新疆大南湖煤田绳索取芯钻进施工中的问题及措施

岳鑫

（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队 哈密 839000）

1 工区地质概况

地表全部为第三、第四系地层覆盖。根据邻区新六区钻孔揭露的地层有中生界下二叠统阿尔巴萨依组(P1aer)、中侏罗统西山窑组(J2x)、头屯河组(J2t)、新生界第三系(E3-N1)t及第四系(Q)。中侏罗统西山窑组是本区含煤岩系。按从老至新的顺序，将各地层单元特征叙述如下。

2 工程地质条件

地表-浅表层处上部为松散胶结的砾石、砂、黄土层；下部为一套灰褐色半胶结-胶结的砾石层，砾石成分以火山岩、砂岩、花岗岩为主。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。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。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。

3 施工问题及措施

3.1 泥浆配制

3.1.1 覆盖层类

第四系覆盖层松软疏散的冲洪积砂砾石、淤积亚砂土和风积沙岩孔段。主要提高泥浆的粘度来排除岩粉，同时增加膨润土量用来挤入粘结岩石防止坍塌，膨润土即可粘结岩石又可提高粘度，对于泥浆其它性能要求不严，所以泥浆配制主要加入膨润土，为提高膨润土的分散程度，多加入纯碱。为此泥浆配方如下：

1立方水+纯碱1%+膨润土25%

配方中纯碱作用主要分散膨润土，膨润土加量多主要是提高粘度。

3.1.2 泥质砂岩类

该类地层与泥岩性质一样，同样具有强烈的吸水膨胀、缩径、坍塌、垮孔现象，不仅如此，泥岩中的细小砂岩要排出，泥浆必须具备一定的粘度，所以该种泥浆要求失水量小的同时，适当提高粘度，为此泥浆配方如下：

1立方水+纯碱0.01%+膨润土1.25%+聚丙烯酸钾0.05%+腐植酸钾5%

配方中聚丙烯酸钾比泥岩配方中量多，主要作用提高泥浆粘度，用来排除泥质砂岩类中的细小砂子，其它加量未变。

3.1.3 煤层

煤层极易漏失，易出现超径现象，钻进中泵压为零。泥浆主要作用是减小比重，提高漏失高度，增加润湿性能。为此泥浆配方如下：

1立方水+纯碱0.2%+膨润土2%+腐植酸钾6%+十二烷基苯磺酸钠2%+CMC纤维素0.1%+聚丙烯酸钾0.5%

配方中膨润土量减少有利于降低泥浆比重，相对来说腐植酸钾量也不少，也能降低比重，十二烷基苯磺酸钠是发泡剂更加降低泥浆比重，在上述三种材料的共同作用下，泥浆比重较轻，能提高漏失高度，增加润滑性能，CMC纤维素起稳泡作用，聚丙烯酸钾因膨润土量的减少，维持泥浆一定粘度。

3.2 钻孔漏失

矿区地层在原应力状态被破坏时其孔壁的漏失失稳程度是不同的，每一种情况都要认真分析好漏失通道的类型。漏失通道的类型有以下两种。

3.2.1 人为漏失

绳索取芯钻进过程中孔壁与钻杆环空间隙小，使循环泥浆的压力增大，这部分外力大于地层岩石破裂压力造成岩石破碎形成裂缝，从而出现钻孔漏失。另外钻孔条件也能造成闭合裂缝开启形成漏失。

3.2.2 自然漏失

矿区地层在不同地质条件和应力作用下，本身存在有不同程度的空隙，导致漏失。特别是钻遇至煤系地层会出现不同程度的漏失，大部分钻孔遇主煤层后出现全漏失，泵压为零。

3.3 处理措施

⑴泥浆循环压力的增大跟环空间隙、泥浆固相含量、流变性等有关，施工中在泥浆中加入发泡剂降低循环泥浆比重，地表采用机械除砂除泥设备，保证泥浆性能的稳定。

⑵采用Φ71 mm钻杆施工，孔径75 mm钻进段采用78 mm或80 mm绳索加大金刚石二阶梯钻头钻进。加大钻头直径可增加绳钻钻孔环空间隙，减少泥浆应力对孔壁的压力。

3.4 内管取芯困难

矿区施工钻遇至结构构造相对完整的泥岩、砂岩段时，钻进中一回次基本都能打满杆，但由于泥浆性能的变化，内管捞出后岩芯不易从内管敲出，造成对岩芯结构构造的破坏，影响岩矿芯采取质量，损坏内管造成钻探成本的额外增加。

处理措施：加工一连接内管和泥浆泵出水管的接头，当内管岩芯敲不出来时，将内管与泥浆泵通过接头连接，开泵当泵压升高立即关泵，内管岩芯会很顺利压出来。

4 结论

泥浆配制要专人负责，同时每班次要对泥浆性能进行测试并记录在班报表上。添加处理剂要先进行室内试验研究其可行性，盲目添加处理剂会影响钻孔的稳定性。施工之前要对钻探设备进行检查，及时更换损坏部件，减少因设备问题所花费的辅助时间。同时应加强操作人员的责任心，避免人为因素造成辅助时间的增多。设备故障等原因致使无法钻进的情况下，要将钻杆全部提出，避免地层失稳造成抱钻事故。提钻同时要往孔内回灌泥浆，平衡地层压差。顶漏钻进必须准确计算压水时间，防止烧钻事故发生。

[1]李世忠.钻探工艺学.北京地质出版社，1989.

[2]赵运兴.煤田钻探技术手册.北京煤炭工业出版社，1989.

[3]姚爱国，马明，等.岩土工程钻进原理.中国地质大学出版社，2000.

[4]乌效鸣，胡郁乐，等.钻进液与岩土工程浆液.中国地质大学出版社，2002，5.

[5]马锁柱.钻探工程技术.黄河水利出版社，2010.

[6]李国民，等.绳索取心钻探技术.冶金工业出版社，2013.