荆山煤田ZK1001孔的泥浆措施与坍塌治理杨生ppt课件

1、荆山煤田ZK1001孔的泥浆措施与坍塌治理2019年10月福建省第二地质勘探大队福建省第二地质勘探大队 ，福建，福建 永安永安 366000杨 生打造中国金融IT服务业第一品牌2前言前言 永安荆山煤田的煤系地层岩石节理发育，粉煤层极易坍塌，而且煤层的顶、底板岩心极破碎，胶结疏松，产状陡。在施工ZK1001钻孔的过程中由于冲洗液选择和操作不当，大调泥浆性能，发生了坍塌埋钻事故，并产生连锁反响，坍塌极难控制，治理难度非常大。我们在灌注水泥工艺和泥浆的运用等方面行了调整，对高压旋喷灌注水泥工艺和高密度泥浆进展了有益探求。经过该钻孔的治理实际，为该类地层的防治积累了珍贵阅历。打造中国金融IT服务业第一

2、品牌3内容提要内容提要2钻孔主要的施工难点1矿区概述3护壁泥浆的运用4严重坍塌事故的处置5教训与领会打造中国金融IT服务业第一品牌4矿区概述矿区概述 荆山矿区位于永安市槐南乡大龙逢村、荆山村。矿区总体地貌属中低山侵蚀构造类型，森林覆盖率约70%，区内地形切割较深，沟谷发育。矿区内主要水系为大龙逢溪，自北往南经大龙逢村汇入槐南溪。矿区内出露地层有：石炭系下统林地组C1l、上统船山组C3c、二叠系统栖霞组P1q、下统文笔山组P1w、下统童子岩组P1t、侏罗系上统长林组J3c、上统南园组J3n，详见表11表表1 1 矿矿 区区 地地 层层 表表系系统统地层名称地层名称代号代号接触关系接触关系厚度厚度

3、侏罗系上统南园组J3n不整合150上统长林组J3c断层100二叠系下童子岩组第一段P1t1整合303统文笔山组P1w整合98栖霞组P1q整合168石炭系上统船山组C3c断层98下统林地组C1l132打造中国金融IT服务业第一品牌5矿区概述矿区概述 ZK1001孔的实践地层：孔的实践地层：1020m，表士层及第四系堆积层，主要由残积土、粘土组成。，表士层及第四系堆积层，主要由残积土、粘土组成。220330 m，黑云母花岗岩，黑云母花岗岩,岩石巩固、致密、易打滑，可钻性岩石巩固、致密、易打滑，可钻性910级。级。3330400m，下统栖霞组，下统栖霞组P1q，岩性为灰，岩性为灰灰黑色灰岩，顶部灰黑

4、色灰岩，顶部0-6m为硅为硅质岩。质岩。4400490m，下统文笔山组，下统文笔山组P1w，岩性以泥质岩、细粉砂岩为主，次为粗，岩性以泥质岩、细粉砂岩为主，次为粗粉砂岩和细砂岩。粉砂岩和细砂岩。5490795m，下统童子岩组，下统童子岩组P1t，为矿区主要勘探对象，按岩相堆积特征，为矿区主要勘探对象，按岩相堆积特征划分划分3个带个带P1t1-1 、P1t1-2 、P1t1-3分述如下：第一带分述如下：第一带P1t1-1，厚度，厚度129m，岩性由粉砂质岩、泥质岩为主，次为砂质岩和煤层；第二带，岩性由粉砂质岩、泥质岩为主，次为砂质岩和煤层；第二带P1t1-2，厚度厚度98m，岩性以泥质岩、砂质岩

5、为主，次为粉砂岩和煤层；第三带，岩性以泥质岩、砂质岩为主，次为粉砂岩和煤层；第三带P1t1-3，厚度厚度76m。岩性以泥质岩、硅质岩为主，次为粉砂质岩和煤层。岩性以泥质岩、硅质岩为主，次为粉砂质岩和煤层。6795819.86m，下统文笔山组，下统文笔山组P1w，岩性以泥质岩、细粉砂岩为主，次，岩性以泥质岩、细粉砂岩为主，次为粗粉砂岩和细砂岩。为粗粉砂岩和细砂岩。1打造中国金融IT服务业第一品牌6内容提要内容提要1矿区概述2钻孔主要的施工难点3护壁泥浆的运用4严重坍塌事故的处置5教训与领会打造中国金融IT服务业第一品牌7钻孔主要的施工难点钻孔主要的施工难点 1在煤系地层特别是粉煤层中钻进，假设冲

6、洗液运用不当，一旦出现坍塌将极难控在煤系地层特别是粉煤层中钻进，假设冲洗液运用不当，一旦出现坍塌将极难控制，出现钻孔越扫越浅，反复扫孔的问题，且该孔煤层顶底、板岩心破碎、巩固，胶制，出现钻孔越扫越浅，反复扫孔的问题，且该孔煤层顶底、板岩心破碎、巩固，胶结疏松、裂痕多、产状陡，容易伴随煤层坍塌。在地层压力的作用下产生掉块等复杂结疏松、裂痕多、产状陡，容易伴随煤层坍塌。在地层压力的作用下产生掉块等复杂情况，呵斥卡、埋钻事故。情况，呵斥卡、埋钻事故。2钻杆在该孔段坍塌后构成的钻杆在该孔段坍塌后构成的“空膛处受力复杂，疲劳损坏严重，容易折断，事故空膛处受力复杂，疲劳损坏严重，容易折断，事故头或被塌落的

7、碎岩掩埋，或偏向坍塌的孔壁头或被塌落的碎岩掩埋，或偏向坍塌的孔壁“空膛里，与打捞工具往往空膛里，与打捞工具往往“擦肩而过，擦肩而过，处置难度极大。处置难度极大。2打造中国金融IT服务业第一品牌8内容提要内容提要1矿区概述3护壁泥浆的运用2钻孔主要的施工难点4严重坍塌事故的处置5教训与领会打造中国金融IT服务业第一品牌9护壁泥浆的运用护壁泥浆的运用3.1各孔段钻进泥浆及其运用情况3泥浆配方泥浆配方性能控制指标性能控制指标应用效果应用效果0602清水1m+PHP水解度30200300ppm+CMC0.3 +高效润滑剂0.51+适量纯碱密度1.0051.01g/cm;滤失量1525ml/30min;

8、粘度1520s； PH值89；胶体率95；泥饼厚度0.4mm适应稳定地层，在煤系地层出现掉块、坍塌情况602696清水1m+钠质膨润土34+PHP水解度30200300ppm+CMC0.3 密度1.031.06g/cm;滤失量1015ml/30min;粘度20-25s；胶体率98；PH值89；泥饼厚度0.5mm暂时控制坍塌坍塌孔段终孔清水1m+钠质膨润土68+CMC0.30.5+ KHm1+植物胶SD-212+适量重晶石密度1.081.15g/cm;滤失量9ml/30min;粘度25-35s；胶体率95；PH值89；泥饼厚度1mm效果好打造中国金融IT服务业第一品牌10护壁泥浆的运用护壁泥浆的

9、运用3.1各孔段钻进泥浆及其运用情况10602采用清水+PHP+高效光滑剂无固相冲洗液。该体系可以顺应在稳定的地层中钻进，可以有效地携带岩粉，而且本身净化才干强，维护较容易、方便；能运用高转速钻进，进尺效率高，正常钻进时每天进尺2035。但是该体系在易坍塌不稳定地层就很不顺应，在400后就经常出现掉块景象，钻进至602时就出现了坍塌的情况，2602696m优质钠质膨润土+CMC+PHP低固相泥浆体系进展护壁。采用该泥浆钻进至696m时，由于优质钠土的缺货而采用劣质粘土粉制浆，导致在钻进过程中不能坚持原有泥浆的性能，破坏了原孔壁的稳定，再次发生坍塌，钻具被埋。处置埋钻事故时，该体系已不能有效控制

10、坍塌的孔壁。3坍塌孔段终孔采用高密度泥浆护壁。该泥浆体系特点：能加强破碎地层破碎岩块之间的胶结力，滤失量小，防止大量冲洗液进入到破碎地层之中；密度添加提高了泥浆的液柱压力，平衡地层的坍塌压力；粘度添加，一方面是提高泥浆的悬浮才干，另一方面是为了减少泥浆对孔壁的冲刷；运用过程中，可根据地层条件和稳定情况的需求适当参与重晶石，提高泥浆密度坚持地层压力平衡。3打造中国金融IT服务业第一品牌11护壁泥浆的运用护壁泥浆的运用3.2现场配制泥浆要留意的问题1要选择造浆性能良好的优质钠质膨润土及质量好的泥浆添加剂，保证其对泥浆的性能目的有良好的调理作用。2必需预制浸泡，对钠质膨润土、植物胶、CMC都要提早充

11、分水化。3要留意添加顺序，防止添加剂之间阻溶和不理想交联而导致絮凝等景象。添加顺序：钠质膨润土CMC KHm植物胶SD-2重晶石。4加重晶石时应分批次参与，每加一批次充分搅拌均匀后再参与下一批次，以免一次参与过多搅拌不均匀导致结块。3打造中国金融IT服务业第一品牌12护壁泥浆的运用护壁泥浆的运用3.3泥浆性能的维护1做好对返浆性能的测定，每班1次或根据需求添加测定次数，并仔细记录测定数据。发现返浆性能达不到目的或施工地层发生了变化，应根据情况及时调整冲洗液性能和补充新液或改换新浆。2循环槽、沉淀池、水源池要按小口径钻进规程布置，给岩粉充分沉降发明条件，并多设置1个沉淀池，保证泥浆更好净化，仔细

12、、及时对有害固相进展去除。3防止地表水和冲洗水混入循环系统，在泥浆循环线路附近修好排水槽，下雨时设法盖好循环槽、沉淀池、泥浆池。3打造中国金融IT服务业第一品牌13内容提要内容提要1矿区概述4严重坍塌事故的处置2钻孔主要的施工难点3护壁泥浆的运用5教训与领会打造中国金融IT服务业第一品牌14严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.1事故发生景象 钻孔在下完钻孔在下完89mm套管后采用套管后采用77mm金刚石绳索取心钻进至金刚石绳索取心钻进至696m时，发现时，发现泵压升高的景象，当班班长立刻停钻取心。在取心后，对上主杆时钻具已不能动弹，泵压升高的景象，当班班长立刻停钻取心。在取心后，对上主杆时

13、钻具已不能动弹，水泵也无法开通。经判别为水泵也无法开通。经判别为578m580.2m；591m595.6m的粉煤层坍塌，钻具的粉煤层坍塌，钻具在孔内被埋。试图反复开泵高压冲孔配合上下活动钻具却毫无效果，强力提拨至使钻在孔内被埋。试图反复开泵高压冲孔配合上下活动钻具却毫无效果，强力提拨至使钻杆脱扣，此时孔内事故钻具为杆脱扣，此时孔内事故钻具为77mm钻具钻具4.43m和和70根根71mm钻杆，事故头位置钻杆，事故头位置是是443.07m。4打造中国金融IT服务业第一品牌15严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.2事故缘由分析 在578m580.2m,591m595.6m处钻遇两层粉煤层，而且其

14、顶、底板岩心极破碎，胶结疏松，产状陡。钻至602m开场出现坍塌，立刻采用优质钠质膨润土+CMC+PHP低固相泥浆体系进展护壁，经过2个小班的循环排渣，煤层坍塌根本被控制。可是继续钻进至696m，由于优质钠土的缺货而采用劣质粘土粉制浆，导致在钻进过程中不能坚持原有泥浆的性能，破坏了原孔壁的稳定，引发这次坍塌埋钻的事故。4打造中国金融IT服务业第一品牌16严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.3事故处置措施的制定1采取采取50mm反丝钻杆反取孔内事故钻具，出现坍塌情况时采取优质泥浆护壁，反丝钻杆反取孔内事故钻具，出现坍塌情况时采取优质泥浆护壁，先冲孔，再反事故钻具。先冲孔，再反事故钻具。2先行测

15、井，再采取灌水泥封堵坍塌孔段，然后配合优质泥浆到达护壁效果。先行测井，再采取灌水泥封堵坍塌孔段，然后配合优质泥浆到达护壁效果。4打造中国金融IT服务业第一品牌17严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.4处置过程及措施的调整 反至反至579m时便出现坍塌，边冲边反，在时便出现坍塌，边冲边反，在591m时，钻具出现下跑情况事故发生时钻具已提高时，钻具出现下跑情况事故发生时钻具已提高孔底取心，再下反丝具时，由于事故头位置在坍塌孔段，该多次尝试均找不到事故头。我们经过研孔底取心，再下反丝具时，由于事故头位置在坍塌孔段，该多次尝试均找不到事故头。我们经过研讨，做出如下处置。讨，做出如下处置。1先把丝锥

16、加工导向，再把反丝锥具压成一定弯曲度应能下到孔底；先把丝锥加工导向，再把反丝锥具压成一定弯曲度应能下到孔底；2把压弯并带导向的锥具下到孔底，循环泥浆冲孔护壁，悄然拔动、扶正钻具事故头，操作必需把压弯并带导向的锥具下到孔底，循环泥浆冲孔护壁，悄然拔动、扶正钻具事故头，操作必需轻、稳；轻、稳；3再把再把71mm接箍打磨锐利接箍打磨锐利,下到孔底下到孔底“盖印，获取准确的事故头信息。盖印，获取准确的事故头信息。4然后下入压弯并带导向的反丝锥具在正确方位锥取事故钻杆。然后下入压弯并带导向的反丝锥具在正确方位锥取事故钻杆。44.4.1反钻杆的过程及措施的调整打造中国金融IT服务业第一品牌18严重坍塌事故

17、的处置严重坍塌事故的处置4.4处置过程及措施的调整 反到反到643.73时，孔内的坍塌一发不可拾掇，孔底残留时，孔内的坍塌一发不可拾掇，孔底残留77mm钻具钻具4.43和和16根根71mm钻钻杆。运用多种配方的泥浆护壁，仍无法控制坍塌。采用了灌水泥封堵固结坍塌孔段的方法。我们先后杆。运用多种配方的泥浆护壁，仍无法控制坍塌。采用了灌水泥封堵固结坍塌孔段的方法。我们先后在在577m600m孔段进展了孔段进展了5次灌注水泥浆水灰比均为次灌注水泥浆水灰比均为0.5，调整了，调整了2次灌注措施，如表次灌注措施，如表3前面前面2次采用次采用71mm绳索取心钻杆当导管，从孔口灌入的方法，扫孔时或偏出新孔或出

18、现水泥心破绳索取心钻杆当导管，从孔口灌入的方法，扫孔时或偏出新孔或出现水泥心破碎的情况，没有到达预期的效果；后来利用现场的碎的情况，没有到达预期的效果；后来利用现场的50mm反丝钻杆采取泵送灌注水泥的方法。先用反丝钻杆采取泵送灌注水泥的方法。先用50mm反丝钻杆衔接肋骨钻头下到孔底，配制较高密度和粘度的泥浆先冲孔，把坍塌物返出孔口，反丝钻杆衔接肋骨钻头下到孔底，配制较高密度和粘度的泥浆先冲孔，把坍塌物返出孔口，再用再用BW250泥浆泵进展泵送灌注水泥浆。此方法虽然可以把较大颗粒的岩屑和煤渣顺畅排出孔外，泥浆泵进展泵送灌注水泥浆。此方法虽然可以把较大颗粒的岩屑和煤渣顺畅排出孔外，但是灌注的水泥浆

19、依然无法有效护住孔壁，以失败而告终。最后采取高压旋喷注浆法灌水泥配合加大但是灌注的水泥浆依然无法有效护住孔壁，以失败而告终。最后采取高压旋喷注浆法灌水泥配合加大泥浆密度采用高密度泥浆护壁取的胜利，顺利终孔，孔深泥浆密度采用高密度泥浆护壁取的胜利，顺利终孔，孔深819.86m。44.4.2灌水泥护壁及其措施的调整打造中国金融IT服务业第一品牌19严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.4处置过程及措施的调整44.4.2灌水泥护壁及其措施的调整(表3表3 灌水泥封堵坍塌孔段的情况表次序次序水泥用量水泥用量灌注方法灌注方法效果及评价效果及评价第1次8包用71mm钻杆当导管；孔口灌入扫至594m无水泥

20、心，偏出新孔，594.6m再次坍塌；无效。第2次10包用71mm钻杆当导管；孔口灌入水泥心破碎；无效。第3次12包用50mm反丝钻杆当注浆管；泵送灌注水泥心破碎；无效。第4次20包第5次16包用50mm反丝钻杆当注浆管；高压旋喷灌注水泥心中混有岩屑、碎石、煤渣等；效果好。打造中国金融IT服务业第一品牌20严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.4处置过程及措施的调整 旋喷注浆法灌水泥是采用高压把水泥浆从侧面旋转喷向孔壁，使水泥浆与孔壁煤渣、岩屑混合固旋喷注浆法灌水泥是采用高压把水泥浆从侧面旋转喷向孔壁，使水泥浆与孔壁煤渣、岩屑混合固结，添加孔壁的稳定性。结，添加孔壁的稳定性。1旋喷注浆工具旋喷

21、注浆工具采用采用50mm反丝钻杆加工，如下页图反丝钻杆加工，如下页图1。2旋喷注浆工艺旋喷注浆工艺灌注前先根据需求灌注的孔段及段长做好如下计算：计算水泥用量；计算替水量；计算灌注时灌注前先根据需求灌注的孔段及段长做好如下计算：计算水泥用量；计算替水量；计算灌注时间。旋喷注浆利用间。旋喷注浆利用BW250泥浆泵作为注浆泵，详细操作如下：泥浆泵作为注浆泵，详细操作如下： 1下注浆管下注浆管50mm反丝钻杆旋喷注浆工具到离孔底反丝钻杆旋喷注浆工具到离孔底30cm,泵送清水来盘旋喷冲洗孔底及孔泵送清水来盘旋喷冲洗孔底及孔壁；壁； 2选择水灰比，利用机台现有的泥浆搅拌机和半截桶进展配制水泥浆；选择水灰比

22、，利用机台现有的泥浆搅拌机和半截桶进展配制水泥浆； 3高压旋喷灌注水泥浆要计算好水泥到孔底的时间。当水泥到孔底时，采用慢速回转徐徐上升立高压旋喷灌注水泥浆要计算好水泥到孔底的时间。当水泥到孔底时，采用慢速回转徐徐上升立轴使水泥浆液延续性放射到孔壁，使水泥浆与松散的煤渣和岩屑充分混合；轴使水泥浆液延续性放射到孔壁，使水泥浆与松散的煤渣和岩屑充分混合； 4洗孔注浆替浆必需具有延续性，特别是注浆时不得延续，全部水泥浆量一次性灌注完；洗孔注浆替浆必需具有延续性，特别是注浆时不得延续，全部水泥浆量一次性灌注完； 5送完替浆水后等待送完替浆水后等待12 min后渐渐提出注浆管，待凝。清洗水泵、后渐渐提出注

23、浆管，待凝。清洗水泵、50mm反丝钻杆，待凝。反丝钻杆，待凝。水泥浆普通待凝水泥浆普通待凝23天可扫孔。天可扫孔。44.4.3旋喷注浆法灌水泥护壁法打造中国金融IT服务业第一品牌21严重坍塌事故的处置严重坍塌事故的处置4.4处置过程及措施的调整44.4.3旋喷注浆法灌水泥护壁(图1打造中国金融IT服务业第一品牌22内容提要内容提要1矿区概述5教训与领会2钻孔主要的施工难点3护壁泥浆的运用4严重坍塌事故的处置打造中国金融IT服务业第一品牌23教训与领会教训与领会5.1教训 由于在施工中大幅调整泥浆，导致不能坚持原有的泥浆性能，破坏了孔壁的稳定，呵斥了粉煤层的大面积坍塌。且该孔段一旦坍塌就一发不可

24、拾掇，再次调整泥浆已不能有效扼制其坍塌之势，最后采取高压旋喷灌注水泥，并适当提高泥浆的密度和粘度护壁。虽然胜利治理了该坍塌孔段，但是也吃尽苦头，耗费了大量的人力物力。我们汲取教训，总结阅历，在后续钻孔中杜绝了坍塌情况的发生。5打造中国金融IT服务业第一品牌24教训与领会教训与领会5.2领会 1泥浆的选用必需经过泥浆实验室的检测，针对地层情况选好配方，并且要加强泥浆的选用必需经过泥浆实验室的检测，针对地层情况选好配方，并且要加强维护，坚持其性能的稳定，严禁大调泥浆。否那么一旦出现大面积坍塌的情况，将极维护，坚持其性能的稳定，严禁大调泥浆。否那么一旦出现大面积坍塌的情况，将极难控制。难控制。 2在本孔的施工中我们对灌注水泥工艺措施进展了调整，采取了高压旋喷注浆法在本孔的施工中我们对灌注水泥工艺措施进展了调整，采取了高压旋喷注浆法灌注水泥，做