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1、沙尔湖煤田勘查联合钻探技术攻关成果新疆地矿局第一地质大队二 0 一 0 年十二月1目 录第一章 前 言.2第二章 沙尔湖煤田勘查联合钻探技术攻关的必要.2第三章 沙尔湖技术攻关小组的组成.3第四章 矿区基本情况.4第五章 沙尔湖施工攻关内容.6第六章 沙尔湖钻探技术攻关成果.112一一一前前 言言2009 年随着“疆煤东运”项目的开展，沙尔湖煤田勘查项目由我队实施，由于时间紧、任务重，外协机台多，虽说统一了钻探工艺和技术，但实际生产中不能灵活运用，还是事故多、效率低。根据新地矿工勘传200902 号文要求，由我队组织钻探施工参加单位技术骨干成立“新疆鄯善县库木塔格沙尔湖煤田勘查联合技术攻关”小
2、组，摸索适宜的钻探工艺，努力提高钻探施工进度。第二章第二章 沙沙尔尔湖煤田勘湖煤田勘查联查联合合钻钻探技探技术术攻关的必要攻关的必要我队自从八十年代开始对沙尔湖煤田进行过钻探施工，当时使用的是普钻，泥浆配方为纯碱+膨润土+无机铁铬盐。泥浆性能差，不能有效地护壁，钻孔漏失、坍塌、超径、断杆，孔内事故频发。2008 年，一队承揽沙尔湖煤田勘察项目，由一队勘察公司牵头组织钻探技术攻关小组，针对钻探施工过程中存在的问题及时制定施工方案。并总结矿区以前施工经验，编写了钻探施工手册，提供给外协机台施工参考，实践证明，没有按照手册要求施工的机台，工作都不能顺利进行。矿区施工难度1、钻孔上部砾石层有 100
3、多米厚，胶结差，取心困难，易垮孔、坍塌。2、泥岩地层极易吸水膨胀、缩径、垮孔、坍塌。泥质砂岩岩石松散、3易受钻杆敲击引起垮孔，排粉困难，易出现岩粉沉淀埋钻，随着颗粒的加大，埋钻现象更趋明显。3、砂岩岩石松散、易受钻杆敲击引起垮孔，取心困难，易出现卡钻现象，特别是底砾岩更加明显。4、煤层极易漏失，易出现超径现象。沙西矿区、五区部分钻孔煤层裂隙大，严重漏失，钻进中泵压为零。是因为泥浆压送到钻头底部后直接进入煤层，孔内的水位是停泵泄压，进入地层的泥浆返回钻孔所致。2008 年我队改用绳钻施工，由于重视泥浆质量、加强现场管理、改进钻进工艺，在不断摸索和实践中取得了一定的效果，事故率降低，效率提高，但严
4、重漏失问题等没有得到根本解决。第三章第三章 沙沙尔尔湖技湖技术术攻关小攻关小组组的的组组成成组长：张定国（新疆地矿局第一地质大队勘察公司副经理兼技术负责）副组长：张礼（新疆地矿局第一地质大队勘察公司经理）高级顾问：潘殿琦（长春工程学院勘查与测绘学院教学副院长，教授、博士）成员：康颜山（新疆地矿局第三地质大队勘察公司经理）戴新汝（新疆地矿局第二区调大队勘察公司副经理兼技术负责）4田新建（新疆地矿局第二水文队勘察公司经理）陈建民（新疆地矿局第七地质大队副大队长）张颂武（新疆地矿局第一地质大队勘察公司技术员）张云湘（新疆地矿局第一地质大队勘察公司技术员）郑勇军（新疆地矿局第一地质大队勘察公司技术员）
5、第四章第四章 矿矿区基本情况区基本情况工作区属典型的大陆性气候，光照时间长，年、日昼夜温差大，夏季酷热，冬季寒冷，冷热多变，秋季晴朗，降温迅速，干燥少雨，蒸发量极大，春季多风。风沙和寒流是本区常见的自然灾害，多发生在 3-5月间，其强大的风沙，常常造成飞沙走石，尘土蔽日，不见阳光，人不敢外出，车不能行驶。由于气候极端干旱，工作区附近无地表水体，生产和生活用水全靠汽车由远离工作区的鄯善县七克台镇供给。地层介绍、覆盖层类第四系多为冲洪积砂砾石、淤积亚砂土和风积沙等岩石硬度属于软可钻性 1-3 级，中研磨性，破碎，宜选用合金钻进。地层特点是岩石松散、破碎，取心困难，易失水、卡钻、易垮孔、坍塌。、泥岩
6、类5地层中的不同颜色的泥岩硬度属于中硬可钻性 4-6 级，中研磨性，宜选用合金钻进或金刚石钻进。地层特点是极易吸水膨胀、缩径、垮孔、坍塌。三、泥质砂岩类地层中的泥质砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩属于中硬可钻性4-6 级，中研磨性，宜选用合金钻进或金刚石钻进。地层特点是易吸水膨胀、缩径、垮孔、坍塌，但比泥岩情况要好。四、砂岩类地层中的粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩属于中硬可钻性 4-6 级，中研磨性，宜选用合金钻进或金刚石钻进。地层特点是岩石松散、易受钻杆敲击引起垮孔，排粉困难，易出现岩粉沉淀埋钻，随着颗粒的加大，埋钻现象更趋明显。五、砾岩类地层中的砾岩、砂砾岩、中砾岩、含砾粗砂岩、底砾岩属
7、于硬可钻性 7-9 级，弱研磨性，宜选用金刚石钻进。地层特点是岩石松散、易受钻杆敲击引起垮孔，取心困难，易出现卡钻现象，特别是底砾岩更加明显。六、煤层地层中的煤层硬度属于软可钻性 1-3 级。极易漏失，易出现超径现象，钻进中泵压为零。6第五章第五章 沙沙尔尔湖施工攻关内容湖施工攻关内容2009 年技术攻关内容一、漏失问题1、可靠确定漏失部位。用纤维袋卷成桶状，比钻孔直径稍大，长度为 0.15 米。用绳捆绑下入孔内，下钻具通水压送，如突然不返水，即为漏失部位。2、该矿区制约生产施工进度主要是漏失问题，对此我们采取了如下措施：（1）小裂隙漏失泥浆配方为：700-800 公斤水+4 公斤纯碱（搅拌
8、3 分钟）+40-50 公斤膨润土（搅拌 15 分钟）+腐植酸钾 40-50 公斤（搅拌 5 分钟）+CMC液体 60 公斤（搅拌 3 分钟）+聚丙烯酸钾液体 60 公斤（搅拌 5 分钟）十二烷基苯磺酸钠 10-15 公斤注：CMC 预泡：1000 公斤淡水加 10 公斤浸泡至全部溶解后使用。聚丙烯酸钾预泡：1000 公斤淡水加 5 公斤浸泡至全部溶解后使用。泥浆性能如下：失水量：8mL漏斗粘度：23s泥饼厚度：0.8mm比重：0.98g/mLPH 值：137胶体率：98%上述泥浆基本能很好的保护孔壁，适应于沙尔湖各类地层 2mm以下的小裂隙堵漏。（2）一般裂隙裂隙大小在 2mm-5mm，用棉
9、籽壳、植物胶、堵漏剂、锯末等随钻堵漏法一般能堵住。（3）较大裂隙大于 5mm 的裂隙用投泥球方法较为合适。3、泥球灌注器堵漏方法（1）绳索取芯内管泥球投送捣实器泥球投送器：拆除内管总程悬挂环，卡环座水口部分切去，使卡簧座与钻头之间紧密结合，阻断冲洗液通过；再在内管上部打 2-4 个10mm 孔，使冲洗液直接从内管上部圆孔进入内管中，从钻头中流出形成正循环；将略小于内管内径的半干泥球装入管内，不装卡簧，内管底部用纸壳封住，投送到孔底开泵，由冲洗液将泥球从内管冲出，落入孔内。因内管容积有限，每次投送量不大，需多次反复投送至足量。泥球捣实器：正常装配内管，卡簧座用木头堵住，投送内管到底后来回提升、下
10、降钻具，孔内泥球即被捣实，然后做透孔钻进。（2）绳索钻杆泥球投送器绳索钻杆接头丝扣处打 2 个小眼，取厚约 1cm 内径与钻杆相同的小木板置于接头内，用钉子固定，注入堵漏材料，送至孔底开泵压8出，再进行捣实。二、提高钻进采取率的办法。煤层钻进，粉煤易被泥浆循环、冲刷带出孔外，导致采取率不够。为此，项目组从泥浆循环方面着手，使用底喷钻头、反循环钻具，提高了采取率。2010 年攻关内容一、煤层漏失孔堵漏及施工方法近二年，我队再次在沙尔湖施工，普钻、绳钻都有。由于重视泥浆质量，改进钻探工艺，在不断摸索和实践中取得了一定的效果，事故率降低，效率有所提高，但主煤层漏失没有根本解决。漏失原因分析煤层裂隙发
11、育，孔内泥浆压力大于地层裂隙中液体压力，因而停泵后孔内有水位。地层存在较大的漏失通道，绳索取芯环空间隙小，随钻堵漏材料使用受到限制。以沙尔湖新五区 KS118ZK10 孔为例，钻孔自 5 月 20 日开孔，7 月 10 日终孔，孔深为 808.37 米。1、钻孔情况（1）钻孔地层：砾石及多层砾石层、砂岩、泥岩、煤层，主煤层厚度为 140 多米。（2）钻孔结构：108mm 套管 30 米，80mm 金刚石钻头钻进至终孔。2、钻孔施工难度9（1）钻孔自 650 多米见主煤层后漏失，水位在 150-250 米左右。使用堵漏材料封堵无效，顶漏钻进至终孔。（2）主煤层较厚，埋深较深。（3）上部钻孔孔段无
12、泥浆护壁，坍塌、掉快孔壁不稳定。（4）提钻后钻孔多处有掉块架桥。3、钻探施工方法泥浆配方土 50 公斤+纯碱 3 公斤+腐植酸钾 25 公斤+大甲 100 公斤+纤维素 100 公斤钻进参数的选择（1）转速低速回转，转速在 166-355 之间。钻孔漏失，水位在 150-250 米左右。上部无泥浆护壁，如高速回转会敲击套管和孔壁，造成套管回脱和钻孔上部砾石层不稳定。（2）钻压因泵量小，孔壁不稳定，采用减压钻进，控制钻进速度。（3）泵量泥浆池容积小且全孔不返水，水泵只能用 1 档，才能保证钻进时泥浆循环不停顿。泵量为 35 升分钟。钻进时水泵泵压为零，是因为泥浆压送到钻头底部后直接进入煤层。孔内
13、的水位是停泵泄压，进入地层的泥浆返回钻孔所致。操作注意事项：10（1）顶漏钻进，钻进前需压浆。压浆时间计算：2502.92=730（升） 73035=20.85（分钟）。延时 5 分钟为 25.85 分钟。250 为钻孔水位，2.92 为钻杆每米容积，35 为 250 水泵一档泵量。（2）钻进时要密切观察二表，泵压表、电流表。泵压上升，说明岩心堵塞，要及时捞芯。电流表数值正常工作时保持在 50 以下。超过 50,说明孔内阻力大，要及时停机处理。处理方法：用 75 公斤植物胶加碱搅成浆液，直接泵入孔底。浆液能起到减阻、润滑作用。（3）每次钻进前需检查水泵工作情况。（4）捞芯前提升 30 米钻杆，
14、防止因捞芯时间长造成卡钻。二、煤层卡钻、煤层夹层缩径卡钻的原因分析及解决方法沙尔湖矿区钻孔煤层硬度小，较破碎，普遍有超径、卡钻现象。原因是绳钻施工时钻孔环空间隙小，施工时煤层受外力作用进入钻具内管，孔壁脱落一些较细小煤屑随泥浆循环被带出孔外，较大煤屑未被钻具破碎成细小颗粒，不能排出孔外，停泵后迅速沉淀，造成卡钻。为此，在施工进入煤层时捞芯将钻具上提，让煤层不稳定的煤屑掉入钻孔底部，再次钻进将其重新破碎后带出孔外。沙尔湖四区有些钻孔在聚煤区，煤层均厚达 150-200 多米。机台施工 ZK1219 孔在 310 米处捞芯时间段卡钻。查看岩心发现 303307 米有泥岩夹层，岩性较硬，当时没在意，
15、以为是煤层破碎卡钻。扩孔至事故钻具顶部下 89mm 钻具套取，离事故钻具钻头 1.5 米处被卡。究其原因是泥岩缩径卡钻，取岩心作浸泡实验，迅速变又软又粘。偏11斜施工，钻至上述孔段来回扫孔，上提钻具捞芯，加大泥浆比重和粘度，孔壁稳定，钻孔顺利结束。三、提高岩心采取率的方法沙尔湖矿区三区、四区、五区钻孔上部孔段砾石层厚，均达 100多米。绳钻施工存在取芯困难，钻头消耗快现象。原因是地层胶结差，砾石成颗粒状，由含泥细沙填充，卡簧不能有效卡取，残留在孔底重复破碎，磨损钻头内径，平均钻进 10 多米就要更换钻头，且孔壁不稳定，需加大泥浆比重和提高粘度施工。影响了钻进速度，采取率又不能满足甲方要求。有的机台在循环槽内捞渣计进尺，被甲方发现停钻整顿。为此，项目组制定施工方案，敦促机台在施工时回次终了提钻投泥球并捣实，再用无泵钻取，或采用反循环钻具施工。第六章第六章 沙沙尔尔湖湖钻钻探技探技术术攻关成果攻关成果沙尔湖矿区经过二年的施工，共计完成钻探进尺 220485.19米，钻探施工技术
