新疆和什托洛盖煤田某勘查区施工技术实践

张飞，熊虎林，王奇峰，牛明远

（1.新疆地矿局第九地质大队，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆维吾尔自治区煤田地质局，新疆乌鲁木齐830000）

1 概述

和什托洛盖煤田位于新疆著名的石油城克拉玛依市北部90km，煤田东西长约300km，南北宽10～40km，总面积约9000km2。该勘查区位于和什托洛盖盆地中西部荒漠平原区，交通较为便利，为提高和什托洛盖煤田整体勘查程度，布设钻孔深度均在1000m左右。深孔钻进由于钻孔较深，钻具长，钻具柔性变形较大，钻杆与孔壁的接触摩擦增加[1]，加之煤田地层较软，易出现坍塌、缩径卡钻。绳索取芯金刚石钻进工艺，因其钻井孔壁间隙较小，起钻次数及辅助时间减少，劳动强度降低，台月效率高[2]，已经成为地质岩芯钻探的主流技术方法，在深孔钻探技术中已得到广泛应用[3]。

2 地层概况

工作区地层特征见表1。

3 主要设备

根据现有钻进设备，结合钻孔结构设计、钻探工艺等因素[4]，选择XY-5型立轴钻机、BW-250型泥浆泵、SG-18型四角钻塔等钻探设备，考虑到砂、卵石地层容易影响泥浆质量，为保证泥浆质量，降低含砂量[5]，配备了泥浆净化器净化泥浆。主要钻探设备见表2。

表2 主要钻探设备一览表

4 钻孔结构

该勘查区钻探施工难点，一是第四系地层成孔难；二是第三系地层厚度较大，地层较软，易吸水膨胀，钻孔缩径。针对以上难点，根据该勘查区地层岩性特点，依据厚覆盖层钻孔绳索取芯钻进必须下套管[6],综合考虑钻孔深度、终孔直径、钻进方法和护壁措施等影响因素[7]，采用三级钻孔结构，钻孔结构如图1所示。

一开：采用∅159mm三牙轮钻头开孔，穿过第四系后下入∅108mm套管护壁。

图1 钻孔结构图

二开：采用NQ系列绳索取芯钻具，选用外径加大至95mm复合片钻头钻穿第三系、白垩系。

三开：采用NQ系列绳索取芯钻具，选用外径加大至85mm金刚石钻头钻进至终孔。

5 钻进方法、钻具组合及钻进参数

5.1 钻进方法

根据覆盖地层地质结构及孔壁稳定情况综合考虑[8]，及以往煤田钻探施工经验，第四系覆盖层采用全面钻进方法，遇较大卵砾石采取打捞的方式解决，钻穿第四系下入套管后，采用绳索取芯钻进方法钻进至终孔。

5.2 钻具组合

全面钻进钻具组合：∅159mm三牙轮钻头+∅89mm钻铤+异径接头+∅60mm普钻钻杆+机上钻杆。

打捞卵砾石钻具组合：∅150mm内焊钢丝合金钻头+∅146mm单管钻具+异径接头+∅60mm普钻钻杆+机上钻杆。

绳索取芯钻具组合：∅95mm复合片钻头（∅85mm复合片/金刚石钻头）+NQ绳索取芯钻具+NQ绳索取心钻杆+机上钻杆。

5.3 钻进参数

根据XY-5型钻机和BW-250型泥浆泵机械变速特点，全面钻进工艺和绳索取芯钻进工艺要求，合理选择钻压、转速和泵量三参数,在实际施工过程中，全孔以NQ型绳索取芯钻具施工为主[9]。钻进参数见表3。

表3 钻进参数表

6 泥浆配制与管理

6.1 泥浆配制

该工区地层上部卵砾石较多，全面钻进岩粉多，颗粒粗，比重大，悬渣、除渣是关键；下部泥岩较软，易吸水膨胀导致钻孔缩径，要控制好泥浆失水量；绳索取芯钻进要做好泥浆净化工作，控制较低的固相含量。根据地层特点和钻进工艺要求，泥浆配方见表4。

表4 泥浆配方

6.2 泥浆现场维护管理

(1)施工现场泥浆循环槽长度不小15m，坡度在1/100～1/80之间，并设置至少3个隔板，沉淀池不得少于2个。

(2)专人负责泥浆配制，严格按照材料配比和要求配制泥浆，保证泥浆性能指标始终满足地层要求[10]。

(3)机台配置泥浆测试仪器，每班定期测定泥浆性能，据地层变化情况，及时补充新浆及加入处理剂进行调节。

(4)机台配备XZ-2型泥浆净化器，用于净化泥浆，每班捞循环槽和沉淀池沉淀2次，每3d捞泥浆坑沉淀一次（往往被机台忽略）。

7 应用情况

采用三牙轮钻头全面钻进工艺钻穿较难成孔第四系覆盖层后下入套管护壁、单方面增大钻头外径的NQ系列绳索取芯钻具组合共施工10个钻孔，最浅孔921.23m，最深孔1160.63m，平均台月效率938.68m/台月。详情见表5。

表5 施工钻孔情况统计表

8 总结

(1)采用普钻工艺，选用三牙轮钻头全面钻进，粘度较高泥浆护壁，快速通过后下入套管，是应对较大厚度第四系难成孔覆盖层的有效方法。

(2)单方面增大钻头外径，改变绳索取芯钻具级配，增大环空（钻杆与孔壁间隙），有利于提高绳索取芯钻进效率，较软地层钻进成孔。

(3)在较软地层钻进，选用复合片钻头钻进，效率较高。

(4)在煤系地层选用绳索取芯工艺钻进，要注重泥浆使用，控制泥浆失水量。

[1]杨昌杰，张绍和，苏宏岸，等.适用于破碎地层的新型单动双管钻具[J].煤田地质与勘探，2014，42(1)：87-89.

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[4]秦品光.新疆某矿区1200m深孔施工关键技术[J].煤田地质与勘探，2017，45(3)：171-174.

[5]任晓顺，太武，刘建福，等.河北省乐亭县滦河古河道深覆盖层钻探施工工艺[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2015，42(1)：22-26.

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[7]秦品光，贾中芳.提高坚硬打滑地层金刚石钻进效率的试验[J].工程建设，2013，45(4)：42-45.

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[10]徐学军.钾铵基聚合物泥浆在大同煤田复杂地层钻进中的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2016，43(12)：45-48.