簡析煤田地質超深孔鉆探技術與應用

【摘 要】 我國的煤炭儲備十分豐富，但是新中國成立以前我國的鉆探技術還比較落后，近些年來，煤田的鉆探技術得到飛速發展，為我國煤炭工業的發展提供了可靠的資源保障。本文基于超深煤田地質鉆孔的具體施工為例，詳細的闡述鉆探設備、鉆探技巧等施工的主要技術和相關參數以及技術的應用情況。

【關鍵詞】 煤田地質 超深孔鉆探 煤炭 應用

中國是世界第一產煤大國。但是由于煤田中的地質構造不同，煤礦石的完整程度和力學性質差別較大，鉆孔施工中不可避免容易出現一些棘手問題，尤其是在超深空的鉆探上，只能邊摸索邊鉆探，隨著深度的增加，鉆進中遇到的問題難度也成倍上升。下文著重介紹煤田地質超深孔鉆探技術及其應用。

1. 基本鉆井施工設備

鉆井機械采用的是THJ-2000型鉆機，該鉆探設備是立軸式液壓給進型式的器械，立軸式鉆機提下一次鉆具耗時較短，單根繩的提拉力可以達到80kN，轉速的范圍較為廣，一共設置有高低速、正反位8個基本的檔位，移車行程700mm左右。在實施鉆探的操作時，為了盡可能的方便操作，給進方法采用的是鉆蜒加壓的方式。為了減低成本，減少電力損耗，鉆探設備改為75kW的電動機。泥漿泵采用臥式三缸變量泵，配以45kW的電機以提供電力。由于在施工中器械排粉能力差，導致孔內阻力變大，易產生水堵，影響機器的轉速和鉆進功能，所以我們應該同時在施工操作中需要配置對泥沙、泥漿的除砂器，這樣可以維持長達7天無需更換易損原件，可以提升轉速。鉆塔采用整體ZT24A人字形鉆塔，使施工安全系數增高。經多年施工操作經驗，同時使用鉆機、鉆塔和泥漿泵使得總體工作性能的穩定性增加，安全性提高，能滿足煤田超深地質鉆孔的施工要求。

2. 鉆進機具的選擇

2.1鉆桿的選擇：規格為∮50mm的鉆桿，是自20世紀50年代就開始使用的，雖然到目前位置仍然擔負著煤田地質鉆探的主要施工任務，但是它還是主要存在斷、擼扣和泄流等諸多問題。即使該鉆具在材質上面有了一定的提高改善.但已經無法滿足煤田超深孔施工的技術要求與操作，操作中常常伴隨著發生內孔事故。綜上所述，∮50mm的鉆具無法保證鉆孔的安全和鉆進的高效率。超深孔盡量選用更為先進的規格為∮60mm的鉆桿.對于巖石以上覆蓋達設計孔深的66.8%的情況仍然適用。它具有較高的抗拉強度和較好的綜合機械性能力，并且此款鉆桿可以滿足深孔鉆探操作中的的基本要求，在鉆探過程中沒有發生鉆桿失靈會壞的事故。

2.2取心工具的基本要求：當前，一般的繩索取心鉆具在普通地形的巖層可以保證巖石礦心的采取率，現在煤田地質鉆探過程中較為常用的是單管取芯器，此類的巖石心管的材質較為復雜，鉆探過程中常發生彎曲變形情況，尤其是在接頭的絲扣部位，常發生擼扣、斷扣現象，很容易造成孔內事故的發生，導致鉆探工作失敗。對于提高破碎帶、蝕變帶巖礦心的采取率，我們應該采用材質較好，可以引進質量有保證的取芯工具，而綜合機械性能較高的ψ89mm石油鉆桿作為單管取芯器，其各個方面的均比較可靠。保證在鉆探中不會發生因巖心管材質脆弱發生變形，甚至接頭部位發生擼扣、斷扣等發生孔內事故，影響鉆探進度。

2.3鉆頭的應用選擇：鉆頭的好壞是提高鉆進效率的關鍵所在。近些年來鉆頭的研究創新碩果累累，鉆頭的效率大大提高，鉆頭的平均壽命延長，通過對硬質合金鉆頭的研究和改進鑄造出了鋸齒形貼鑲、三刮刀、排狀合金和裝配式不同的各種不同類型的鉆頭50余種，鉆頭基本上以聚晶復合片鉆頭為主，以硬質合金鉆頭為輔。不同類型鉆頭分別適用于不同地質情況和不同鉆心深度。目前較為常用的是天然、聚晶等類型的金剛石鉆頭，發揮了金剛石鉆進工藝的優勢。

3. 鉆具的組合

鉆具組合選擇主要包括：根據單彎螺桿的角度進行選擇；根據穩定器尺寸進行選擇；根據不同鉆具的結構圖特點進行選擇；根據不同鉆頭類型進行選擇；根據開采地泥漿參數進行選擇。鉆具的選用一般遵循以下準則：常規定向井、大位移井、水平井的造斜以及復合鉆井選用螺桿鉆具。遇到高溫情況，可選用減速器渦輪。一般可采用下列組合：PDC鉆頭或牙輪鉆頭+螺桿鉆具；DC鉆頭或牙輪鉆頭+減速器渦輪鉆具；TSP鉆頭+高速螺桿或中速渦輪或減速器渦輪；晶金剛石鉆頭+中、高速渦輪。

4. 泥漿泵及泥漿參數的合理選擇

4.1泥漿泵的主要參數選擇

泥漿泵的性能取決于泵技術參數的合理匹配，從提高泵的吸入性能出發，優化選擇泵的性能和結構參數是至關重要的。泵的額定沖次n鉆井泵的沖次n是泥漿泵的主要參數，降低沖次可以提高泥漿泵的吸入性能，還可以延長易損件的使用壽命；泵的沖程長度是另一重要指標，在降低沖次的基礎上，加長適當的沖程長度可以進一步改善吸入性能；正確設計吸入管線是保證液流與活塞同步增速的關鍵。

4.2泥漿的參數選擇

4.2.1泥漿的配比：泥漿的分子量大約在三百萬到五百萬左右，應該選擇有較強的選擇性絮凝和包被作用的材料配比而成。常用泥漿主要材料為鈣基膨潤土、羧甲基纖維素、純堿，單方用量一般控制在以下范圍：淡水：1000kg；膨潤土：100～120kg；純堿：3～5kg，羧甲基纖維素：0.5～3kg。調制泥漿以淡水為宜，在淡水缺乏的地區可以使用海水，但必須經過試驗重新確定泥漿配合比。

4.2.2泥漿的日常維護：泥漿經過一段時間的使用后會發生老化現象，膨潤土以及各種處理劑會有損耗，這樣就直接降低配比各組分的含量，為保持泥漿的優越性能穩定，要根據實際情況及時測定含量進行準確的補充。而對于煤層的垮塌，單純補充處理劑常無明顯效果，所以應當適當補充膨潤土。

5. 鉆進技術的重要參數

由于是超深煤田的鉆探工作，存在孔深、覆蓋層厚的顯著特點，鉆進技術參數最好以穩為主要趨勢，從而以保證鉆孔的垂直度和孔壁的高穩定性。鉆機轉速以104～149n/min為主；泵量以中高泵量為主，167～260L/min；鉆壓控制在鉆具總重的60%～70%，最好保持三班壓力的一致性。

結語

煤田地質超深孔鉆探，此類鉆探的孔深較深，覆蓋層較厚，應該采用適合超深鉆口的鉆機、經過改良的鉆具組合，使用精確配比的聚合物泥漿，保證鉆探任務的順利完成.同時加強今后勘探隊伍的建設，使其科技含量更高、更新、更講求經濟效益。鉆探工作中應該把多種鉆進工藝的設備不斷配套優化，發揮其優勢，積極利用計算機技術和各種鉆井參數檢測系統，實現鉆探工作的信息化，走出自己的鉆探發展之路。

參考文獻：

[1] 周志明，洪亞男.深孔鉆探技術在施工中的應用體會.[J].科教文匯，2010（27）.

[2] 韓廣德，金寶昌，丁祥發，中國煤炭鉆探工程學[M]北京：煤炭工業出版社，2000.

（作者單位：吉林省煤田地質203勘探公司）