劉豐輝

[摘要]繩索取芯技術(shù)在我國(guó)地勘行業(yè)經(jīng)歷了多年的實(shí)踐應(yīng)用，已經(jīng)形成了比較成熟的工藝流程，但近年在隴東煤田勘探中尚屬首次應(yīng)用。隴東地區(qū)屬黃土高原地質(zhì)地貌，黃土層厚度最大達(dá)320米，鉆遇該層時(shí)泥漿漏失嚴(yán)重；洛河組粉砂巖膠結(jié)松散，易坍塌；安定組泥巖遇水膨脹，易縮徑。因此，在近幾年的勘探施工中，主要針對(duì)繩索取芯工藝出現(xiàn)的上述問(wèn)題采取了相應(yīng)的措施，將施工難度降到最低、孔內(nèi)事故風(fēng)險(xiǎn)控制到最小。

[關(guān)鍵詞]繩索取芯 漏失 坍塌 縮徑 孔內(nèi)事故

[中圖分類號(hào)] TD82 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-293-2

1地形地貌及區(qū)域地質(zhì)

隴東地區(qū)位于甘肅省東部，是世界上面積最大、土層最厚、保存最完整的黃土原面，堪稱“天下第一黃土塬”。地質(zhì)構(gòu)造上屬鄂爾多斯盆地西緣，預(yù)測(cè)煤炭資源儲(chǔ)量為1600億噸，占甘肅全甘肅省煤炭資源預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的94%。

2施工工藝

我單位在隴東地區(qū)施工已達(dá)8年之久，在施工工藝上進(jìn)行過(guò)多次嘗試，不斷摸索，不斷學(xué)習(xí)。隨著隴東煤田勘探步伐的不斷加快和勘探設(shè)計(jì)的不斷深入，瓦斯采樣孔的設(shè)計(jì)增加，之前的普鉆工藝已不能滿足施工需求。2013年，我隊(duì)開(kāi)始嘗試運(yùn)用繩索取芯工藝。經(jīng)過(guò)兩年多的不斷嘗試，在隴東地區(qū)運(yùn)用繩索取芯工藝施工方面有了一些經(jīng)驗(yàn)。

2.1工藝要求

瓦斯采樣孔的施工要求是將煤巖芯快速取出后進(jìn)行瓦斯測(cè)試，記錄真實(shí)準(zhǔn)確的逸出量。而繩索取芯技術(shù)能較好的克服普鉆上鉆時(shí)間慢、煤芯不整狀和瓦斯逸出量少等缺點(diǎn)。

2.2鉆遇復(fù)雜地層

2.2.1第四系黃土層，易漏、易塌

黃土層具有多孔性和多洞性，節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松，滲透性等特點(diǎn)。黃土孔隙度高達(dá)40%～50%，有大量根管和垂直方向的孔洞，其垂直方向的滲透性與水平方向的滲透性差異很大，其垂直方向的滲透系數(shù)比水平方向的滲透系數(shù)大4.5～37.5倍[1]。

在施工該地層時(shí)，建設(shè)單位不要求取芯，只需判準(zhǔn)地層。我們通常采用三翼無(wú)芯鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度，再下同徑取芯鉆頭取芯。在該段地層，經(jīng)常出現(xiàn)的是開(kāi)鉆就孔漏，漏失量很大，鉆進(jìn)到50米～100米后不返漿，泵壓忽有忽無(wú)。若長(zhǎng)時(shí)間保持鉆孔內(nèi)無(wú)漿裸露，會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)坍塌，造成事故。因此，我們一般采取的辦法是開(kāi)鉆時(shí)就將鋸末等惰性材料攪拌到泥漿中，隨泥漿進(jìn)行孔內(nèi)循環(huán)。泥漿消耗量減小明顯，到不返漿層段也能起到明顯效果，泵壓基本穩(wěn)定在1.0～1.4Mpa。該層段鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度時(shí)需換成無(wú)固相泥漿，用取芯鉆頭取出標(biāo)志層巖心。完全穿過(guò)第四系后，進(jìn)入白堊系2～3米，進(jìn)行高一級(jí)的擴(kuò)孔，下表層套管護(hù)壁。

2.2.2環(huán)河華池組，易漏

華池組與環(huán)河組難以區(qū)分，整體上為一整套黃綠、灰綠、橙紅、桔紅等顏色長(zhǎng)石砂巖、硬砂質(zhì)長(zhǎng)石砂巖及長(zhǎng)石硬砂巖與黃綠色礫巖呈不等厚互層，發(fā)育多向中小型交錯(cuò)層理，局部夾紫色、褐色、灰綠色等雜色泥巖，富含鹽類及石膏晶屑[2]。在運(yùn)用普鉆施工時(shí)，未發(fā)現(xiàn)該地層出現(xiàn)較大的漏失情況。自我單位運(yùn)用繩索取芯技術(shù)后，在該段地層發(fā)生漏失并不返漿的現(xiàn)象很普遍。通過(guò)取出的巖心發(fā)現(xiàn)，地層縱向裂隙發(fā)育較多、鹽類及石膏晶屑豐富。鹽類及石膏晶屑容易破壞無(wú)固相泥漿體系，造成泥漿粘度降低、絮凝性減弱，導(dǎo)致泥漿流變性能變差，發(fā)生孔漏，更甚者出現(xiàn)不返漿現(xiàn)象。

2.2.3安定組，易縮徑

安定組主要為一套濱淺湖相沉積。下部以紫紅、暗紫紅色粉、細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，富含鈣質(zhì)，偶見(jiàn)淺灰綠色泥灰?guī)r夾層；上部為灰綠、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖[3]。

施工該段地層，經(jīng)常遇到的情況是在上鉆檢查鉆頭及鉆具磨損或其它原因上鉆時(shí)，鉆具在安定組會(huì)被卡住，上不來(lái)下不去；或者因?yàn)樵O(shè)備維修而長(zhǎng)時(shí)間停鉆，再一次下鉆施工時(shí)，會(huì)在安定組泥巖層段卡住不能順利下鉆。

3泥漿的合理應(yīng)用

泥漿的合理正確使用是繩索取芯工藝發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的先決條件。

黃土層漏失嚴(yán)重，運(yùn)用原漿添加鋸末、麥麩等惰性材料可有效地降低泥漿消耗量、防止較嚴(yán)重的鉆孔漏失，提高泥漿粘度及增加固相含量可保護(hù)孔壁穩(wěn)定；

環(huán)河華池組易發(fā)生階段裂隙性鉆孔漏失。遇到漏失層后，在無(wú)固相泥漿中添加一定比例的高粘堵漏劑，并且降低泵量可有效地減小泥漿的漏失量。

以我單位施工的甘肅省寧縣和盛——涇川縣荔堡勘查區(qū)X3007孔為例。1m3的攪拌罐，泥漿配置比例如下：

3kgNa2co3+5kg80A-51+5kg高粘堵漏劑+1 m3清水，此配置比例可使泥漿漏斗粘度達(dá)到24s～26s、比重在1.04以內(nèi)，Na2co3可有效地降低石膏晶屑對(duì)泥漿的破壞作用。運(yùn)用該泥漿，并將泵量控制在90L/min左右，頂漏鉆進(jìn)，直到穿過(guò)漏失層。在使用該比例配置的泥漿鉆進(jìn)并穿過(guò)漏失層后，泥漿消耗量記錄如下表所示。

通過(guò)記錄泥漿消耗量發(fā)現(xiàn)，鉆進(jìn)這一段漏失層共消耗泥漿約30 m3，比起以前的低粘度、低固相泥漿的應(yīng)用，堵漏效果明顯改善。

安定組地層泥巖較多，遇水易膨脹，鉆進(jìn)時(shí)易縮徑。在施工這類地層時(shí)，通常是在泥漿中添加高性能的護(hù)壁劑、降失水劑、加重劑等，使得泥漿具有較高比重、較低的失水性、形成泥餅韌性好等特點(diǎn)，從而使泥漿達(dá)到穩(wěn)定泥巖段地層所需的較好護(hù)壁性能。我單位通過(guò)多口鉆孔的施工經(jīng)驗(yàn)得到：比重控制在1.10～1.15、漏斗粘度在18s以上、失水量小于8ml/30min可有效控制該地層縮徑問(wèn)題。

4事故預(yù)防

在隴東地區(qū)進(jìn)行繩索取芯工藝施工，可能會(huì)遇到的事故主要有：黃土層嚴(yán)重漏失事故、孔斜而導(dǎo)致鉆具折斷事故及泥巖段地層縮徑導(dǎo)致卡鉆事故等。

4.1黃土層漏失

在隴東地區(qū)施工，大部分的鉆孔都會(huì)發(fā)生黃土層漏失。通常，我們運(yùn)用繩索取芯工藝施工時(shí)，都會(huì)在泥漿中添加鋸末等頂漏鉆進(jìn)，穿過(guò)該層后，擴(kuò)孔下套管護(hù)壁，鉆孔完工后再將套管拔出[4]。這樣做，既能減小因孔漏造成泥漿材料的浪費(fèi)損失，又避免了黃土層坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2孔斜

在隴東地區(qū)施工，鉆孔發(fā)生孔斜的概率也很大。由于洛河組砂巖傾角大，軟硬地層互層多，在鉆壓不穩(wěn)定時(shí)極易造成孔斜。因此，繩索取芯施工時(shí)，在保證最優(yōu)進(jìn)尺的前提下，給孔底穩(wěn)定的鉆壓是預(yù)防該孔段發(fā)生孔斜的主要方法。

4.3縮徑卡鉆

安定組泥巖縮徑導(dǎo)致卡鉆對(duì)施工井隊(duì)來(lái)說(shuō)是個(gè)難題。泥漿性能不達(dá)標(biāo)、施工人員不操心等都有可能導(dǎo)致卡鉆事故。因此，在施工過(guò)程中，對(duì)泥漿參數(shù)要做到每班測(cè)量，隨時(shí)掌握泥漿性能；對(duì)施工人員要加強(qiáng)崗前培訓(xùn)，在施工該段地層要時(shí)刻掌握鉆進(jìn)的各項(xiàng)參數(shù)。

5總結(jié)

由于近年瓦斯采樣孔施工工藝的需要，繩索取芯工藝才開(kāi)始在隴東地區(qū)首次運(yùn)用，因此很多工藝和技術(shù)仍處在空白階段，還需在今后的工作中進(jìn)一步探索。在鉆孔漏失、洛河組孔斜和泥巖段縮徑、等方面需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)和研究，尤其是泥漿性能的研究，這對(duì)繩索取芯工藝在隴東煤田勘探施工中的廣泛普及起著至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣宏偉，石林，郭慶豐.地層壓差漏失分析研究.石油機(jī)械【J】.2011年第39卷.

[2]甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局編.甘肅省區(qū)域地質(zhì)志.地質(zhì)出版社【M】.1989年.

[3]白云來(lái)，王新民，劉化清，李天順.鄂爾多斯盆地西部邊界的確定及其地球動(dòng)力學(xué)背景.地質(zhì)學(xué)報(bào)【J】.1980年.

[4]何灝.繩索取芯鉆探技術(shù)在隴東煤田勘探市場(chǎng)的應(yīng)用.低碳世界【J】.2013年第12期.