甘肃省阿克塞平达坂煤矿钻探施工技术

何玉云，姚泽洪，王文林，曹学斌

(宁夏核工业地质勘查院，宁夏 银川　750021)



甘肃省阿克塞平达坂煤矿钻探施工技术

何玉云，姚泽洪，王文林，曹学斌

(宁夏核工业地质勘查院，宁夏 银川750021)

甘肃省阿克塞平达坂煤矿区地层较复杂，岩层破碎，且存在水化膨胀的泥岩及冻土层，易缩径及坍塌，施工难度较大。针对该矿区地层特点，从钻孔结构、钻进参数及冲洗液等方面采取相适应的施工工艺及技术措施，取得了良好的效果。

钻探；绳索取心；冲洗液；冻土层；煤矿

1　工程概况

平达坂煤矿位于甘肃省酒泉市阿克塞哈萨克族自治县小哈尔腾地区，设计孔深250～280 m，钻探工作量1 600 m。

施工地区海拔高度为3 750～4 350 m，平均海拔高度为4 200 m。矿区属高寒半干旱气候，严寒且变化无常，年平均气温低于6 ℃，年平均降水量100 mm。

2　区域地质及矿区地层简况

2.1区域地质概况

平达坂煤矿位于秦祁昆造山系中-南祁连弧盆系党河南山-拉脊山蛇绿混杂岩带，其上发育北西走向的中-新生代断陷盆地，属于祁连褶皱带阳康复向斜察汗鄂博图岭褶断；西南为南祁连岩浆弧，北东为中祁连岩浆弧。受党河南山-拉脊山蛇绿混杂岩带的控制，区内大部分断裂构造为北西向逆断层，少部分为近东西向逆断层和北东向性质不明断层。

2.2矿区地层简况

该地区之前未进行过钻探施工，因此矿区没有可供参考的钻孔技术总结和详细的地质资料。根据本次施工获得的岩心资料，总结了该矿区地层岩性，详见表1。

3　矿区钻进难点

(1)存在较多破碎带，孔壁易掉块及坍塌；

(2)部分泥岩孔段存在缩径现象，导致钻具无法旋转及上提钻具遇阻；

表1　矿区地层岩性

(3)砂岩和砾岩层段存在大量水平裂缝，易发生泥浆漏失；

(4)煤层顶底板存在含有天然气水合物的冻土层，导致泥浆性能恶化。

4　钻探技术措施及工艺

4.1钻孔结构

采用CSD500C全液压岩心钻机进行施工，共完成钻孔6个。由于钻孔结构相同，本文仅以ZK-1孔为例，介绍其钻孔结构，详见图1。

4.2钻孔钻具组合

采用金刚石绳索取心钻进工艺，钻孔钻具组合见表2。

表2　MZK23-2孔钻具组合表

4.3钻进技术参数

不同开次钻机钻进参数见表3。

表3　不同开次钻进技术参数

4.4冲洗液配制与维护

采用无固相冲洗液钻进，钻进过程中根据地层变化情况对冲洗液配方进行调整。

4.4.1不同地层的冲洗液配方及性能

(1)正常钻进时，冲洗液配方为：0.1%氢氧化钠+0.1%纯碱+0.15%～0.3%高黏纤维素+0.5%～0.8%植物胶+0.3%～0.5%无荧光润滑防塌剂。冲洗液性能：密度1.02～1.04 g/cm3，漏斗黏度17～20 s，滤失量20～30 mL。

(2)钻遇泥岩缩径地层时，提高冲洗液的抑制性，并降低冲洗液的滤失量。具体配方为：0.1%氢氧化钠+0.1%纯碱+0.3%～0.6%高黏纤维素+0.5%～0.8%植物胶+1%～2%无荧光润滑防塌剂+5%氯化钾。冲洗液性能：密度1.03～1.05 g/cm3，漏斗黏度18～23 s，滤失量10～15 mL。

(3)钻遇冻土层时，向冲洗液中加入氯化钠，降低冲洗液的凝固点，并抑制冻土层中天然气水合物分解。具体配方：0.1%氢氧化钠+0.1%纯碱+0.2%～0.5%高黏纤维素+0.5%～0.8%植物胶+1%～2%无荧光润滑防塌剂+10%～20%氯化钠。冲洗液性能：密度1.06～1.15 g/cm3，漏斗黏度16～23 s，滤失量15～25 mL。

(4)钻遇漏失地层时，应向冲洗液中加入惰性堵漏材料，如锯末、棉籽壳等。具体配方：0.1%氢氧化钠+0.1%纯碱+0.5%～1%高黏纤维素+1%～2%植物胶+0.3%～0.5%无荧光润滑防塌剂+3%～8%惰性堵漏材料。冲洗液性能：密度1.03～1.10 g/cm3，漏斗黏度25～50 s。

4.4.2冲洗液维护

(1)性能测试

由技术人员或机长做好对冲洗液性能的测定，每班至少测定2次(钻遇复杂地层则增加测定次数)。

(2)性能调整

根据地表冲洗液性能指标情况以及地层的变化，对冲洗液配方进行调整。

(3)岩粉清除

按照现场地形尽量增大冲洗液循环系统的容积，循环槽长度不小于20 m，沉淀坑不小于3个。保证冲洗液充分被净化，并及时清除循环槽中的有害固相。

5　技术经济效果

在平达坂煤矿钻探施工中，由于工艺合理，措施得当，2012年5月～8月，1台钻机共完成钻孔6个，累计进尺1 585.45 m，直接经济效益166万元。各钻孔施工周期及完钻孔深详见表4所示。

表4　各钻孔施工周期及终孔深度

6　结语

在甘肃省阿克塞平达坂煤矿钻探施工中，选用合适的钻孔结构设计，采用金刚石绳索取心钻进工艺，选择合理的钻进参数，提高了钻进效率，降低了施工成本。

通过本次小口径钻探施工，积累了以下一些经验，以期对今后的小口径钻探施工有所指导。

(1)由于矿区地层存在一定的缩径，在钻进过程中应降低泥浆滤失量并提高泥浆抑制性能，防止泥岩水化膨胀引起缩径对正常钻进造成不利影响。

(2)在冻土层钻进时应向冲洗液中加入氯化钠，将冲洗液转化成低温冲洗液，从而抑制天然气水合物分解。

(3)该地区常年气温较低，海拔较高，施工过程

中需注意人员健康的防护。

[1]张春波，刘峰.中国绳索取心钻探技术现状及展望[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，1996,(4):47-49.

[2]王正浩.绳索取心技术在陕西彬长矿区杨家坪井田煤层气勘探中的应用[J].中国煤田地质，2010,22(增刊)：126-163.

[3]王胜，陈礼仪，张永勤. 无固相低温钻井液的研制——用于青藏高原永冻层天然气水合物的钻探[J].天然气工业，2009,29(6):59-62.

[4]许贡，丁团峰，石奎，等.煤层气井堵漏技术[J]. 吐哈油气，2005,10(1):54-56.

[5]鲁玉庆.对煤田钻探绳索取芯钻进工艺的探讨[J].煤炭技术，2008,27(4):46-48.

[6]鄢捷年．钻井液工艺学[M]．山东:中国石油大学出版社，2001.

2015-10-16

何玉云(1982-)，男(回族)，宁夏中卫人，宁夏核工业地质勘查院助理工程师，石油工程专业，主要从事岩心钻探和绳索取心泥浆研究工作，E-mail: heyuyun2010@126.com。

P634.5

A

1009-282X(2016)04-0023-03