库木塔格―沙尔湖煤田勘查钻探施工技术攻关成果汇报 煤田钻探

一、技术攻关目的、任务二、技术攻关小组组成、工作情况三、以往施工经验四、技术攻关课题五、技术攻关实验小节六、以后技术攻关计划新疆地矿局第一地质大队从八十年代开始就对沙尔湖煤田进行过钻探施工，当时钻孔坍塌、超径、断杆、报废事故频发。近两年来，新疆地矿局第一地质大队再次在沙尔湖进行钻探施工，在实践中不断摸索取得了一定的效果，钻孔事故率降低，钻探效率得到提高，但钻孔严重漏失问题没有得到根本解决。根据地矿局指示，要求我队组织钻探施工参加单位技术骨干成立“新疆鄯善县库木塔格—沙尔湖煤田勘查联合技术攻关”小组，力争在最短的时间内摸索适宜的钻探工艺，努力提高钻探施工进度。二、技术攻关小组的组成及工作情况2009年4月中旬地质一大队成立了联合技术攻关小组，主要成员由参加沙尔湖钻探施工单位的领导、技术负责组成。二、技术攻关小组的组成及工作情况2009年4月25日攻关小组第一次组织攻关会议，会上地质一大队介绍了“沙尔湖煤田地层及钻探施工特点”和“沙尔湖煤田以往施工经验”，同时到施工优秀的二水207机KS83ZK8孔和一队106机KS91ZK8孔现场参观学习，在泥浆认识上有了一定的认识，部分机台调整泥浆后孔内情况得到好转。2009年5月18日攻关小组第二次组织攻关会议，在二水207机施工的ZK709孔和一队106机KS91ZK8孔现场召开了技术经验交流会，会上分别介绍了各机台钻孔施工情况，针对存在的问题，共同提出解决的方案，在预防事故方面首先从思想上得到了认识。2009年10月1日攻关小组第三次组织攻关会议，会上分析了近期钻孔容易出现孔内事故的原因，从多个方面采取预防措施，后续施工中事故率得以下降。1、将钻头外径加大后，钻进中泵压高，易包钻现象得到大为改善。2、用优良的泥浆，能大大改善缩径、坍塌、垮孔的问题，事故率降低，综合效率得到提高。3、用植物胶、膨润土、棉籽壳、锯末、麻绳等边钻进边堵漏，取得了一定效果，但用投泥球法成功率低。4、主煤层全孔漏失，无论采用什么方法堵漏，即算漏失堵住了，继续钻进不到一米又开始新的全孔漏失，由于堵漏费时费力，成本巨大，钻进效率极低，从成本和效率考虑，不如直接顶漏钻进，煤层全孔漏失的堵漏方法目前为止没有成功的经验。(一)确定漏失部位的方法课题提出:对于不能用泥浆和随钻堵漏堵住的漏失，我们采用投入泥球方法堵漏，如确实是孔底漏失，投入泥球方法可能有效，但有时是钻孔上部漏失，投入泥球方法是不可能有效果的，这时必须先确定漏失部位，再确定堵漏方法，所以提出了“确定漏失部位的方法”攻关课题。试验方法:用纤维袋卷成比钻孔直径稍微大一点，长度0.15米，用绳子绑住放入孔内。不带内管下正常钻具，下一根钻杆开水泵试验，如返水正常，再下第二根钻杆试验，直至突然不返水或返水变小，此处就是漏失部位。(一)确定漏失部位的方法例1：江西有色804机华能一区ZK311孔该孔从60米开始全孔漏失，随钻堵漏法堵住后继续钻进至180米又全孔漏失，使用随钻堵漏和泥球投入法多次无效果，我们用纤维袋确定漏失部位，在60米处突然不返水，说明60米随钻堵漏堵住后重新漏失，后来扩孔下入68米套管隔离将水止住。例2：湖南核工业3046机葛州坝二区ZK1403孔该孔穿过地表第四系26米后下入套管，孔深56米时，岩心中有一明显的大裂隙，多次使用投入泥球方法未有效果。我们用纤维袋确定漏失部位，在27米处突然不返水，说明56米处已经被泥球堵住了，同时套管底部松动，造成套管封闭不严也产生漏失，扩孔下入30米套管隔离后此次孔内返水正常。(二)钻孔架桥方法课题提出:确定了漏失部位在钻孔上部，又用泥浆和随钻堵漏无效果时，只得使用投入泥球方法堵漏，但泥球堵漏只适应于裂隙距离孔底2米左右，如果裂隙距离孔底太高，需要的泥球量多，挤压泥球时会出现泥球包住钻杆的严重事故，所谓钻孔架桥，就是在确定漏失部位下面2米左右封闭钻孔，建立人工孔底，再进行投入泥球方法将漏失层位堵住，然后钻穿架桥物，到原孔底后恢复正常钻进。所以提出了“钻孔架桥方法”的攻关课题。试验方法:（1）按图示组装木塞，然后将木塞下到需“架桥”孔深部位；（2）慢转钻杆，使其由反扣处脱开，使卡料由储存室内流出，落到木塞台肩处；（3）轻轻提动钻杆，使储存室和木塞之间的被敷线拉紧，直至拉断为止；（4）投入卡料数量的多少，可根据不同口径而定；（5）储存室和木塞之间的连接拧紧些，并在连接前涂黄油，使之容易反开；但下钻时动作应慢些，不要使钻杆激烈摇动，避免造成提前脱扣。(二)钻孔架桥方法例:地质一队105机358项目KS83ZK16孔；该孔泥岩、泥质砂岩厚度达310米，从130米开始出现三分之一漏失，肉眼看不见岩心有明显的裂隙，一直坚持随钻堵漏方法，钻孔返水量逐惭增大至三分之二，维持钻进到300米出现全孔漏失，岩心看不见明显裂隙，多次用投入泥球方法堵漏无效，由于设计钻孔较深，生产供水也紧张，决定扩孔至310米全孔下套管隔离漏失层，310米套管下入后恢复正常钻进至350米又出现全孔漏失，多次用投入泥球方法堵漏无效，其中一次用了一张撕碎了的棉絮送入孔底堵漏，结果连棉絮也进入大的裂隙，漏失确没有堵住，机台人员失去堵漏信心，决定顶漏钻进。后用纤维袋确定漏失部位在320米，离孔底有30米，不能直接用投入泥球法，决定用架桥方法先架桥再进行投入泥球方法堵漏，同时配合随钻堵漏的材料从钻杆内大量泵入孔内，结果堵漏成功，一直返水正常，顺利施工到667.25米终孔。(三)大裂隙堵漏剂堵漏方法问题提出:投入泥球方法是比较原始的办法，适应较大裂隙的堵漏，有时很有效果，但需要多次提下大钻，费时费力。目前市场上有“大裂隙堵漏剂”购买，专门用于大裂隙的堵漏，大裂隙堵漏剂堵漏时不需要提下大钻，从钻杆灌入即可，大大缩短了堵漏时间，说明书上介绍大裂隙堵漏剂体积膨胀可达500倍。如果试验成功，将取代投入泥球堵漏方法。所以提出了“大裂隙堵漏剂”堵漏取代投入泥球堵漏方法的攻关课题。研究结果:大裂隙堵漏剂说明介绍说膨胀后体积增加500倍，通过室内试验，一是在清水中试验体积只能达到125倍，二是在泥浆中试验几乎不膨胀。通过试验大裂隙堵漏剂只适应于清水4mm-20mm的裂隙，由于沙尔湖使用泥浆钻进，所以不适应于沙尔湖矿区堵漏，现场没有进行试验。四、技术攻关课题(四)“聚丙烯醇高胶结”泥浆堵漏问题提出：高级顾问潘殿琦（长春工程学院勘查与测绘学院教学副院长，教授、博士）提供的聚丙烯醇高胶结泥浆配方如下：聚乙烯醇0.55—0.8%；聚丙烯酰胺0.055—0.14%；三氯化铁0.025%；硼砂0.064—0.068%；硫酸钠0.012—0.016%研究结果：高级顾问潘殿琦来我队沙尔湖煤田现场后，对我队泥浆很满意，已经是性能优良的泥浆了，他的配方有待于进一步考察，暂时没有进行实验。四、技术攻关课题四、技术攻关课题（五）绳索钻杆泥球投送器问题提出：对于大裂隙的漏失，使用投入泥球方法有很好效果，缺点一是需要提下大钻，二是泥球有时投入不到位，三是需要专门提大钻进行挤压，所以成功率低。为了提高泥球投入堵漏的成功率，设想能否不提下大钻在绳索钻杆内进行泥球堵漏，如漏失孔段长，设想是否顺利将堵漏材料送入孔底，所以提出了“绳索钻杆泥球投送器堵漏方法”的攻关课题。实验方法：绳索钻杆最底部接头丝扣处打2个小眼，做一厚度约1厘米大小与绳索钻杆内径相同的小木板，小木板置于接头内，外用2颗小铁钉钉住木板，绳索钻杆下入孔口，灌入堵漏材料泥球或稠水泥浆加惰性材料，如漏失孔段长，再加1根绳索钻杆灌入堵漏材料，灌完后加比钻杆内径小一点的1厘米小木板，下入钻杆至漏失孔段，开泵压出堵漏材料。泥球投放后需要再专门挤压；稠水泥浆加惰性材料候凝后通孔钻进。四、技术攻关课题（五）绳索钻杆泥球投送器例：中国煤炭总局901机358项目KS11ZK52孔该孔240米前返水正常，到240米后突然不返水，岩心中有明显的大裂隙，采用随钻堵漏法能临时堵住，钻进不了几米又全孔漏失，机台多次投入泥球法堵漏无效，故采用顶漏钻进，钻进不到2米出现烧钻事故，事故处理完毕后，机台人员再也不敢顶漏钻进了，只有被迫堵漏，后采用绳索钻杆泥球投送器稠水泥浆加惰性材料候凝后通孔钻进，基本能堵住，继续施工中又多次采用此方法取得效果，直到528.58米终孔。四、技术攻关课题（六）提高钻探效率问题提出：沙尔湖煤田由于存在种种原因，钻探效率低，为了努力提高钻探效率，提出了“提高钻探效率的办法”的攻关课题。试验方法：为了提高钻探效率，我们与金刚石钻头生产厂家设计了高胎体金刚石钻头，增加了金刚石钻头工作层的厚度，实现提高金刚石钻头的使用寿命，减少提下钻的辅助时间，达到提高钻进效率的目的。四、技术攻关课题（六）提高钻探效率例：地质一队103机358项目KS51ZK8孔该孔泥岩、粉砂质泥质厚达430米，430—532米为一半破碎、一半完整的砂砾岩，施工中在232米处有1米多松散细砂岩夹杂黄豆、绿豆大小的石子，在砂砾岩层钻进中到532米时，由于钻头消耗快，1个金刚石钻头只能打10—30米进尺就得更换金刚石钻头，来回提下大钻，将232米处孔壁抽垮，后经扩孔到280米扩出新孔，找不到老孔，报废重新施工。重新施工过程中，坚持维护好泥浆，实行慢速提钻制度，在施工到700米时，设计的高胎体金刚石钻头到货，从700米开始试验，一直施工到1005米由于取心时绳索绞车钢丝绳断裂被迫提钻，下入孔内后的金刚石钻头良好，还能继续施工，后更换1个新高胎体金刚石钻头，直到1231.22米终孔，该钻头还能继续钻进。四、技术攻关课题（七）提高采取率问题提出：我们认为粉煤层中钻进，粉煤很容易被泥浆冲刷，导致采取率不够，从而提出了提高采取率的攻关课题。试验方法：钻头改成阶梯式，底部水口通水改为在队梯外打水眼，而底部不要水口，底部高度0.6mm左右，经过改动后泥浆就不直接冲刷粉煤，从而达到提高采取率的目的。四、技术攻关课题（七）提高采取率例:新疆地矿局第一地质大队106机施工的中亚华金ZK601孔，煤层取心十分困难，我们试验改用上述合金钻头后，采取率立即恢复正常，现准备改用金刚石钻头解决煤层存在取心困难的问题。五、技术攻关实验小结沙尔湖煤田钻探施工过程中，联合技术攻关小组积极努力，认真试验，技术攻关取得了一定的成绩，现将联合技术攻关实验小结如下：1、用纤维袋确定漏失部位的方法，制作简单、操作容易、漏失部位确定成功率高，为提供堵漏方法奠定了基础，值得大力推广。2、攻关中设计的架桥方法，制作相对麻烦，需要专业技术人员现场指导，特别是堵漏完毕后的钻穿架桥物，如操作不慎，有可能钻出新孔。3、绳索钻杆泥球投送器机台制作简单、操作容易、效果良好，特别适合于孔底随钻泥球堵漏，值得大力推广。4、高胎体金刚石钻头的运用，减少了提下钻的次数，节省了辅助时间，对保护孔壁有很好的作用，提高了钻探效率，值得大力推广应用。5、“大裂隙堵漏剂”堵漏方法不适应于泥浆施工的钻孔。6、“聚丙烯醇高胶结”泥浆堵漏，有待于进一步考察。7、特制粉煤金刚石钻头提高采取率能起到一定作用。六、以后技术攻关计划今年的技术攻关，解决了一些实际问题，但主煤层今年的技术攻关，解决了一些实际问题，但主煤层的全孔漏失最终没有得到根本解决，我们认为从泥浆和堵漏方法方面解决主煤层全漏的问题希望不是很大。为此在今后的攻关中，攻关的主导思想将改为：1、增大钻孔环状间隙。目的是减小泥浆对孔壁的压力，外径加大至95mm，75mm—95mm部分返水面积达到1/2，共设计6个大的水口；2、减小泥浆比重。目的是进一步减小泥浆对孔壁的压力，使用试验泡沫泥浆。的全孔漏失最终没有得到根本解决，我们认为从泥浆和堵漏方法方面解决主煤层全漏的问题希望不是很大。为此在今后的攻关中，攻关的主导思想将改为：1、增大钻孔环状间隙。目的是减小泥浆对孔壁的压力，外径加大至95mm，75mm—95mm部分返水面积达到1/2，共设计6个大的水口；2、减小泥浆比重。目的是进一步减小泥浆对孔壁的压力，使用试验泡沫泥浆。