祁新堂，劉梁，郭佳歡

(1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊，河南 鄭州 4500162.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450002)

0 引言

河南是我國的鋁土礦資源大省，鋁土礦是河南省的優(yōu)勢礦種，屬于華北地臺石炭紀沉積型鋁土礦，主要分布在黃河以南、京廣路以西之豫西及豫西北地區(qū)的三門峽—鄭州—平頂山之間這一三角地帶(郭寶健等，2014；郎巖峰等，2016；王莉等，2017；涂恩照，2018；建林青等，2019；賴素星和李鋼，2019)，鋁土礦與煤系地層關系密切。目前已探明鋁土礦資源量10億多噸。2016年河南有色地礦鉆探有限公司為河南省禹州煤田煤下鋁(黏)土礦詳查項目、河南省澠池縣曹窯以西煤下鋁詳查項目及河南省陜縣鐵爐溝鋁土礦區(qū)生產(chǎn)勘探項目開展鉆探施工任務，總進尺40000 m。本次研究主要針對煤系松散破碎及水敏地層施工難度大的情況，探索復雜地層鉆探施工方法。共完成研究鉆孔4個，同時收集1個非研究鉆孔的鉆進參數(shù)。鉆探工作量1656.70 m，數(shù)據(jù)采集450次，采集各種鉆探工藝參數(shù)5400個。工作區(qū)涵蓋豫西三門峽—洛陽—鄭州—平頂山鋁土礦床，具有較強的代表性。為保證我省鋁土礦資源開發(fā)可持續(xù)性發(fā)展，亟待加大鋁土礦資源的勘查力度、勘查深度及研究程度，探索煤下鋁地層快速成孔工藝十分必要，對鋁土礦勘查具有指導意義，并能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于華北陸塊南緣的嵩箕臺隆和華熊臺緣凹陷區(qū)內(nèi)，位于王村—扒村鋁(黏)土成礦帶、鄭州—黃道鋁(黏)土成礦帶及豫西陜(縣)—新(安)鋁土礦帶上。鋁土礦產(chǎn)于上石炭統(tǒng)本溪組含鋁巖系中，屬沉積型，鋁土礦與煤系地層關系密切(袁躍清，2005；馬紅義，2013；周明山，2014；萬海全和王玲，2015；印修章等，2015；薛亞飛等，2017)。地層屬華北地層大區(qū)、晉冀魯豫地層區(qū)、山西地層區(qū)，地層具有雙重結(jié)構(gòu)?；椎貙訛樯咸沤绲欠馊?、上太古界—下元古界太華群和下元古界嵩山群；蓋層自下而上為中元古界長城系熊耳群、汝陽群、五佛山群、下元古界震旦系、古生界的寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和中生界、新生界。根據(jù)地表及鉆孔資料，區(qū)內(nèi)出露地層及特征從老到新見表1。

表1 工作區(qū)地層一覽表

2 鉆探工藝研究

煤系地層復雜，存在松散、破碎、坍塌、掉塊、水敏、漏水及涌水現(xiàn)象。特別是近些年來，隨著煤下鋁勘查力度的加大及勘查程度的提高，鉆孔孔深也逐漸加大。不采取一定的技術措施，很難達到預期鉆探效果，甚至有廢孔的可能。通過研究鉆孔的施工，探索總結(jié)出煤系地層鉆探施工以下技術措施。

2.1 鉆探設備的選擇

煤系地層比較復雜，常出現(xiàn)孔內(nèi)事故。設備對于解決好復雜地層鉆進問題并不是重要因素，但性能先進的設備配合合理的工藝技術卻能起到事半功倍的效果(石立明，2008；郭偉，2014)。依據(jù)工作區(qū)地形地層情況、設計孔深及以往施工鉆孔，結(jié)合我單位施工機械裝備水平、技術狀況，本著滿足要求、節(jié)約高效、安全文明的原則，我們采用XY-4型立軸鉆機、A字型鉆塔、WB250型往復泥漿泵、柴油機、配套繩索取芯鉆具鉆桿、攪車等。立軸鉆機處理事故比較方便(周亞利等，2010)，A字型鉆探占地面積小，安裝簡單快捷安全方便，適用性強；繩索取心鉆桿相對于普通鉆桿對孔壁擾動小，保護孔壁有利于鉆孔順利施工。在條件允許情況下建議采用全液壓動力頭鉆機。這種鉆機由于結(jié)構(gòu)特點的原因，配合繩索取心工藝，在復雜地層鉆進具有較強的優(yōu)勢：一是動力頭夾持鉆桿，液壓夾持器在鉆進過程對鉆桿扶持導正，減小了鉆桿的抖動，使鉆進平穩(wěn)，工作過程中的偏失能夠得到及時糾正，作業(yè)過程中能夠很好的保護孔壁，減少了坍塌現(xiàn)象的發(fā)生機率；二是鉆機采用模塊式結(jié)構(gòu)，液壓傳動，減小了機器對鉆桿的振動，極大的減少了鉆機的動力傳送對于鉆頭工作穩(wěn)定性的影響，進而減小了由于機器振動對巖心的破壞，極大的提高了巖心的采取率。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)設計和選擇直接影響到鉆進安全、鉆進效率和施工成本，尤其是在復雜地層鉆探施工。因此應根據(jù)工作區(qū)地質(zhì)條件、煤系地層復雜情況及深部未知性進行鉆孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計(胡辰光，2003；江明和等，2019)。盡可能簡化鉆孔結(jié)構(gòu)，使鉆桿與鉆孔合理級配，以增加鉆桿在孔內(nèi)的穩(wěn)定性，避免或減少鉆桿折斷事故的發(fā)生(胡繼良和陶士先，2011)。以“開大打小、多留空間、遇阻擴孔、套管隔離、保直為主”及安全、文明、高效、綠色環(huán)保為原則，一般采用套管分級隔離復雜層段成孔工藝：開孔采用Φ114 mm復合片肋骨鉆頭鉆至一定深度后，下入Φ108 mm的套管，隔離上部松散破碎層段；然后直接改用Φ78 mm復合片肋骨鉆頭或金剛石鉆頭配合Φ73 mm繩索取心鉆具鉆進，其目的是保留Φ89 mm套管層級。應對下部出現(xiàn)孔內(nèi)復雜情況時，改用Φ94 mm鉆頭擴孔，再下入Φ89 mm套管；如果沒有出現(xiàn)孔內(nèi)復雜問題，則采用Φ78 mm鉆頭一直到預定孔深。鉆工結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.3 沖洗液護壁堵漏

煤系地層主要包括松散破碎地層、水敏地層和漏涌地層(王瑞坤，2007)。松散破碎地層包括松散破碎和硬脆破碎地層，膠結(jié)性差；水敏地層包括水化松散、水化剝落、水化膨脹和水化融蝕地層。地質(zhì)鉆探主要采用沖洗液維護孔壁穩(wěn)定，特別是在復雜地層鉆探工作中沖洗液技術有著非常重要的作用，包括攜帶巖屑、清洗孔底、冷卻鉆頭、潤滑鉆具、減省震動、保護孔壁(李舜豐，2015)。通過對以往鉆探施工事故分析，看似事故多樣，其實主要問題還是集中在沖洗液使用不能平衡地層壓力。使鉆孔縮徑、坍塌從而導致卡鉆、埋鉆、鉆具折斷影響巖心采取。常用的沖洗液有泥漿和無固相沖洗液，泥漿的護壁機理主要是通過泥漿中黏土由于孔內(nèi)液柱壓力與地層側(cè)壓力之間的壓差而壓濾泥皮護壁；無固相沖洗液主要是靠高分子聚合物吸附膠結(jié)護壁，聚合物能夠在巖石表面或深入巖石孔隙內(nèi)吸附產(chǎn)生膠結(jié)。二者作用機理不同，應根據(jù)不同地層選擇。

2.3.1 松散破碎地層

在此類地層主要采用大徑鉆頭鉆進，增加沖洗液沖孔時的過流斷面，減少液流阻力以及沖洗液的壓力激動而引起孔壁破壞；同時采用優(yōu)質(zhì)細分散沖洗液保護孔壁，在特殊孔段下入套管與技術套管的方法，一般能保證此類地層的穩(wěn)定(車仕紅，2013)。

沖洗液配制及性能：清水+10%～30%膨潤土+0.4%CMC+0.05%KPAM+0.1%NH4-PAN+0.2%腐鉀+火堿+純堿，調(diào)整鉆進液密度1.05～1.08 kg/m3，黏度20～30 S，失水<10 ml/30 min，pH值8-9，含沙量1%左右，泥餅厚度<1 mm。如遇流沙、卵石地層，沖洗液主要體現(xiàn)在防止坍塌掉塊上，可將沖洗液密度提高到1.20～1.30 kg/m3，黏度30～40 S，并加入適量防塌劑，以提高沖洗液防塌能力。

2.3.2 水敏性地層

主要采用優(yōu)質(zhì)低固相沖洗液護壁，沖洗液的濾失性能和泥皮質(zhì)量或孔壁網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)強度是影響孔壁穩(wěn)定的關鍵因素。因此控制沖洗液失水量、增強泥皮強度或沖洗液在孔壁所形成的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膠膜強度、減少沖洗液中自由水含量、降低濾液對巖石的滲透水化和提高濾液對巖石的膠結(jié)力是至關重要的。

沖洗液配制及性能：基漿+0.1%～0.2%KPAM+1%LV-PAC+1%復合瀝青+0.1%NH4-PAN+0.2%腐鉀+1%降黏劑+火堿。調(diào)整鉆井液密度1.08～1.18 kg/m3，黏度20～30 S，失水4～10 ml/30 min，pH值9～10，含沙量0.8%～1.2%，泥餅厚度≤1mm且韌性較好。該層段沖洗液的作用主要體現(xiàn)在提高鉆效，防止水敏地層水化失穩(wěn)和濾失黏鉆方面，如果在使用過程中發(fā)現(xiàn)失水量增大，孔內(nèi)掉塊，可適時加入CMC和HPAN，同時添加腐植酸鉀，增大黏度降低失水量。

2.3.3 涌水地層

使用加重鉆井液治涌。根據(jù)井深及水涌情況大概計算出井底壓力，配制一定數(shù)量的加重沖洗液，控制住地層涌水，保證鉆進正常進行。

具體配方為：清水+5%膨潤土+7.5%重晶石粉+0.4%CMC+火堿+純堿，調(diào)整鉆進液密度1.18 kg/m3，黏度75 S。

2.3.4 漏失地層

此類地層在煤田及煤下鋁施工中難度是最大的。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)及長期施工經(jīng)驗，煤系地層的漏失大多屬于裂隙漏失和含水層位漏失及松散破碎孔隙產(chǎn)生的長孔段漏失。無論哪種漏失都是由于鉆探施工過程中，破壞了原有的地層壓力平衡，液柱壓力與地層壓力不平衡所致。目前根據(jù)煤系地層漏失機理及特點不外乎以下幾種堵漏方法。但從經(jīng)濟安全方面考慮，應優(yōu)先選用膠結(jié)堵漏法及壓力平衡法，這兩種方法操作時間短、見效快、節(jié)省成本。

(1)膠結(jié)堵漏法：適用于中漏以下地層。常采用濃泥漿加化學漿液加惰性材料與交聯(lián)物的堵漏方法。具體配制為：在水敏地層沖洗液的基礎上，加入1%隨鉆堵漏材料(具有足夠的水穩(wěn)定性、黏滯性和一定的強度)及一定數(shù)量的惰性材料(鋸末)，能迅速形成具有一定強度的非滲透性屏蔽阻止鉆井液中的液、固相侵入儲層，對漏失地層封堵效果較好。

(2)水泥堵漏法：適用于中漏以上地層。利用壓力平衡原理，首先準確測量漏失過程中液柱高度，計算出漏失層段地層壓力。在此基礎上控制好水泥漿比重、注入水泥漿量及水泥漿柱高度，使水泥漿柱高度與地層壓力相匹配。保證水泥漿在進入裂隙或孔隙過程中既不被完全壓走，又能足量在裂隙或孔隙中充分凝固，達到堵漏目的。這種方法需要一定的候凝時間。

(3)壓力平衡法：此方法是利用沖洗液的液柱壓力來平衡地層壓力，以達到孔壁穩(wěn)定，保證沖洗液正常循環(huán)的一種方法。適用中漏以下地層，特別是對長孔段漏失和斷層裂隙漏失有效。比如在漏失地層使用泡沫泥漿等。

(4)頂漏鉆進法：這種方法多用于不便堵漏或代價太大的長孔段漏失地層。采用這種方法的前提是在孔壁失去平衡的情況下，穩(wěn)定期須能滿足施工要求，同時水源較近，用水比較方便。

(5)套管隔離法：該法是在其他辦法難以達到護壁堵漏時采用，多用于淺孔。

2.4 鉆頭及鉆桿鉆具選擇

2.4.1 鉆頭選擇

鉆頭應根據(jù)巖石的可鉆性、研磨性及完整程度等進行選擇。巖石硬、研磨性弱，則胎體軟、耐磨性低；巖石軟、研磨性強，則胎體硬、耐磨性高。具體選取見下表2。

表2 對應巖性鉆頭選取表

2.4.2 鉆桿鉆具選擇

鉆桿是鉆探施工所用主要材料，鉆桿質(zhì)量的好壞直接關系到成孔率和鉆探效率，因此選取質(zhì)量達標的管材，不能超過管材的強度進行作業(yè)(商振華等，2015)。鉆桿的接頭部位是鉆桿柱的最薄弱環(huán)節(jié)，也是最容易發(fā)生折斷的部位(龐少青等，2013)，經(jīng)過綜合考察比較并結(jié)合工程實際情況，我們選用加厚且兩端鐓粗的強索取心鉆桿鉆具。為保證成孔率采用多級孔徑鉆孔結(jié)構(gòu)，并配套Φ108 mm、Φ89 mm、Φ73 mm三種繩索取心鉆桿鉆具。同時備用一定數(shù)量的國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)Φ50 mm鉆桿，以防特殊情況下使用。

2.5 取心

采用常規(guī)繩索取心工藝，同時配套三套管繩索取心鉆具。目前繩索取心工藝常規(guī)取心方法是卡簧卡取法，用這種方法鉆進完整巖層采取率可達到100%；鉆進較完整或膠結(jié)性較強的巖層，配合性能良好的沖冼液，采取率也可達到80%以上，回次取心長度也較長，施工效率高，是巖心鉆探普遍使用的常規(guī)工藝方法。但有些地層僅用卡簧卡取法巖心采取率卻極低。主要原因一是巖心沒有進入內(nèi)管，首先鉆頭回轉(zhuǎn)磨削對靜止的巖心產(chǎn)生摩擦力進而對巖心產(chǎn)生扭力矩，整體或局部碎裂的巖心往往堆落擠壓在鉆頭臺階處，堵塞通道，互磨消耗，并極造成水路受阻；再者是沖洗液對膠結(jié)性較差的巖心的破壞是非常嚴重的，巖心受到侵蝕變軟變散甚至剝落，和沖洗液混和在一起，被鉆頭破碎成巖屑。二是巖心在內(nèi)管中研磨消耗，在實際使用過程中，內(nèi)管必定會受到外管的摩擦力作用也要轉(zhuǎn)動。由于內(nèi)外管存在間隙，這種轉(zhuǎn)動可能是跳動式或內(nèi)齒合式，內(nèi)管會將進入其中的不完整巖心振碎，打撈內(nèi)管時，內(nèi)管及卡簧夾持不住的巖心便掉入孔內(nèi)，造成巖心采取率不足。在這種情況下，我們采用三套管繩索取心鉆具，該鉆具綜合了目前取心技術優(yōu)點，規(guī)避了相應的技術缺陷，進而極大的提高鉆孔取心的成功率。三套管繩索取心鉆具滑套的總成部分不僅實現(xiàn)了內(nèi)管的自由滑動，還在內(nèi)管的內(nèi)部增加了單動結(jié)構(gòu)，同時內(nèi)管也具有對于水路的隔離作用；此外，將半合管作為取心管，并且將長度調(diào)整為1 m左右，從而保證了取心的成功率。

2.6 鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等參數(shù)采集及優(yōu)化

應根據(jù)不同的地層選擇鉆壓、轉(zhuǎn)速及泵量等參數(shù)。參數(shù)選擇的不同獲得的純鉆效率往往是不同的。每天每個班組至少進行一次數(shù)據(jù)采集且當天不少于三次，以科學嚴謹?shù)膽B(tài)度對待，確保采集的數(shù)據(jù)真實可靠。通過大量合理的數(shù)據(jù)采集，整理匯總后進行對比分析，從而獲取最優(yōu)值(表4)。

3 項目創(chuàng)新情況

3.1 PDC復合片肋骨鉆頭在煤下鋁地層中的應用

(1)復合片肋骨鉆頭特點：有較強切削能力和抗研磨性，可獲得較高的機械鉆速，提高作業(yè)效率。主要材料為鑄造碳化鎢和金剛復合片，使用壽命長。

(2)選擇依據(jù)：根據(jù)地層條件、鉆進方式、井眼軌跡控制要求及巖石機械力學特性，選擇機械鉆速高、使用壽命長、安全性好的復合片肋骨鉆頭。復合片鉆頭適用于軟—中硬地層鉆進，不適合礫石、黃鐵礦、花崗巖、硬夾層等硬—堅硬地層。

(3)應用情況：河南省禹州煤下鋁地層主要為黃土、砂巖、灰?guī)r、白云巖及黏土巖，屬軟—中硬地層，故試驗孔vzk03222采用復合片肋骨鉆頭(低密度和中密度布齒)鉆進，純鉆效率達到2.95 m/h。而一般鉆孔vzk04822采用普通金剛石鉆頭鉆進，純鉆效率只有2.23 m/h。通過比較，采用復合片肋骨鉆頭鉆進比一般金剛石鉆頭鉆進，純鉆效率提高了32.29%。同時很好的解決了金剛石鉆頭在泥質(zhì)含量較高地層鉆進時泥包鉆頭現(xiàn)象，這也充分說明煤下鋁地層必較適宜采用復合片肋骨鉆頭鉆進。

3.2 泡沫泥漿在亞漏失地層中的應用

(1)泡沫泥漿的特點：泡沫泥漿是在優(yōu)質(zhì)低固相泥漿基礎上加入發(fā)泡劑，進行充分發(fā)泡而配制成的一種新型低密度沖洗液。它是氣體分散在泥漿中的氣液固三相流體，其最大特點是密度小、液柱壓力低?？蓪崿F(xiàn)負壓平衡鉆進，提高機械鉆速和臺月效率，減少孔內(nèi)事故，降低成本。其主要功能有防漏堵漏、防塌護壁、潤滑減阻、攜帶巖屑、降低液柱壓力等作用。

(2)泡沫泥漿的應用范圍：在完整、孔壁穩(wěn)定地層，采用泡沫泥漿作沖洗液實現(xiàn)平穩(wěn)負壓鉆進，可提高鉆進效率；在較完整、有輕度坍塌及漏失地層，采用泡沫泥漿作沖洗液可護壁堵漏；在破碎、裂隙發(fā)育、掉塊或中漏失地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，可在配方中加2%～3%磺化瀝青強化孔壁，能抑制破碎掉塊，并減少沖洗液漏失；在膠結(jié)性差的松散覆蓋層或第四系未固結(jié)不穩(wěn)定地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，由于其流變性為平板性層流，能保持孔壁相對穩(wěn)定，靠低返速高結(jié)構(gòu)黏度有效攜帶巖粉；在水敏性地層，采用泡沫泥漿作沖洗液，因失水量小且泡沫泥的吸附能力強，能有效防止坍塌。

(3)泡沫泥漿應用情況：泡沫泥漿配方：水 0.75～0.8 m3；優(yōu)質(zhì)膨潤土25～50 kg；堿1～1.5 kg；鉀4～6 kg；護壁劑 0.5～1 kg；胺(將1 Kg聚丙烯酰胺溶于100 kg水中)6～8 kg；腈(將1 kg聚丙烯腈溶于100 kg水中)5～6 kg，纖維素(將 1 kg 纖維素溶于100 kg水中)5～6 kg，發(fā)泡劑(十二烷基磺酸鈉)0.5 kg。若漏失較大可適量加入大裂隙堵漏劑或其他惰性材料。

現(xiàn)場泡沫泥漿使用情況：在河南省陜縣鐵爐溝鋁土礦生產(chǎn)勘探ZK1906鉆孔鉆進至213 m孔段時，孔內(nèi)出現(xiàn)漏失情況，基本每個臺班需補充一次泥漿，孔底殘留巖粉2～3 m，水泵壓力近3 MPa。針對這種情況，決定采用泡沫泥漿鉆進，為提高泡沫泥漿攜帶巖粉能力及增加堵漏效果加入2%～-3% 磺化瀝青?，F(xiàn)場觀察泥漿循環(huán)一段時間后，孔底基本干凈，水泵壓力穩(wěn)定在2.2 MPa，地層漏失情況明顯改善，基本達到不漏的程度。鉆探效率明顯提高，純鉆效率達到2.93 m/h，一直到終孔未出現(xiàn)孔內(nèi)事故。現(xiàn)場泡沫泥漿(圖2)性能：密度 0.9～1.05 kg/m3，黏度21～29 S，失水量小于8 ml/30 min。

圖2 現(xiàn)場泡沫泥漿照片

3.3 自動解卡球卡卡取器在事故處理中的應用

(1)自動解卡球卡卡取器的結(jié)構(gòu)及工作原理：自動解卡球卡卡取器結(jié)構(gòu)簡單，加工制造簡單。具有操作簡單易學、使用性強等優(yōu)點。上端可通過變徑接頭與各種規(guī)格的鉆桿連接，下端可根據(jù)被打撈物件的外徑任意加工。被打撈物件隨導入孔進入打撈器錐形球卡器內(nèi)摩擦力越來越大直到卡牢，然后提鉆帶出打撈物件。具體結(jié)構(gòu)及成品分別見圖3、圖4。

圖3 自動解卡球卡卡取器結(jié)構(gòu)圖1—上接頭；2—上齒套；3—下齒套；4—彈簧；5—滑塊6—鋼球架；7—鋼球；8—內(nèi)錐形下接頭；9—安裝孔

圖4 自動解卡球卡卡取器成品圖

(2)自動解卡球卡卡取器應用情況：煤系地層復雜，鉆探施工過程中孔內(nèi)事故時有發(fā)生。一般的鉆桿鉆具折斷及脫扣脫落事故都有常規(guī)的公錐或母錐錐取，但繩索取芯鉆具內(nèi)管掉在孔內(nèi)，由于內(nèi)管自身結(jié)構(gòu)的特殊性(內(nèi)管上部是一個活動的打撈茅頭)，在孔內(nèi)處于自由活動狀態(tài)，常規(guī)公錐母錐在錐取過程中內(nèi)管及打撈茅頭會隨打撈器轉(zhuǎn)動而無法錐取。一般都是用特殊主磨鐵鉆頭將內(nèi)管全部削滅掉，這樣既浪費時間又不安全，稍有不慎可能會造成二次事故甚至廢孔。針對內(nèi)管掉入孔內(nèi)打撈困難這種情況，作者團隊自主研發(fā)了自動解卡球卡卡取器，通過幾次打撈事故處理應用，均打撈成功，效果良好并已取得實用新專利。

4 成果及效益分析

4.1 純鉆效率明顯提高

通對5個鉆孔鉆進效率(表3)計算分析，河南省煤系地層比較適合復合片肋骨鉆頭鉆進，能提高純鉆效率，減少孔內(nèi)事發(fā)生率。采用復合片肋骨鉆頭鉆進純鉆效率比非研究鉆孔鉆進純鉆效率提高30.94%。整體來說，研究鉆孔比非研究鉆孔純鉆效率提高了29.15%。

表3 鉆進效率分析表

4.2 鉆進工藝參數(shù)優(yōu)化

通過研究鉆孔的施工及鉆進參數(shù)的采集整理對比分析優(yōu)化，探索豫西煤系地層鉆探施工技術措施。并總結(jié)出煤系地層鉆探施工最優(yōu)參數(shù)(表4)，提高了鉆探質(zhì)量和效率，供業(yè)界參考使用。

表4 煤系地層鉆探施工參數(shù)優(yōu)化表

4.3 效益分析

通過本次研究，鉆探施工純鉆效率提高了30%左右，大大縮短了施工時間，節(jié)約了工程成本，提高了經(jīng)濟效益。通過新材料新技術的應用，使單位員工能夠掌握新材料新技術的使用方法。同時提高了單位的綜合能力及競爭力，樹立品牌效應，提高單位在社會上的影響力，對單位的發(fā)展具有十分重要的意義。從長遠看，河南是我國重要的鋁土礦資源大省和鋁工業(yè)大省。探索研究煤系地層鉆探快速成孔工藝，對加大鋁土礦資源的勘查力度和勘查深度，保證我省鋁土礦資源開發(fā)可持續(xù)發(fā)展，具有指導意義并能產(chǎn)生良好的社會效益。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)工作區(qū)地質(zhì)條件、煤系地層復雜情況進行鉆孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化、泥漿護壁堵漏、設備選型及鉆頭鉆桿鉆具選擇，可大大縮短施工時間，節(jié)約工程成本，提高經(jīng)濟效益。

(2)河南省煤系地層比較適合PDC復合片肋骨鉆頭鉆進，可提高純鉆效率，減少孔內(nèi)事故發(fā)生率。

(3)自動解卡球卡卡取器結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單易學、實用性強，在事故處理的應用中取得了良好的效果。