一、 引言

（一） 研究背景

煤田深孔岩心钻探是矿产资源勘探的核心手段，其施工质量与效率直接影响资源储量评价精度及项目推进进度。云南地区煤田多发育复杂煤层地层，受地质构造影响，煤层松散性强、煤矸石混杂、胶结程度低，钻进过程中易出现孔壁失稳、漏失、煤屑携带困难等问题，成为制约深孔穿煤层施工的关键瓶颈。

云南鲁南煤矿102号钻孔位于富源县富村镇，总施工工期近14个月，前期0-1200m地层段（以表土、粉砂岩、白云岩等为主）施工顺利，但在1352m见煤后，因煤层段复杂工况导致施工受阻，工期延误显著。基于该钻孔穿煤层施工实践，系统分析核心难题，总结适配技术措施，对提升同类复杂煤层段钻探效率、降低施工风险具有重要实践意义。

（二） 研究目的与内容

本文以云南鲁南煤矿102号钻孔穿煤层施工为研究对象，旨在通过梳理工程地质条件，剖析煤层段钻探核心困境，从钻探设备、泥浆应用、钻具与钻孔结构三方面优化技术方案，提炼可复制的穿煤层钻探经验，为后续同类煤田深孔钻探工程提供技术支撑。研究核心内容包括工程地质特征梳理、煤层段施工难题分析、关键钻探技术优化及实践效果总结。

二、 工程地质概况

（一） 工程基本信息

云南鲁南煤矿102号钻孔位于云南省富源县富村镇西南5km处，区域海拔高度2050m，钻孔设计类型为直角孔，设计深度1560m，核心勘探目标为1352-1545m煤层段，总施工工期规划近14个月，主要承担煤资源储量勘探任务。

（二） 地层岩性特征

根据钻探揭露数据，钻孔自上而下地层岩性分布清晰，各段特征如下：

1.  0-245m：以表土、粉砂岩、白云岩、钙质泥岩及蒙脱石泥岩为主，岩性相对稳定，部分蒙脱石泥岩遇水易软化，但整体对钻探施工干扰较小；

2.  254-1352m：主要发育白云岩、石灰岩、粉砂岩、钙质泥岩及泥质灰岩，岩层完整性较好，胶结程度中等，钻进阻力适中，施工推进顺利；

3.  1352-1545m：为核心见煤段，岩性以泥岩、粉砂岩为主，夹多层煤层，煤层内煤矸石混杂分布，胶结性差、结构松散，易发生掉块，地层稳定性极差，是施工核心难点段；

4.  1545-1560m：以深灰凝灰岩为主，岩质致密，完整性好，钻进难度相对较低。

三、 煤层段钻探核心施工难题

云南鲁南煤矿102号钻孔1352-1545m煤层段因自身地质特性特殊，施工过程中各类问题频发，直接影响钻探作业连续性，具体核心难题如下：

1.  孔壁失稳问题突出：煤层松散破碎、胶结性弱，煤矸石与煤层夹杂分布，钻进过程中钻具扰动、钻井液冲刷易导致孔壁岩层脱落，引发坍塌、缩径事故，需反复进行回填护壁处理，大幅延误施工工期；

2.  钻井液漏失严重：煤层及夹层裂隙发育，部分区域存在连通性孔隙，钻井液易沿裂隙、孔隙渗漏，不仅造成泥浆材料大量损耗，还导致孔底压力失衡，进一步加剧孔壁失稳风险；

3.  煤屑携带效率低：煤层破碎产生的煤屑颗粒大小不均，且钻孔深（超1300m），钻井液循环动力不足时，煤屑难以有效悬浮并随泥浆返出孔口，易沉积孔底，引发卡钻、埋钻等孔内事故；

4.  施工成本与效率矛盾：孔内事故频发导致钻探作业中断，需投入大量人力、物力处理事故，施工成本显著增加；同时事故处理占用大量工期，钻孔推进效率大幅下降，施工人员作业热情受影响。

四、 穿煤层钻探关键技术优化对策

针对煤层段施工难题，结合前期施工经验，从钻探设备选型、泥浆体系设计与管理、钻具选择及钻孔结构优化三方面制定针对性技术对策，提升施工适配性。

（一） 钻探设备优化选型

钻探设备是保障深孔穿煤层施工的核心基础，需结合孔深、煤层特性及钻井液需求精准选型，重点优化泥浆泵配置。

1.  现有设备配置及问题：当前钻孔选用张家口探矿XY-6B钻机（适配深度1500-2000m）、SG23钻塔，钻机与钻塔性能稳定，可满足深孔施工需求；泥浆泵采用BW250型与柱塞式BW320型，其中BW250型应用频次较高，但因孔深超1300m，煤层段泥浆粘度需维持在30-50s，BW250型泵功率不足，加大泵量时泵压达不到要求，导致泥浆循环不畅、煤屑返出困难；BW320型泵虽功率较高，但性能稳定性差，难以长期保障作业需求。

2.  设备优化建议：优先选用大功率、性能稳定的泥浆泵替代现有设备，核心满足煤层段高粘度泥浆的循环需求，确保泥浆排量充足、泵压稳定，实现煤屑高效携带、孔底压力平衡，避免因泵体性能不足引发的施工难题；同时定期对钻机、钻塔、泥浆泵等设备进行检修维护，保障设备运行稳定性，降低设备故障导致的作业中断风险。

（二） 泥浆体系设计与管理优化

泥浆在穿煤层钻探中承担护壁、平衡压力、携带煤屑等核心作用，需结合煤层特性科学设计泥浆配方，并强化施工过程中的泥浆管理。

1.  泥浆配方精准设计：结合煤层松散、漏失、失水量控制需求，制定针对性泥浆配方，核心设计要点如下：

1.1 选用优质粘土作为基料，利用其良好的水化性能，使粘土颗粒形成较厚水化膜，减少泥浆自由水量，降低泥浆失水量，提升护壁效果；

1.2 采用“粗分散”工艺，促使粘土颗粒适度絮凝，减弱钻孔岩层分散性，提升泥浆稳定性；同时添加磺化褐煤树脂，兼顾降失水、润滑及稀释作用，在增加泥浆流动性的同时，适配深孔施工需求；

1.3 加入高粘防塌剂提升基液粘度，降低泥浆向地层的渗滤速率，进一步强化护壁效果；根据地层压力调整泥浆比重，维持孔内液体压力与地层流体压力平衡，减少压力差导致的漏失与孔壁失稳，建议泥浆性能参数控制为：比重1.05-1.15、漏斗粘度30-50s、失水量10-20ml/30min、泥饼厚度0.2-0.5mm。

2.  泥浆动态管理强化：施工过程中需实时监测泥浆性能，及时调整配方，杜绝孔内事故隐患，核心管理要点包括：

2.1 实时观察泥浆池液位变化，判断是否存在漏失问题；监测泥浆槽内泥浆流动性，评估泥浆粘度适配性；

2.2 跟踪泥浆泵排量、泵压数据及压力表指针变化，确保泥浆循环动力稳定；统计岩屑上返量，判断煤屑携带效果；

2.3关注起下钻顺畅度、钻杆内涌浆/喷浆情况及钻具扭矩变化，通过异常现象分析泥浆性能缺陷，及时调整比重、粘度等参数。

（三） 钻具选择与钻孔结构优化

合理的钻具级配与钻孔结构可减少孔内干扰，降低事故发生率，需针对煤层段特性优化现有配置。

1.  现有配置问题分析：当前钻孔0-952m下入φ89mm套管，后续采用φ75mm纯钻钻进煤层，钻头外径控制在78mm以内，导致孔壁与钻杆间环状间隙过小，泵压升高，难以悬浮并返出较大煤屑与掉块；同时选用的φ60mm普双钻具刚性强度不足，负荷较大时易变形，且钻具表面易结泥皮，增加打捞内管难度，事故处理可靠性低。

2.  优化方案：调整钻具规格，选用适配煤层段的钻具类型，建议采用大间隙钻具级配，增大孔壁与钻杆间环状空间，降低泵压，提升煤屑携带效率；选用刚性强度更高的钻具，减少钻具变形风险，降低泥皮附着概率，提升打捞作业便利性；同时优化钻孔套管下入深度与规格，针对煤层段上部不稳定岩层，可适当调整套管下入位置，强化孔壁支撑，为煤层段钻进提供安全作业环境。

五、 结论

云南鲁南煤矿102号钻孔穿煤层施工实践表明，煤层松散破碎、胶结性差、煤矸石夹杂等地质特性，易引发孔壁失稳、漏失、煤屑携带困难等问题，制约钻探作业推进。通过针对性优化技术方案，可有效提升施工适配性：选用大功率稳定泥浆泵，保障高粘度泥浆循环动力，实现煤屑高效携带与孔底压力平衡；科学设计泥浆配方并强化动态管理，提升泥浆护壁、防漏性能，减少孔壁失稳风险；优化钻具规格与钻孔结构，增大环状间隙，提升钻具刚性，降低孔内事故发生率。

本次穿煤层钻探积累的设备选型、泥浆调控、钻具优化经验，可直接为同类煤田深孔复杂煤层段钻探工程提供技术借鉴，对提升煤田勘探效率、降低施工成本、保障作业安全具有重要实践价值。后续施工中，可进一步结合具体煤层地质差异，细化技术参数，持续优化钻探方案，推动复杂煤层段钻探技术升级。

参考文献

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