川南煤田古叙矿区钻探技术难点与对策.pdf

第32 卷增刊12023年6 月文章编号：10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0135-04中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230326川南煤田古叙矿区钻探技术难点与对策Vol.32,Suppl 1June2023龙海涛1.2，杨福全1.2，伍承浩1.2（1.云南冶金资源股份有限公司，云南昆明6 50 0 0 0；2.中铜矿产资源有限公司，云南昆明6 50 0 51）摘要：川南煤田古叙矿区地质条件复杂，煤系地层厚度大，煤层松散，溶洞裂隙发育，钻探过程中存在孔壁失稳垮塌、钻孔漏失等技术难点。对此，综合考虑地质条件和溶洞发育情况，优化了钻孔结构；根据煤系地层岩石性质，采用聚合物防塌冲洗液钻进，防止泥岩水化膨胀，保持孔壁稳定；根据钻探过程中不同类型的漏失，采用惰性材料封堵孔隙性漏失，采用桥接堵漏浆液封堵裂缝性漏失，采用速凝水泥浆液封堵溶洞性漏失。将上述技术对策在矿区ZK3003孔进行了现场试验，实现了优质、高效、安全钻进，对该矿区的钻探施工具有较强的指导和借鉴作用。关键词：漏失；钻孔结构；聚合物防塌冲洗液；堵漏；古叙矿区中图分类号：P634Drilling problem and countermeasures of drilling technology inGuxu Mining Area of South Sichuan CoalfieldLONG Haitaol-2,YANG Fuquanl-2,WU Chenghaol.2(1.Yunnan Metallurgical Resources Co.,Ltd.,Kunming 650000,China;2.China Copper Mineral Resources Limted Company,Kunming 650051,China)Abstract:The geological conditions of Guxu Mining Area in Southern Sichuan Coal Field are complicated,such as thick coal measure strata,loose coal seam,fissure development of karst cave,pore wall instability andcollapse,hole leakage and low coal seam taking rate exist in the drilling process.Considering the geologicalconditions,the drilling structure design and coal bit selection are optimized.According to the characteristicsof coal measure strata,the polymeric anti-collapsing washing fluid is used to drill to prevent mudstonehydration expansion and keep the hole wall stable.According to the different types of leakage in the drillingprocess,the porous leakage is blocked,the fissure leakage is blocked by bridging plugging slurry,and thekarst cave leakage is blocked by polyacrylamide cement slurry.The above technical countermeasures aretested in ZK3003 hole of the mining area,and good production results are obtained.It has a good guiding andreference role for drilling construction in the mining area.Keywords:lost circulation;borehole structure;anti-collapse drilling fluid with polymer;loss circulationcontrol;Guxu Mining Area0引 言川南煤田煤炭资源占四川省煤炭资源的6 0%以上，其中古叙矿区煤炭资源丰富，已探明煤炭资源文献标识码：A储量35.7 亿t，是国家规划的13个大型煤炭基地(云贵基地)之一 1。该地区地质条件复杂，钻探过程中孔壁失稳现象特别突出，易发生漏失，造成卡钻收稿日期：2 0 2 3-0 5-16基金项目：中铜矿产资源有限公司重点科技计划项目资助（编号：2 2 0 8 YZKC008)第一作者简介：龙海涛（1990 一），男，四川安岳人，工程师，从事钻探技术与施工管理工作，E-mail:。引用格式：龙海涛，杨福全，伍承浩.川南煤田古叙矿区钻探技术难点与对策.中国矿业，2 0 2 3，32（S1）：135-138.LONG Haitao,YANG Fuquan,WU Chenghao.Drilling problem and countermeasures of drilling technology in Guxu Mining Area of SouthSichuan CoalfieldJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):135-138.责任编辑：刘硕136等孔内事故，导致钻进效率低，钻探周期长，严重制约了该地区的勘探进度。针对这些难题，综合分析了矿区地质条件，通过优化钻孔结构，设计使用聚合物防塌冲洗液，针对不同类型的漏失制定了相应的堵漏技术方法，为矿区钻探工程的顺利实施提供了技术保障。1地质特征1.1地层古叙矿区出露的最老地层为寒武系，最新地层为白垩系，主要地层为二叠系和三叠系，岩性为海相碳酸盐岩和海陆过渡相碎屑岩 2-3。自上而下钻遇的地层分别是三叠系下统嘉陵江组（Tii）、飞仙关组（Tif)，二叠系下统长兴组（P2c)、龙潭组（P,l)，二叠系下统茅口组(P2m)4。嘉陵江组岩性为浅灰-灰色灰岩、生物碎屑灰岩夹白云质灰岩、深灰色灰岩和灰色泥灰岩，溶隙、溶洞发育，易发生冲洗液漏失；飞仙关组岩性为紫红色薄层状泥岩夹薄层粉砂岩、灰色状灰岩、灰色砂岩与泥灰岩互层、淡黄色薄层状泥岩，溶隙、溶洞发育，易发生冲洗液漏失；长兴组岩性为浅灰-深灰色中层状生物碎屑灰岩，溶隙、溶洞发育，易发生冲洗液漏失；龙潭组是主要的含煤地层，厚度8 2 12 5m，由灰白、灰、黑色薄-中厚层状细砂岩、粉砂岩、泥岩、黏土岩、炭质泥岩、煤层和硫铁矿、菱铁矿层等组成，孔壁极不稳定，易发生塌、掉块；茅口组岩性为浅灰色薄层状灰岩，夹少量硅质结核，见少量方解石细脉 5-8 1.2构造古叙矿区地处古复式背斜次级褶曲水口寺背斜南东翼，地层呈单斜状产出，走向北东40 左右，倾向南东，一般倾角为50 7 0，岩层局部直立、部分倒转，地质构造复杂程度属中等类型。2钻探技术难点古叙矿区地质条件复杂，煤系层厚度大，煤层松散，溶洞、裂缝十分发育，钻探面临诸多技术难点，主要技术难点体现在以下几个方面。1）溶隙、溶洞发育。矿区上部嘉陵江组、飞仙关组和长兴组岩溶及裂隙十分发育，具有溶洞多、深度大的特点，受此影响，钻进过程中断钻事故频发，成孔难度大。2）孔壁稳定性差。一是龙潭组泥岩发育，粉砂岩、泥岩互层，岩石水敏性强，吸水后水化膨胀，孔壁失稳导致塌，同时造成冲洗液固相含量过高，冲洗液性能控制难。二是使用绳索取芯钻进，外环状间隙小，冲洗液上返时对孔壁造成冲刷，影响孔壁的稳定。此外起下钻具过程中孔内冲洗液压力变化的中国矿业压力激动也会对孔壁稳定性造成极大的影响 10 1。3）冲洗液漏失严重。受地质构造运动影响，岩石节理裂隙发育，钻探施工过程中遇到不同程度的漏失，护壁堵漏难度大，时间长，影响钻探施工周期。3工艺技术对策3.1钻孔结构优化设计钻孔结构设计对钻进速度具有较大的影响 11。矿区前期主要采用四级钻孔结构。一级:采用150 mm钻头钻进，下入146mm套管；二级：采用122mm钻头钻进，下入108mm套管；三级：采用95mm钻头钻进，下入89mm套管；四级：采用75mm钻头钻进至终孔。由于钻孔上部孔径尺寸大，套管层次多，造成钻进效率低下，钻探施工周期长。在充分分析研究地质条件的基础上，将四级钻孔结构优化为三级钻孔结构，优化后的钻孔结构如下所述。一级：采用130mm钻头钻进，下人127mm套管；二级：采用95mm钻头钻进，下入89mm套管；三级：采用75mm钻头钻进至终孔。该钻孔结构设计上部孔径尺寸缩小，且少了一级钻孔结构，有利于提高钻进速度，缩短钻探施工周期。3.2聚合物防塌冲洗液3.2.1冲洗液性能要求矿区龙潭组泥含大量的泥岩、炭质泥岩，煤系地层岩层多为粉煤层，其结构松散、破碎，具有极强的水敏性，造浆性，遇水易膨胀，从而导致缩径、掉块甚至大面积失稳塌。合适的密度。使得冲洗液液柱压力平衡地层压力，实现压力平衡钻进，稳定孔壁。较强的抑制性。抑制泥岩水化、膨胀和分散 12 。良好的造壁性能。形成的泥皮薄而韧性强，保持孔壁稳定。冲洗液应具有较好的剪切稀释性，携带和悬浮岩粉能力强。冲洗液应具有良好的絮凝作用，能有效阻止泥页岩造浆地层岩屑的分散。冲洗液具有良好的润滑性能，能够减少压力激动对孔壁的破坏。3.2.2冲洗液配方及性能设计采用聚合物防塌冲洗液体系，配方为：5%膨润土十0.3%纯碱（NazCO：）十0.3%0.5%纤维素（CMC)+0.02%0.0 4%聚丙烯酰胺（PAM)+0.20.4SM植物胶+0.5%1.5%润滑剂+1%2%磺化沥青(SAS)。冲洗液性能指标：pH值为8 9，比重1.0 7 1.10g/cm,漏斗黏度2 2 2 8 s,失水量 10 mL，含砂量 1%,泥饼厚度 1 mm。3.2.3冲洗液配置与性能维护1）冲洗液配置。选择造浆性能良好的优质膨第32 卷增刊1润土，各种处理剂称量必须准确，膨润土使用前要将其预水化，羧甲基纤维素钠需要提前进行充分水化，冲洗液必须充分搅拌。2）钻进过程中,岩屑不断进入冲洗液中，使冲洗液的性能发生变化，需通过固控技术清除冲洗液中的有害固相，保留有用固相,满足钻探工艺对冲洗液性能的要求。3）提钻取芯时，采取冲洗液回灌措施，保持孔内水位稳定，避免发生孔壁垮塌 13。4）经常性地检测冲洗液性能参数，发现性能不符合要求时要及时调整。5）泥浆循环系统应搭棚避雨，防止雨水和地表水流人泥浆池内。3.3堵漏方法和技术按照漏失通道的形态，可将钻孔漏失分为孔隙性漏失、裂隙性漏失、孔隙-裂隙性漏失和溶洞性漏失四类 14。矿区主要存在孔隙性漏失、裂隙性漏失和溶洞性漏失三种类型的钻孔漏失，根据不同类型的漏失特点制定了科学合理的堵漏方法。3.3.1桥接堵漏浆液堵漏桥接堵漏法具有经济价廉、使用方便、施工安全等特点，广泛应用于孔隙性漏失地层的堵漏。即在冲洗液中加人大粒径惰性材料，增强堵漏浆的架桥能力，达到封堵孔隙的目的。施工时采用挤压法将堵漏浆液泵人至漏失层位。3.3.2DTR高失水堵漏浆液堵漏DTR高失水堵漏剂是由纤维状材料及聚凝剂等复合而成 15，将其与惰性材料复配，适宜于裂隙性漏失地层的堵漏。DTR高失水堵漏浆液配方：清水+0.5%Na2CO+3%膨润+0.4%CPA+10%DTR堵漏剂十8%桥接剂（核桃壳）。DTR浆液静置时会稍有沉淀，因此泵送浆液时必须边搅拌边泵人。3.3.3速凝水泥堵漏在水泥浆中加入速凝剂，缩短凝固时间，是提高水泥堵漏成功率的有效办法。尤其是对于溶洞和大裂缝漏失更为重要。速凝水泥堵漏具有流动性差、凝固时间短、堵漏风险大的特点，适用于浅层溶洞、大裂缝漏失的封堵。其施工工艺一般采用水泥浆和速凝剂在孔口混合注人孔内，然后挤人漏层速凝封堵。4现场试验将上述技术对策在矿区ZK3003孔进行了现场试验，结果表明，各项技术对策可以解决矿区存在的各项技术难点。ZK3003孔设计孔深9 9 0 m，主要目龙海涛，等：川南煤田古叙矿区钻探技术难点与对策1023.55m后顺利终孔。5结 语针对川南煤田古叙矿区钻探的技术难点，综合分析地质条件并采取相应的技术措施，为钻探施工顺利完成提供了保障，加快推动了矿区的勘探进程。参考文献1尹中山.川南煤田古叙矿区煤层气勘探选层的探讨 J.中国煤炭地质，2 0 0 9,2 1（2）：2 4-2 7.YIN Zhongshan.A discussion on CBM exploration target inGuxu Mining Area,South Sichuan CoalfieldJ.Coal Geologyof 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