钻孔,扩大了SA75+5绳索取心钻杆的使用范围,降低了购置钻杆钻具的成本。
②因用普通SA75+5绳索取心钻杆即可施工出相对较大(θ80mm)左右口径钻孔,相对减少了钻具质量,增加了钻机,钻塔的施工能力。
③因增大了环状间隙,减少了环压,为绳索取心的泥浆使用扩大了范围,提高了泥浆护壁性能,对于绳索取心钻探施工一些复杂地层具有较大意义。
（2）SA75+5扩大口径使用要在地层较软的情况下才有意义,如有较硬地层使用,将会出现进尺慢,甚至不进尺,钻杆易弯,变形,磨损严重等问题。故此采用SA75+5系列加大钻头扩孔器至多大孔径以及是否采用此工艺,需要根据地质需要,测井口径要求,护壁需要,设备管材及地层软硬因素等多方面综合考虑。
【参考文献】
［１］杨松林.煤田钻探绳索取心技术[J]煤田钻探学术论文集.1985（上册）：84-190.
［２］陈金照.大河煤田钻孔复杂因素分析及施工对策[J].探矿工程.