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(jìn),各有利弊,而將 SA75繩索取心鉆具鉆頭、擴(kuò)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(xiàng)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(xiǎn)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(jìn)行周密準(zhǔn)備和精心施工,終以優(yōu)質(zhì)高效完成了項(xiàng)目施工,滿足了各項(xiàng)指標(biāo)特別是巖心采取率。在巖 (礦)心采取率、臺(tái)月效率、經(jīng)濟(jì)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(tái)鉆機(jī),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(xì)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(jì)及技術(shù)要求

我們施工的 ZK0906鉆孔,設(shè)計(jì)孔深 750 m,終孔直徑不小于 75 mm,直孔鉆進(jìn)。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(jìn) 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(dāng)時(shí)正在施工的 2臺(tái)鉆機(jī)是煤田勘探施工的專業(yè)隊(duì)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(hù)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(qiáng)達(dá)到70%左右,巖礦心完整度低,很少見柱狀巖心,達(dá)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(jìn)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(yàn),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(kuò)孔器加大至 80 mm,這樣既可以利用繩索取心鉆進(jìn)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(jìn)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(jìn)和繩索取心鉆進(jìn)的長處,而同時(shí)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(jī)一臺(tái),23 m四角管塔一套, BW250型泥漿泵一臺(tái),75 kW 6105柴油發(fā)電機(jī)組一臺(tái),自制攪拌機(jī) 2臺(tái),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(yán)把安裝開孔關(guān),鉆機(jī)安裝要“三點(diǎn)”一線,開孔輕壓慢轉(zhuǎn),隨時(shí)加長粗徑鉆具,換徑導(dǎo)正。另外,在鉆具上接 10個(gè)加大外徑的接頭,即將鉆具上第 1至第 10個(gè)鉆桿接手外徑由 73 mm加大至 75 mm,同時(shí)在鉆進(jìn)過程中,盡可能減小鉆壓,控制進(jìn)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(tuán)球投入孔底搗實(shí),將 “108 mm套管壓入孔底,套管之間用松香固結(jié)并用電焊點(diǎn) 4點(diǎn),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(yàn)和本礦區(qū)實(shí)際情況,經(jīng)過試驗(yàn)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(shí)注意以下幾點(diǎn):

(1)地面循環(huán)制作一個(gè)木制循環(huán)槽,長度 20 m左右,坡度 1∶100,每 2 m設(shè)一個(gè)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(shí)向孔內(nèi)補(bǔ)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(shí)監(jiān)測泥漿性能并及時(shí)調(diào)整,必要時(shí)要及時(shí)換漿,基本上是 2～3天換漿一次,有時(shí)甚至是幾個(gè)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?zèng)_洗液對軟巖及煤心的直接沖刷,同時(shí)盡可能增大過水通道。在本項(xiàng)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(shí)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(dòng)性能。

6.2.3 卡簧

遇有較軟地層時(shí),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(diǎn),并在卡簧上端放一個(gè)擋圈,防止卡簧因尺寸縮小而進(jìn)入內(nèi)管,取得了很好的取心效果。

6.2.4 鉆進(jìn)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(jìn)尺速度,同時(shí)采用小的泵量(35～60 L/min)。

6.2.5 干鉆采心

當(dāng)巖心松軟,調(diào)小卡簧尺寸也取不上心時(shí),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(jìn)尺突然加快、不進(jìn)尺、巖心堵塞、憋泵、鉆具突然下降等情況時(shí)必須上鉆查明原因,以采取相應(yīng)措施,堅(jiān)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(jìn)與普通雙管鉆進(jìn)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(tái)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(jī)的羨慕。

8 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)總結(jié)

(1)針對該孔,雖增大了環(huán)狀間隙,對護(hù)壁取得了較理想的效果,但對處理縮徑有時(shí)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(shí)間,再下鉆后給水給不進(jìn)去的情況,需提上幾十米有時(shí)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(jìn)。分析原因?yàn)榭s徑造成(但由于地層較軟,正常鉆進(jìn)或縮徑較輕時(shí)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(yán)重時(shí)全部排不上來,給不進(jìn)去水。對此,除在泥漿上采取措施外,在此松軟地層鉆進(jìn)時(shí)還可以考慮再加大一點(diǎn)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(kuò)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(jī)、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(kuò)大了范圍,提高了泥漿護(hù)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(kuò)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(huì)出現(xiàn)進(jìn)尺慢,甚至不進(jìn)尺,鉆桿易彎、變形、磨損嚴(yán)重等問題。故此采用 SA75系列加大鉆頭擴(kuò)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(hù)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(hào)。