绳索取芯在潘集外围深部地区煤系天然气钻探施工技术探讨

王 健，江多如

（安徽省煤田地质局第一勘探队，安徽淮南232052）

本文主要叙述绳索取芯工艺在淮南潘集外围深部地区潘气1#孔施工，针对绳索取芯钻探工艺在厚覆盖层下煤系天然气施工中遇到的问题，孔位设计在破碎异常复杂地层带上，通过钻孔施工不断地分析总结技术难题，并采取相应的技术措施、使潘气1#孔煤系天然气探测指标达到了预期效果。同时也是安徽省煤田地质局首次在两淮地区煤勘钻孔超过2000m，实现了历史性突破。积累了宝贵经验，值得继续研究和探索。

1 工程概况及地质条件

本工程基于煤系海陆交互相和陆相地层富有机质泥页岩与煤层频繁交互出现、垂向相邻或相近分布的特点，以淮南煤田潘集外围石炭—二叠纪煤系海陆交互相地层为研究对象，充分利用目前正在施工的“潘集煤矿外围煤炭详查”项目的钻孔、二维地震等工程资料，综合分析煤系地层结构、页岩气和煤层气储层矿物与有机质组成、孔裂隙结构、岩石力学性质及空间展布等地层结构和储层特征；系统研究潘集煤矿外围页岩气和煤层气成藏地质背景和成藏条件；识别划分页岩气有效层段；确定适合多气合探共采的地质因素和工程因素；筛选适合多气共采的泥页岩、致密砂岩与煤层组合形式，优选页岩气和煤层气储层评价参数，进行潘集外围煤层气与页岩气合探共采储层综合评价。在上述工作的基础上，分析页岩气储层与煤储层的可改造性，探讨潘集外围地区页岩气和煤层气（煤系天然气）联合开发潜力。潘气1#井实际分层数据如表1所示。

表1 潘气1#井实际分层数据表

潘气1井（19-20-1）是安徽省第一口页岩气与煤层气联合共探研究的地质调查井。设计孔深1850m，实际终孔深度2003m，是两淮煤田目前最深的一口地质调查井。

钻孔结构：新地层一开孔径Ø190mm取芯，扩孔Ø215mm，下入Ø178mm套管175m；二开孔径Ø152mm取芯，下入Ø146mm套管905m；全孔固井；三开孔深905～2003m为绳索钻进，上部孔径Ø98mm，下部Ø76mm，裸孔。见图1。

2 钻探施工中遇到的问题及采取的措施

2.1 地层条件

钻孔坐落在构造带上（700～730m和810～850m），岩性破碎，孔内易出现坍塌掉块，绳索取芯钻孔环状间隙小，极容易造成卡埋钻事故。

事故预防及处理方法：

（1）加强泥浆管理，保护孔壁，配置低固相泥浆，除砂去泥清洁泥浆(含砂量小于0.2‰)，钻探技术员每天测试泥浆性能，使用褐煤聚酯降失水量（失水量小于6），减小泥皮厚度（不大于0.5mm）防止孔壁吸附钻具。

（2）适当增加泥浆比重，比重控制在1.12～1.14g/cm3，使得破碎带岩石不掉块、不露头；粘度不大于35s，保证泥浆流动性。进入煤层要将泥浆比重增大到1.14～1.18g/cm3，及时形成煤层孔壁，防止煤气外溢致使煤层坍塌，造成憋泵、埋钻事故。

2.2 钻孔施工

在长距离破碎带及16#煤上下绳索钻进，由于岩性破碎、松软，岩芯不好打捞，易捞不上来岩芯或中途岩芯脱落。造成内管投不到位，产生无效进尺。由于操作者经验不足，不能准确判断出孔内情况，造成憋坏泥浆泵、高压管，压垮煤层及顶脱内管事故。岩芯脱落中途，此外在下钻扫岩芯时，易卡断钻头、钻具，破坏孔壁，严重地造成孔斜，下步没法施工。

事故预防及处理方法：

（1）岩芯脱落，残留在钻杆内，在下内管前，先用加重锤（用Ø68mm旧钻铤长1m自制）将岩芯砸出钻杆外，再投内管。

（2）孔内留有岩芯，要轻压慢钻（钻压不大于400kg；钻速不大于150r/s）小泵量，直至正常进尺。

（3）打捞不出内管，急时灌孔起大钻。

（4）泵压不正常，要立即捞出内管，排查原因。

（5）在每回次准备打捞内管前200～300mm，要足压打（钻压不小于1200kg），卡死钻头岩芯。

2.3 机械方面

钻孔超深，配备的NBB-260/7泥浆泵处于极限状态，出现不上水，造成烧钻；或上水量小不能把岩粉携上来，出现埋钻。

（1）烧钻发生时，首先套出内管，下割刀在扩孔器上部将钻具割断拉出，再下入磨孔钻头把孔内钻头磨掉，并要用捞砂器捞出铁沫。

（2）埋钻，现将埋钻深度上面钻具用割刀割断拉出，扩孔下管套一根，打捞一根；处理事故时，一定要调好泥浆，做到泥浆能及时携砂护壁，把埋钻段上部孔内一定要处理利索了，再进行下一步。

（3）埋钻如若钻具内径割刀下不去，就只能用倒钻具返，或者二开套管决定了不能用“套”的方法处理埋钻段，那只有用割刀一小段一小段割（不超过1m），一点一点捞。

3 在施工中应注意可能发生事故的情况

在钻探施工过程中有些细节、注意事项一定要引起所有施工、工程技术人员高度重视，它有可能对工程质量、进度、安全（人身、孔内、机械）起决定作用。

（1）钻进时，泵压不正常绝对不能施工，不排查出原因并及时处理好，一定不能进行钻探作业。

（2）打煤时，在捞内管前，一定要把钻具起过煤层顶部。

（3）打厚煤层时，把卡簧换成揽簧，第一回次不能超过1m进尺，第二回次不能超过1.5m，进入煤层底板钻进300～500mm，就要捞内管，严格控制煤层进尺，确保煤样质量、采取率。

（4）穿过厚煤层，前几个回次要勤捞少打，尽量减少辅助时间，加大泥浆比重（加适量重晶石粉），控制粘度确保泥浆流动性，使厚煤层快速形成孔壁，防止煤层垮塌造成事故。

（5）内管投到外管里，一定要反复试几次，专人在管口辨听响声，以确保内管送到位。

（6）严禁在煤层附近冲扫孔。

4 录井、煤层气、页岩气采录、测试技术及质量报告

经分析、解析验证石炭—二叠系含煤地层中具备“煤层气、页岩气、致密砂岩气”等非常规天然气资源共生共成的基础。煤系地层中页岩气目的层较发育，多煤层与泥页岩、砂岩互层分布，在空间组合上具有多种气藏组合规律。石炭—二叠系含煤地层煤储层、页岩储层、致密砂岩储层含气性较好，富有机质泥岩及煤层含气测试效果明显，通过现场解析含气量一般在0.4～5m3/t，甲烷含量高达90%，高含气层厚度可达20m，油气显示具备新层系、新区域、新类型的特点，具有较大的勘探潜力。专家根据地层勘查成果估算，两淮煤系天然气预测地质资源量为1.9×108m3，可采资源量为3000×108m3。

5 工程总结与前景

该工程在安徽省政府支持下由安徽煤田地质局勘察院设计，煤研所、南京大学参与，安徽省煤田一队施工。经过工程技术、施工人员的辛勤付出，不懈努力，科学施工，工程得以顺利完工，它是两淮地区有史以来煤勘钻探最深、施工工艺最为复杂、质量要求难度跨越最大，科技含量最高的煤系天然气探采孔。在行业里实现了零的突破，也是一次大胆尝试、有益探索，为地勘行业未来发展奠定基础。

19-20-1钻孔科研设计与探索，跨越式施工，为煤系天然气清洁新能源在煤田深部地区大规模探采、工业化生产提供了可靠的实践依据。为煤炭资源的再利用、煤矿的可持续发展指明了方向，使得煤炭高效利用、环保开发、新能源发展及矿山深部地区再利用的矛盾得以迎刃而解。为我国未来能源多元化开发，资源合理高效利用，促进国民经济健康持续发展有重大意义。有力保障完善了国家能源战略，同时也为煤炭工业绿色开发、煤勘行业发展方向提供了一个崭新的思路。随着煤炭资源日益枯竭，经济飞速发展对资源的大量需求，加之我国煤田开采率低，深部尚有大量资源未能开采，“二气”探采将很快提上国民经济发展日程，实现工业化发展，市场前景巨大令人乐观。

煤系天然气19-20-1孔工程顺利完工也使得像淮南这样的资源开发性城市的可持续发展、绿色转型提供了有力支撑。促进经济平稳发展，具有重大社会效益。

[1] 崔云龙，等.简明建井工程手册[M].煤炭工业出版社,2004.

[2] 张荣立，等.采矿工程设计手册[M].煤炭工业出版社，2004.

[3] 孙平.煤田地质与勘探[M].煤炭工业出版社，1996.