探討隴東煤田勘探中繩索取芯工藝的應用

劉豐輝

[摘要]繩索取芯技術在我國地勘行業經歷了多年的實踐應用，已經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用。隴東地區屬黃土高原地質地貌，黃土層厚度最大達320米，鉆遇該層時泥漿漏失嚴重；洛河組粉砂巖膠結松散，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，主要針對繩索取芯工藝出現的上述問題采取了相應的措施，將施工難度降到最低、孔內事故風險控制到最小。

[關鍵詞]繩索取芯 漏失 坍塌 縮徑 孔內事故

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

1地形地貌及區域地質

隴東地區位于甘肅省東部，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”。地質構造上屬鄂爾多斯盆地西緣，預測煤炭資源儲量為1600億噸，占甘肅全甘肅省煤炭資源預測儲量的94%。

2施工工藝

我單位在隴東地區施工已達8年之久，在施工工藝上進行過多次嘗試，不斷摸索，不斷學習。隨著隴東煤田勘探步伐的不斷加快和勘探設計的不斷深入，瓦斯采樣孔的設計增加，之前的普鉆工藝已不能滿足施工需求。2013年，我隊開始嘗試運用繩索取芯工藝。經過兩年多的不斷嘗試，在隴東地區運用繩索取芯工藝施工方面有了一些經驗。

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行瓦斯測試，記錄真實準確的逸出量。而繩索取芯技術能較好的克服普鉆上鉆時間慢、煤芯不整狀和瓦斯逸出量少等缺點。

2.2鉆遇復雜地層

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，節理發育，結構疏松，滲透性等特點。黃土孔隙度高達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比水平方向的滲透系數大4.5～37.5倍[1]。

在施工該地層時，建設單位不要求取芯，只需判準地層。我們通常采用三翼無芯鉆頭鉆進到設計深度，再下同徑取芯鉆頭取芯。在該段地層，經常出現的是開鉆就孔漏，漏失量很大，鉆進到50米～100米后不返漿，泵壓忽有忽無。若長時間保持鉆孔內無漿裸露，會出現孔內坍塌，造成事故。因此，我們一般采取的辦法是開鉆時就將鋸末等惰性材料攪拌到泥漿中，隨泥漿進行孔內循環。泥漿消耗量減小明顯，到不返漿層段也能起到明顯效果，泵壓基本穩定在1.0～1.4Mpa。該層段鉆進至設計深度時需換成無固相泥漿，用取芯鉆頭取出標志層巖心。完全穿過第四系后，進入白堊系2～3米，進行高一級的擴孔，下表層套管護壁。

2.2.2環河華池組，易漏

華池組與環河組難以區分，整體上為一整套黃綠、灰綠、橙紅、桔紅等顏色長石砂巖、硬砂質長石砂巖及長石硬砂巖與黃綠色礫巖呈不等厚互層，發育多向中小型交錯層理，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]。在運用普鉆施工時，未發現該地層出現較大的漏失情況。自我單位運用繩索取芯技術后，在該段地層發生漏失并不返漿的現象很普遍。通過取出的巖心發現，地層縱向裂隙發育較多、鹽類及石膏晶屑豐富。鹽類及石膏晶屑容易破壞無固相泥漿體系，造成泥漿粘度降低、絮凝性減弱，導致泥漿流變性能變差，發生孔漏，更甚者出現不返漿現象。

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、細粒長石砂巖為主，富含鈣質，偶見淺灰綠色泥灰巖夾層；上部為灰綠、紫紅色粉砂質泥巖、泥巖[3]。

施工該段地層，經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，鉆具在安定組會被卡住，上不來下不去；或者因為設備維修而長時間停鉆，再一次下鉆施工時，會在安定組泥巖層段卡住不能順利下鉆。

3泥漿的合理應用

泥漿的合理正確使用是繩索取芯工藝發揮優勢的先決條件。

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

環河華池組易發生階段裂隙性鉆孔漏失。遇到漏失層后，在無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到24s～26s、比重在1.04以內，Na2co3可有效地降低石膏晶屑對泥漿的破壞作用。運用該泥漿，并將泵量控制在90L/min左右，頂漏鉆進，直到穿過漏失層。在使用該比例配置的泥漿鉆進并穿過漏失層后，泥漿消耗量記錄如下表所示。

通過記錄泥漿消耗量發現，鉆進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，鉆進時易縮徑。在施工這類地層時，通常是在泥漿中添加高性能的護壁劑、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，從而使泥漿達到穩定泥巖段地層所需的較好護壁性能。我單位通過多口鉆孔的施工經驗得到：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題。

4事故預防

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

4.1黃土層漏失

在隴東地區施工，大部分的鉆孔都會發生黃土層漏失。通常，我們運用繩索取芯工藝施工時，都會在泥漿中添加鋸末等頂漏鉆進，穿過該層后，擴孔下套管護壁，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損失，又避免了黃土層坍塌的風險。

4.2孔斜

在隴東地區施工，鉆孔發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，在鉆壓不穩定時極易造成孔斜。因此，繩索取芯施工時，在保證最優進尺的前提下，給孔底穩定的鉆壓是預防該孔段發生孔斜的主要方法。

4.3縮徑卡鉆

安定組泥巖縮徑導致卡鉆對施工井隊來說是個難題。泥漿性能不達標、施工人員不操心等都有可能導致卡鉆事故。因此，在施工過程中，對泥漿參數要做到每班測量，隨時掌握泥漿性能；對施工人員要加強崗前培訓，在施工該段地層要時刻掌握鉆進的各項參數。

5總結

由于近年瓦斯采樣孔施工工藝的需要，繩索取芯工藝才開始在隴東地區首次運用，因此很多工藝和技術仍處在空白階段，還需在今后的工作中進一步探索。在鉆孔漏失、洛河組孔斜和泥巖段縮徑、等方面需要進行更多的試驗和研究，尤其是泥漿性能的研究，這對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重要的作用。

參考文獻

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

[2]甘肅省地質礦產局編.甘肅省區域地質志.地質出版社【M】.1989年.

[3]白云來，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力學背景.地質學報【J】.1980年.

[4]何灝.繩索取芯鉆探技術在隴東煤田勘探市場的應用.低碳世界【J】.2013年第12期.