探讨陇东煤田勘探中绳索取芯工艺的应用

刘丰辉

[摘要]绳索取芯技术在我国地勘行业经历了多年的实践应用，已经形成了比较成熟的工艺流程，但近年在陇东煤田勘探中尚属首次应用。陇东地区属黄土高原地质地貌，黄土层厚度最大达320米，钻遇该层时泥浆漏失严重；洛河组粉砂岩胶结松散，易坍塌；安定组泥岩遇水膨胀，易缩径。因此，在近几年的勘探施工中，主要针对绳索取芯工艺出现的上述问题采取了相应的措施，将施工难度降到最低、孔内事故风险控制到最小。

[关键词]绳索取芯 漏失 坍塌 缩径 孔内事故

[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-293-2

1地形地貌及区域地质

陇东地区位于甘肃省东部，是世界上面积最大、土层最厚、保存最完整的黄土原面，堪称“天下第一黄土塬”。地质构造上属鄂尔多斯盆地西缘，预测煤炭资源储量为1600亿吨，占甘肃全甘肃省煤炭资源预测储量的94%。

2施工工艺

我单位在陇东地区施工已达8年之久，在施工工艺上进行过多次尝试，不断摸索，不断学习。随着陇东煤田勘探步伐的不断加快和勘探设计的不断深入，瓦斯采样孔的设计增加，之前的普钻工艺已不能满足施工需求。2013年，我队开始尝试运用绳索取芯工艺。经过两年多的不断尝试，在陇东地区运用绳索取芯工艺施工方面有了一些经验。

2.1工艺要求

瓦斯采样孔的施工要求是将煤岩芯快速取出后进行瓦斯测试，记录真实准确的逸出量。而绳索取芯技术能较好的克服普钻上钻时间慢、煤芯不整状和瓦斯逸出量少等缺点。

2.2钻遇复杂地层

2.2.1第四系黄土层，易漏、易塌

黄土层具有多孔性和多洞性，节理发育，结构疏松，渗透性等特点。黄土孔隙度高达40%～50%，有大量根管和垂直方向的孔洞，其垂直方向的渗透性与水平方向的渗透性差异很大，其垂直方向的渗透系数比水平方向的渗透系数大4.5～37.5倍[1]。

在施工该地层时，建设单位不要求取芯，只需判准地层。我们通常采用三翼无芯钻头钻进到设计深度，再下同径取芯钻头取芯。在该段地层，经常出现的是开钻就孔漏，漏失量很大，钻进到50米～100米后不返浆，泵压忽有忽无。若长时间保持钻孔内无浆裸露，会出现孔内坍塌，造成事故。因此，我们一般采取的办法是开钻时就将锯末等惰性材料搅拌到泥浆中，随泥浆进行孔内循环。泥浆消耗量减小明显，到不返浆层段也能起到明显效果，泵压基本稳定在1.0～1.4Mpa。该层段钻进至设计深度时需换成无固相泥浆，用取芯钻头取出标志层岩心。完全穿过第四系后，进入白垩系2～3米，进行高一级的扩孔，下表层套管护壁。

2.2.2环河华池组，易漏

华池组与环河组难以区分，整体上为一整套黄绿、灰绿、橙红、桔红等颜色长石砂岩、硬砂质长石砂岩及长石硬砂岩与黄绿色砾岩呈不等厚互层，发育多向中小型交错层理，局部夹紫色、褐色、灰绿色等杂色泥岩，富含盐类及石膏晶屑[2]。在运用普钻施工时，未发现该地层出现较大的漏失情况。自我单位运用绳索取芯技术后，在该段地层发生漏失并不返浆的现象很普遍。通过取出的岩心发现，地层纵向裂隙发育较多、盐类及石膏晶屑丰富。盐类及石膏晶屑容易破坏无固相泥浆体系，造成泥浆粘度降低、絮凝性减弱，导致泥浆流变性能变差，发生孔漏，更甚者出现不返浆现象。

2.2.3安定组，易缩径

安定组主要为一套滨浅湖相沉积。下部以紫红、暗紫红色粉、细粒长石砂岩为主，富含钙质，偶见浅灰绿色泥灰岩夹层；上部为灰绿、紫红色粉砂质泥岩、泥岩[3]。

施工该段地层，经常遇到的情况是在上钻检查钻头及钻具磨损或其它原因上钻时，钻具在安定组会被卡住，上不来下不去；或者因为设备维修而长时间停钻，再一次下钻施工时，会在安定组泥岩层段卡住不能顺利下钻。

3泥浆的合理应用

泥浆的合理正确使用是绳索取芯工艺发挥优势的先决条件。

黄土层漏失严重，运用原浆添加锯末、麦麸等惰性材料可有效地降低泥浆消耗量、防止较严重的钻孔漏失，提高泥浆粘度及增加固相含量可保护孔壁稳定；

环河华池组易发生阶段裂隙性钻孔漏失。遇到漏失层后，在无固相泥浆中添加一定比例的高粘堵漏剂，并且降低泵量可有效地减小泥浆的漏失量。

以我单位施工的甘肃省宁县和盛——泾川县荔堡勘查区X3007孔为例。1m3的搅拌罐，泥浆配置比例如下：

3kgNa2co3+5kg80A-51+5kg高粘堵漏剂+1 m3清水，此配置比例可使泥浆漏斗粘度达到24s～26s、比重在1.04以内，Na2co3可有效地降低石膏晶屑对泥浆的破坏作用。运用该泥浆，并将泵量控制在90L/min左右，顶漏钻进，直到穿过漏失层。在使用该比例配置的泥浆钻进并穿过漏失层后，泥浆消耗量记录如下表所示。

通过记录泥浆消耗量发现，钻进这一段漏失层共消耗泥浆约30 m3，比起以前的低粘度、低固相泥浆的应用，堵漏效果明显改善。

安定组地层泥岩较多，遇水易膨胀，钻进时易缩径。在施工这类地层时，通常是在泥浆中添加高性能的护壁剂、降失水剂、加重剂等，使得泥浆具有较高比重、较低的失水性、形成泥饼韧性好等特点，从而使泥浆达到稳定泥岩段地层所需的较好护壁性能。我单位通过多口钻孔的施工经验得到：比重控制在1.10～1.15、漏斗粘度在18s以上、失水量小于8ml/30min可有效控制该地层缩径问题。

4事故预防

在陇东地区进行绳索取芯工艺施工，可能会遇到的事故主要有：黄土层严重漏失事故、孔斜而导致钻具折断事故及泥岩段地层缩径导致卡钻事故等。

4.1黄土层漏失

在陇东地区施工，大部分的钻孔都会发生黄土层漏失。通常，我们运用绳索取芯工艺施工时，都会在泥浆中添加锯末等顶漏钻进，穿过该层后，扩孔下套管护壁，钻孔完工后再将套管拔出[4]。这样做，既能减小因孔漏造成泥浆材料的浪费损失，又避免了黄土层坍塌的风险。

4.2孔斜

在陇东地区施工，钻孔发生孔斜的概率也很大。由于洛河组砂岩倾角大，软硬地层互层多，在钻压不稳定时极易造成孔斜。因此，绳索取芯施工时，在保证最优进尺的前提下，给孔底稳定的钻压是预防该孔段发生孔斜的主要方法。

4.3缩径卡钻

安定组泥岩缩径导致卡钻对施工井队来说是个难题。泥浆性能不达标、施工人员不操心等都有可能导致卡钻事故。因此，在施工过程中，对泥浆参数要做到每班测量，随时掌握泥浆性能；对施工人员要加强岗前培训，在施工该段地层要时刻掌握钻进的各项参数。

5总结

由于近年瓦斯采样孔施工工艺的需要，绳索取芯工艺才开始在陇东地区首次运用，因此很多工艺和技术仍处在空白阶段，还需在今后的工作中进一步探索。在钻孔漏失、洛河组孔斜和泥岩段缩径、等方面需要进行更多的试验和研究，尤其是泥浆性能的研究，这对绳索取芯工艺在陇东煤田勘探施工中的广泛普及起着至关重要的作用。

参考文献

[1]蒋宏伟，石林，郭庆丰.地层压差漏失分析研究.石油机械【J】.2011年第39卷.

[2]甘肃省地质矿产局编.甘肃省区域地质志.地质出版社【M】.1989年.

[3]白云来，王新民，刘化清，李天顺.鄂尔多斯盆地西部边界的确定及其地球动力学背景.地质学报【J】.1980年.

[4]何灏.绳索取芯钻探技术在陇东煤田勘探市场的应用.低碳世界【J】.2013年第12期.