人工造斜技术在煤田钻探中的应用

易亚东，吕洪富，颜秉超

1.黑龙江省地质矿产局第五地质勘查院，黑龙江 哈尔滨 150090；2.吉林省第五地质调查所，吉林 长春 130103；3.吉林省地矿信息中心，吉林 长春 130061

0 引言

2014年，我院在黑龙江省黑河市三吉屯井田勘探项目的钻探施工过程中，发生煤层打丢采取率不足和孔内发生事故不能测井终孔的情况。为了补采煤心和绕过事故钻具，采用下入固定式偏心楔进行人工造斜的施工技术，补取煤心十分成功，满足了地质质量要求；顺利绕过事故钻具，达到终孔要求孔深；取得了较好的地质技术成果和较高的经济效益。

1 钻孔基本情况介绍

ZK1900号钻孔设计320米，钻进至328.20米时，在42.10米处发生钻杆折断事故，经过84台时的处理，Φ60 mm外丝钻杆47米和长度6.10米的Φ91 mm合金钻具，遗留在孔内275.10～328.20米处。

根据取出的岩矿心，确定煤层在280.20～284.15米处，地质要求穿过煤层5米后测井。综合考虑各种经济因素和技术方法，决定采用下入固定式偏心楔进行人工造斜，穿过煤层后进行测井工作。

ZK1107号钻孔终孔孔深为343.59米，测井煤层为294.25～299.14米，煤心采取率62.32%，需补心。考虑此钻孔较深，重新布设钻孔，施工场地又受限制，决定采用下入固定式偏心楔进行人工造斜的方式补取煤心。

ZK0722号钻孔终孔孔深为116.05米。测井煤层为101.70～104.45米，煤心采取率46.25%，需补心。考虑到此钻孔布设在河谷中，地表砂砾石层开孔钻进十分困难，决定采用下入固定式偏心楔进行人工造斜的方式补取煤心。

2 施工工艺

2.1 固定式偏心楔的制作

偏心楔采用Φ89 mm岩心管制作，全长3 200 mm，上部1 500 mm沿对角线切割开，然后把切割下来的岩心管旋转180度翻扣焊在原处，楔顶角控制在3度左右(考虑偏心楔整体性能，强度、刚度、重量、质量、稳定性等因素，楔顶角没有设计成2度)，并将多出斜面的部分割掉，打磨、修理光滑。偏心楔中上部打2～3个Φ10 mm的透水孔，起到排气的作用，底部切割成锯齿状，起固定作用。偏心楔结构见图1。

图1 偏心楔结构简图Fig.1 The diagram of eccentric wedge structure

2.2 人工架桥

首先将长度为1米，两端粗Φ80 mm、中间粗Φ90 mm的茅丝木塞下至煤层顶板以上5米处，ZK1900号钻孔是座在事故钻杆头上。用Φ91 mm钻具内装1米长的粘土和石子（Φ20～30 mm）的混合料，下到离木塞顶部2米处，开泵送浆，将粘土和石子冲出岩心管，落在木塞上；再用Φ91 mm实心钻具进行捣实，直到钻具墩不动为止。

2.3 下入偏心楔

用2米长的Φ75 mm钻具与偏心楔上端导斜面进行点式焊接，焊口长度30～50毫米，焊接力度以能承受偏心楔重量为妥；严格保证焊接的同心度，重叠部分最大直径不超过91 mm，以免下入困难。下入过程中操作要轻、稳，不能墩钻，避免发生开焊偏心楔落孔事故。下到孔底后，合上车，卡紧立轴，用油缸向下压，把偏心楔留在预定位置。

2.4 偏斜钻进

钻具与偏心楔脱开后，严禁向上提动钻具，应立即开泵送浆，待孔口返浆后，采用轻压（2 000～3 000 KN）、慢转（100 转 /分）、适当泵量（70～90升/分）的技术参数进行回转钻进。在每个立轴行程末时要上下反复扫孔，使造斜孔段更加光滑、通畅。Φ75导斜钻进2米后，换Φ75导正、Φ91扩孔的钻具钻进2米，最后再换Φ91钻具进行取心。

3 地质效果

三个钻孔使用人工造斜技术，完全达到了地质目的，而且也避免了因报废而带来的经济损失。

人工造斜钻孔主要技术经济指标如表1。

表1 人工造斜钻孔主要技术经济指标表Table 1 The main technical and economic indicators for arti ficial slanting drilling

4 结论及建议

（1）采用下入固定式偏心楔进行人工造斜的三个钻孔，通过与测井资料进行对比，各项参数指标完全合格。

（2）下入固定式偏心楔进行人工造斜，在煤田钻探中是一种快速、经济、实用的技术，其他矿种钻探也可以应用。

（3）架桥部位宜选择较完整、硬的孔段；造斜孔段宜选择较松散、软的孔段。

（4）架桥后，投入的粘土与碎石量不宜超过1米，捣实后以0.5米为宜，配合偏心楔底部的锯齿，固定效果好，架桥时间短、效率高。

（5）下入孔内的钻具不能超过3米，钻头外出刃要小或没有，钻具上部连接一根短单根，造斜效果更好。

（6）钻具与偏心楔用电焊点接，结实程度要适宜；脱开后不能向上提钻，应立即开泵送浆，进行回转钻进。

（7）为提高效率，ZK1107、ZK0722号钻孔，采用了Φ75/Φ91扩导式钻具直接带偏心楔下入，钻进3米后，换Φ91钻具进行取心钻进。