SA75+5繩索取心鉆具在第三系煤田地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

栗巋玉,黃維振

(黑龍江省第一地質(zhì)勘察院,黑龍江牡丹江 157011)

SA75+5繩索取心鉆具在第三系煤田地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

栗巋玉,黃維振

(黑龍江省第一地質(zhì)勘察院,黑龍江牡丹江 157011)

針對寶山 -振興煤田第三系煤田地質(zhì)勘探中地層松散,易坍塌、掉塊、縮徑的問題,采用普通雙管和普通繩索取心鉆進,各有利弊,而將 SA75繩索取心鉆具鉆頭、擴孔器加大到 “80 mm,并采取相應(yīng)的鉆孔、取心技術(shù)措施,取得了質(zhì)量高、效率高、效益好的成果。

煤田勘探;繩索取心鉆具;縮頸;采取率;取心;成孔

1 概述

2009年,我單位承接了黑龍江省第六地質(zhì)勘察院的佳木斯湯原縣寶山 -振興煤田勘探項目。該礦區(qū)地層屬第三系地層,該地層巖石膠結(jié)疏松、松散、易坍塌、掉塊、縮徑,孔壁極不穩(wěn)定,地層極為復(fù)雜,施工難度大,風(fēng)險高,鉆探成孔難、取心難、測井難。盡管如此,經(jīng)過研究論證,并進行周密準備和精心施工,終以優(yōu)質(zhì)高效完成了項目施工,滿足了各項指標特別是巖心采取率。在巖 (礦)心采取率、臺月效率、經(jīng)濟效益等方面,特別是巖 (礦)心的采取率、完整度,明顯好于其它幾臺鉆機,贏得了業(yè)主和兄弟單位的好評。

2 礦區(qū)及地層情況

本勘探區(qū)地層主要為第三系的富錦組和寶泉嶺組地層,主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、粉砂及細砂巖、砂礫巖、煤等組成,屬弱膠結(jié)或半膠結(jié)、代成巖。巖石松軟,膠結(jié)疏松。

3 鉆孔設(shè)計及技術(shù)要求

我們施工的 ZK0906鉆孔,設(shè)計孔深 750 m,終孔直徑不小于 75 mm,直孔鉆進。要求巖(礦)心采取率:巖心采取率不低于 65%,煤心采取率不低于75%。

鉆孔彎曲度:每鉆進 100 m測頂角一次,頂角每百米間距內(nèi)不超過 2°。

4 鉆探工藝選擇

經(jīng)過現(xiàn)場考察,當時正在施工的 2臺鉆機是煤田勘探施工的專業(yè)隊伍,其鉆探工藝是采用 “60 mm外絲鉆桿打 “91 mm普通雙管,因環(huán)狀問隙大,既可用濃泥漿護壁防坍塌、防掉塊、防縮徑,又可以更有效地處理縮徑。不足的是巖 (礦)心采取率低,加上從孔口上返沖冼液撈取一大部分才勉強達到70%左右,巖礦心完整度低,很少見柱狀巖心,達不到相關(guān)質(zhì)量要求,使地質(zhì)人員很不滿也無奈。另外由于普雙鉆進上鉆頻繁,對鉆孔孔壁穩(wěn)定不利。綜合上述各方面因素,加之我們以前曾有過在其它較硬地層中施工的成功經(jīng)驗,我們決定選擇 SA75+5繩索取心鉆探工藝,即采用 SA75繩索取心鉆桿、鉆具,而只是將鉆頭、擴孔器加大至 80 mm,這樣既可以利用繩索取心鉆進的取心效果好,成孔效果好,以及高效率,又可因增大了環(huán)狀間隙而采用濃泥漿進而有效地預(yù)防鉆孔坍塌、掉塊、縮徑,也可以說這種鉆探工藝是采取了普通雙管鉆進和繩索取心鉆進的長處,而同時克服了它們的不足。

5 主要器具及材料的選擇

XY-5型巖心鉆機一臺,23 m四角管塔一套, BW250型泥漿泵一臺,75 kW 6105柴油發(fā)電機組一臺,自制攪拌機 2臺,無錫中地地質(zhì)裝備有限公司生產(chǎn)的 SA75繩索取心鉆具一套。

6 鉆探技術(shù)措施

6.1 成孔

6.1.1 防斜

近千米的深孔施工防斜至關(guān)重要,而地層松散,更易孔斜,按規(guī)程嚴把安裝開孔關(guān),鉆機安裝要“三點”一線,開孔輕壓慢轉(zhuǎn),隨時加長粗徑鉆具,換徑導(dǎo)正。另外,在鉆具上接 10個加大外徑的接頭,即將鉆具上第 1至第 10個鉆桿接手外徑由 73 mm加大至 75 mm,同時在鉆進過程中,盡可能減小鉆壓,控制進尺速度。

6.1.2 開孔及下套管

以 “110 mm開孔至 109 m深較硬地層,打小眼后將粘土和水泥混合團球投入孔底搗實,將 “108 mm套管壓入孔底,套管之間用松香固結(jié)并用電焊點 4點,孔口將套管與底枕用鋼絲繩聯(lián)結(jié)在一起,防止套管跑脫,由此直到終孔套管未跑未脫全部起出。

6.1.3 防坍塌、防掉塊、防超徑、防縮徑

重中之重是用好沖洗液,采用較大密度、較高粘度、低失水量的沖洗液,根據(jù)以前的經(jīng)驗和本礦區(qū)實際情況,經(jīng)過試驗我們選用沖洗液大致的配方是:1 m3水中加入鈉土 30～50 kg,PAM-ASG-1500 015～1 kg,防坍劑 2～4 kg,中粘 CMC 0.5 kg,視孔內(nèi)阻力添加潤滑劑。后期因縮徑又用了聚丙烯腈 -銨鹽和 KP共聚物?；颈３帜酀{漏斗粘度在 40～60 s,失水量 10 mL/30 min左右,含砂量 <2%。

同時注意以下幾點:

(1)地面循環(huán)制作一個木制循環(huán)槽,長度 20 m左右,坡度 1∶100,每 2 m設(shè)一個擋板,以有效地清除巖粉。

(2)不往沖洗液中加清水。

(3)上下鉆要慢,并及時向孔內(nèi)補漿,始終保持孔內(nèi)高水位。

(4)現(xiàn)場配有泥漿性能測試儀器,隨時監(jiān)測泥漿性能并及時調(diào)整,必要時要及時換漿,基本上是 2～3天換漿一次,有時甚至是幾個班換漿一次。

6.2 取心

6.2.1 鉆頭選擇

鉆頭選用底噴式復(fù)合片及人造孕鑲金剛石鉆頭,或內(nèi)徑超前式硬質(zhì)合金鉆頭,盡可能減少沖洗液對軟巖及煤心的直接沖刷,同時盡可能增大過水通道。在本項施工中,我們在最軟的地層采用內(nèi)徑超前的硬質(zhì)合金鉆頭,大多地層中采用了底噴復(fù)合片鉆頭,在較硬地層采用了底噴人造孕鑲金剛石鉆頭,在保證巖(礦)心采取率的前提下,盡可能地提高鉆探效率。

6.2.2 鉆具

遇有特別松散的巖、煤心及糊鉆不好敲取巖心時采用半合管,不用彎內(nèi)管,盡可能將內(nèi)管內(nèi)壁潤滑,并始終保持鉆具良好的單動性能。

6.2.3 卡簧

遇有較軟地層時,由于巖心外表遇水更松軟,正常尺寸卡簧卡不住巖心,經(jīng)常出現(xiàn)空管,后將卡簧尺寸縮小一點,并在卡簧上端放一個擋圈,防止卡簧因尺寸縮小而進入內(nèi)管,取得了很好的取心效果。

6.2.4 鉆進參數(shù)

輕壓慢轉(zhuǎn),因地層軟一定要控制壓力和轉(zhuǎn)數(shù),控制進尺速度,同時采用小的泵量(35～60 L/min)。

6.2.5 干鉆采心

當巖心松軟,調(diào)小卡簧尺寸也取不上心時,采取回次終了停泵輕壓慢轉(zhuǎn) 2～5 min上鉆取心的方法非常有效,但千萬注意不要燒鉆。

另外,出現(xiàn)進尺突然加快、不進尺、巖心堵塞、憋泵、鉆具突然下降等情況時必須上鉆查明原因,以采取相應(yīng)措施,堅決反對試試看。

7 鉆探成果

鉆探成果見表 1以及圖 1、圖 2。

表1 繩索取心鉆進與普通雙管鉆進效果對比表

圖1 普通雙管鉆具(“91 mm/“60 mm)采取的巖心

圖2 SA75+5繩索取心鉆具采取的巖心

由以上圖表可見,我們采用的 SA75+5加大繩索取心工藝所施工的鉆孔,無論是臺月效率還是巖心采取率都明顯高于 91/60普通雙管工藝施工的鉆孔,特別是取出的巖心基本都是柱狀,贏得了甲方好評及其它兄弟鉆機的羨慕。

8 經(jīng)驗體會總結(jié)

(1)針對該孔,雖增大了環(huán)狀間隙,對護壁取得了較理想的效果,但對處理縮徑有時還有一定困難。該孔施工過程中,出現(xiàn)過幾次取心停鉆或其它原因停鉆一段時間,再下鉆后給水給不進去的情況,需提上幾十米有時甚至上百米或幾百米,然后再一根一根掃下去,且?guī)r粉不少于正常鉆進。分析原因為縮徑造成(但由于地層較軟,正常鉆進或縮徑較輕時感覺不到),縮徑發(fā)生在距孔底幾十米上百米或幾百米,縮徑造成孔內(nèi)巖粉不能全部排上來而聚積在孔底,以至后來縮徑嚴重時全部排不上來,給不進去水。對此,除在泥漿上采取措施外,在此松軟地層鉆進時還可以考慮再加大一點孔徑。

(2)SA75繩索取心鉆具加大口徑在煤田地質(zhì)勘探(或其它較軟地層勘探)具有以下 3方面意義:

①一種規(guī)格 SA75繩索取心鉆桿可以施工出 2種系列口徑鉆孔,擴大了 SA75繩索取心鉆桿的使用范圍,降低了購置鉆桿鉆具的成本。

②因用普通 SA75繩索取心鉆桿即可施工出相對較大(“80 mm左右)口徑鉆孔,相對減少了鉆具質(zhì)量,增加了鉆機、鉆塔的施工能力。

③因增大了環(huán)狀間隙,減少了環(huán)壓,為繩索取心的泥漿使用擴大了范圍,提高了泥漿護壁性能,對于繩索取心鉆探施工一些復(fù)雜地層具有較大意義。

(3)SA75擴大口徑使用要在地層較軟的情況下才有意義,如在較硬地層使用,將會出現(xiàn)進尺慢,甚至不進尺,鉆桿易彎、變形、磨損嚴重等問題。故此采用 SA75系列加大鉆頭擴孔器至多大孔徑以及是否采用此工藝,需要根據(jù)地質(zhì)需要、測井口徑要求、護壁需要、設(shè)備管材及尤其是地層軟硬因素等多方面綜合考慮。

[1] 劉廣志.金剛石鉆探手冊[M].北京:地質(zhì)出版社,1991.

[2] 煤炭工業(yè)部地質(zhì)局.煤田地質(zhì)小口徑鉆探(泥漿及堵漏)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1978.

Application of SA75+5W ire-line Cor ing Tool in Tertiary Coalfield Geological Exploration

LI Kui-yu,HUANGW ei-zhen(No.1 Institute of Ggological Exploration of Heilongjiang,Mudanjiang Heilongjiang 157011,China)

According to the loose stratum,easy collapsing,block-falling and hole diameter shrinkage in the tertiary coalfield exploration for Baoshan-Zhenxin coalfield,application of general double-tube and wire-line coring drilling have their own advantages and disadvantages.But by enlarging SA75 wire-line coring drilling tool and hole reamer to 80mm in diameterwith correspondingmeasures of drilling and coring,high quality,high efficiency and preferable benefit were achieved.

coalfield exploration;wire-line coring tool;hole diameter shrinkage;collecting rate of core;coring;hole completion

P634.5

A

1672-7428(2010)07-0009-03

2010-03-03;

2010-06-30

栗巋玉(1962-),男(漢族),黑龍江林口人,黑龍江省第一地質(zhì)勘察院工程師,探礦工程專業(yè),從事鉆探生產(chǎn)、技術(shù)及管理工作,黑龍江省牡丹江市向陽街25號。