果良好。
表1 2008、2009年度施工主要条件及施工效率对比表
年度 2008 2009 地层 砂质板岩泥质、XY-4XY-44 BWB-250 绳索取心S95;S75 HJ-1;LBM 碳质板岩 生物胶泥砂质板岩泥质、XY-4XY-44 BWB-250 绳索取心S95;S75 浆 碳质板岩 钻机 水泵 钻进方法 冲洗液 最大孔深/m 534 545 平均孔深/m 408.0 409.7 表2 2008、2009年度施工生产情况对比表
年度 施工孔数 2008 8 2009 8 对比结果 年进尺/m 3264.90 3277.66 12.76 台月效台月时间纯钻时辅助时间机故时率/m /h 间/h /h 间/h 231.05 10174 2955 3567 769.33 398.06 5928.17 2510.83 2424.67 137.33 167.01 -4245.83 -444.17 -1142.33 -632 井故时其它时间/h 间/h 2142.5 840.17 399.5 452.50 -1743 -387.67 通过对2年施工情况对比可以看出,在施工设备、施工工艺、设计钻孔深度、施工地层以及施工人员均没有大的变化的情况下,2009年使用HL生物胶低固相冲洗液后,台月效率由2008年的231.05m提高到398.06 m,提高了72.30k,纯钻时间利用率由2008年的29.04%,提高到2009年的42.53%,提高了13.49个百分点,事故率由2008年的21.06%下降为2009年6.74%,下降了14.32个百分点;矿区采用HL生物胶冲洗液后,正常钻进时,一径平均达到200m以上;护壁时间从原来的一个星期提高到目前的半个月。目前最深裸孔钻进能力已超过300m。近日完成541.40m的钻孔也是五径成孔,裸孔钻进270m后终孔。完成的545.20 m的钻孔为四级成孔。
6. 结论
从国内近年来的研究应用情况来看,钻井冲洗液在煤炭行业中仍将以不分散低固相泥浆为主;在金属矿床勘探的复杂地层钻进中聚合物冲洗液的使用广泛,但低固相泥浆在金
矿复杂地层钻进中效果非常明显。通过一年来我们在垅上矿区使用HL生物胶低固相冲洗液所取得的成效,应该加强低固相泥浆的研究和应用,在降低失水量、提高护壁能力上下功夫。
例2:河坝井田复杂地层钻探施工技术难点及对策 1. 概况
四川叙永河坝井田勘探项目是四川省国土资源厅地质勘查基金项目,是川南古叙煤田尚未正式勘查和开发的普查钻探工作,矿段共设计钻孔41个,钻探进尺27950 m,我队于2007年7月2日第一台钻机进场开始施工到2009年1月21日顺利完成钻探任务。工程质量完成情况:竣工41个钻孔,按《煤田地质钻探工程质量标准》进行综合验收评级,甲级孔23个、乙级孔 18个,甲乙级孔率100%。
2. 地层情况及特点 2.1 地层情况
①第四系(Q)表土层:由风化层及滑坡物堆结组成,胶结非常差结构松散,深度一般5~20m,最深达40m,钻进时孔壁极易坍塌,很难形成孔眼,且漏失严重,重者全漏矢。
②三叠系下统嘉陵江组(T1j):平均厚度360m,主要由灰质白云岩、泥灰岩、石灰岩组成,岩石裂隙、溶洞发育,形成的溶洞较大,最深达12m。
③三叠系下统飞仙关组(T1f):平均厚度475m,主要由泥质粉砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥灰岩、生物碎屑灰岩等
组成。
④二叠系上统长兴组(P2c):平均厚度45m,主要由中厚一厚层状含生物碎屑微晶、粉晶灰岩、泥灰岩组成,岩石裂隙比较发育,深部易发生涌漏,浅部岩石十分破碎,岩溶发育,形成的溶洞及早溶洞较多。
⑤二叠系上统龙潭组(P21):平均厚度116m,为海陆交互相沉积的含煤岩系,岩性主要由灰、深灰、灰黑色泥岩、粘土岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩、炭质泥岩和煤层等组成,底部为浅灰至灰白色含黄铁矿高岭石粘土岩,主要煤层有1l、13、16、18、19、23、24、25号。
⑥二叠系下统茅口组(P1m):平均厚度220m,主要由深灰色中厚层状砂屑灰岩、微晶灰岩组成,含燧石结核,岩石裂隙比较发育。
2.2 矿段岩层主要物理特性及可钻性
矿段主要岩性有:泥岩、砂质泥岩、钙质泥岩、炭质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩、灰岩、白云质灰岩、泥晶灰岩、微晶灰岩、砂屑灰岩、泥灰岩、粘土、亚粘土、砂砾、砾石和煤等。其中泥岩的主要矿物成分是高岭石、蒙脱石,泥岩类主要由泥质、砂质、钙质胶结,胶质致密,岩石较完整,比较软,研磨性弱一中等,可钻性2~4级;砂岩的主要矿物成分是长石、石英,砂岩类泥质胶结,胶结致密,岩石完整,比较硬,研磨性中等,可钻性5~7级;灰岩的主要矿物成分是碳酸钙、硅酸钙,灰岩类以硅质、泥质胶结为
主,岩石裂隙比较发育,破碎,研磨性中等偏上,可钻性7~10级,钻进中易发生涌漏现象。
矿段北翼地层倾角较平缓,一般25°~45°,构造简单,南翼地层较陡,一般倾角55°~75°,个别勘探线达85°~88°。
3. 钻探施工难点
(1)表土层中存在的风化及滑坡堆结层欠压实,胶结非常差,结构松散,钻进时,孔壁极易坍塌,很难形成孔眼,且漏失严重,普遍全漏失。
(2)灰岩地层岩石破碎,裂隙溶洞发育,溶洞最大的12 m,涌漏并存,并伴地下水活动,漏失孔段长、点多、面广,漏失性质确定困难,堵漏施工难度大,处理时间长。
(3)南翼地层陡,一般倾角55°~75°,最高达80°~88°,构造复杂,多属高陡构造,地层破碎。因而在处于地应力作用下泥页岩井壁极易遭受破坏,引起严重的坍塌,给钻井液的配制、维护增加较大的困难。
(4)煤系地层普遍假厚在400 m左右,最厚达780m,煤层厚度最厚的也达37m以上(假厚),在厚煤层中钻进(特别是粉煤),由于钻孔护壁不稳定,极易造成煤层垮塌、孔壁垮塌,掉块易形成大肚子井眼,严重影响了岩粉的运移移,造成起下钻遇阻,接单根放不到底,被迫长孔段长时间划眼,延长了施工周期。
(5)龙潭组地层岩石多为泥页岩、粘土岩,很容易发
生水化膨胀,扩径,而且此段泥、砂岩交替频繁,形成大小不等的井径,成为“糖葫芦串”井眼,轻者易造成携署困难,重者会造成卡钴、埋钻等复杂事故。
(6)煤系地层岩性胶结性差,垮塌、掉块现象严重,由于钻进过程和起下钻中受外力作用的影响,环空岩屑不断增多,形成砂床、砂桥,引起泵压异常高,特别是绳索取心钻进工艺环空间隙小,不利于大泵量排渣。
4. 钻探施工技术对策 4.1 合理设计井身结构
合理设计钻孔结构,对胶结差,漏失、垮塌程度不同的地层,分别用表层套管、技术套管封隔,以减少上部地层复杂情况对下步施工的影响,这是顺利钻进的关键,也是直接影响钻探效率和成本的关键。
(1)对构造简单、钻孔较浅、岩石比较完整的钻孔,一般选用2~3级钻孔结构,下1~2层技术套管,如一开Φ150mm,二开Φ96mm,三开Φ77mm,为常用的钻孔结构。
(2)对上部比较复杂,钻孔较深,岩石破碎或存在灰岩,裂隙较发育,有溶洞的钻孔,一般选用4~6级钻孔结构,利用技术套管将上部复杂地层隔离后,用Φ96㎜钻具钻进至煤系地层,直至钻穿13号煤层,再换成Φ77mm钻具钻进至终孔层位。即一开Φ150mm或更大的Φ170mm,二开Φ130mm,三开Φ110mm,四开Φ96mm,五开Φ77mm终孔。
4.2 优选钻井液体系