關(guān)于煤田鉆探工藝技術(shù)的探討

鄧書軍

【摘 要】煤田地質(zhì)的鉆探施工，對(duì)于鉆探設(shè)備、鉆探工藝、鉆探規(guī)程和參數(shù)等等都有不同于淺孔施工的要求，本文對(duì)幾種常見的煤田地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行了分析，供同仁借鑒。

【關(guān)鍵詞】煤田地質(zhì)；鉆探；工藝技術(shù)

一、鉆探技術(shù)

目前我國煤田鉆探多采用金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，為進(jìn)一步提高效率與質(zhì)量，結(jié)合運(yùn)用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)。隨著繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝逐步應(yīng)用于煤田鉆探，充分發(fā)揮了繩索取芯和金剛石鉆進(jìn)工藝的優(yōu)勢，二者的有機(jī)結(jié)合，解決了煤田鉆探過程中鉆進(jìn)效率低、取芯率低的技術(shù)難題，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。

二、鉆進(jìn)工藝

（1）空氣泡沫鉆進(jìn)工藝。煤田鉆探常會(huì)在于旱缺水的地區(qū)進(jìn)行施工，如果鉆探遇到需要穿過煤層的采空區(qū)、老窟窿和空巷等地層時(shí)，采用常規(guī)的水介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)工藝?yán)щy極大，嚴(yán)重的地層漏失成為技術(shù)難題，僅技術(shù)護(hù)壁套管就要下數(shù)層。通過開發(fā)應(yīng)用空氣泡沫鉆進(jìn)工藝，有效解決了鉆孑L嚴(yán)重漏失和難護(hù)壁的技術(shù)難題，提高了鉆進(jìn)效率。（2）潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。該工藝可以在深孔高壓的環(huán)境下，進(jìn)行反循環(huán)連續(xù)取樣。在高水柱大背壓的情況下，配套設(shè)備性能受到制約，孔深超過

300m以后小時(shí)效率提高幅度不大，但是在淺孔鉆探中，鉆進(jìn)效率提高顯著。（3）液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。針對(duì)煤田勘探施工中較深地層的強(qiáng)研磨性堅(jiān)硬巖石，應(yīng)用液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，取代鋼粒鉆進(jìn)，與單純的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)比較，其機(jī)械鉆速提高，孔斜率降低。（4）定向鉆進(jìn)技術(shù)。針對(duì)一些煤層賦存構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，常規(guī)鉆進(jìn)工藝無法滿足地質(zhì)鉆探要求，因此應(yīng)用受控定向鉆進(jìn)技術(shù)，所采用的造斜機(jī)具主要是螺桿定向和連續(xù)造斜器。利用定向鉆技術(shù)，能夠很好地解決在陡直地層找煤勘探的技術(shù)難題，中靶率高，完全滿足地質(zhì)鉆探要求，能夠取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

三、煤田鉆探的定向鉆進(jìn)技術(shù)

（1）煤田地質(zhì)鉆孔設(shè)計(jì)。第一，所鉆地層的地質(zhì)條件。煤炭地質(zhì)條件的設(shè)計(jì)包括2個(gè)方面：一般情況下，需要了解礦井煤炭的地質(zhì)條件、地層構(gòu)造的斷層，因而在地質(zhì)鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，要明確斷層的性質(zhì)和參數(shù)，以及在鉆探中會(huì)遇到的問題和處理方法。在煤層地質(zhì)條件不明確的情況下，不能冒然實(shí)施鉆進(jìn)，要試鉆，總結(jié)出相應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)，并且要預(yù)設(shè)多種遇到問題時(shí)的處理辦法，把鉆探事故的發(fā)生率降到最低。第二，鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)。鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)包括：方位角、傾角、孔徑、孔深。上述鉆孔的參數(shù)設(shè)計(jì)是指孔口參數(shù)，反映的是開鉆時(shí)的鉆孔設(shè)計(jì)要求。剛性保直鉆進(jìn)是傳統(tǒng)鉆進(jìn)方法，為了保證鉆孔終孔時(shí)能夠更準(zhǔn)確地達(dá)到目標(biāo)靶位，目前多采用定向鉆進(jìn)工藝。在鉆進(jìn)施工前，根據(jù)地層條件、工程要求對(duì)所要施工的鉆井進(jìn)行軸線軌跡的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軸線一般是直線和曲線的不同組合。第三，鉆具級(jí)配設(shè)計(jì)。在煤炭地質(zhì)鉆進(jìn)中采用的鉆具有以下幾種方法：一是采用外平鉆桿一徑到底，前保直端外加扶正器或?qū)Ｓ勉@鋌；二是采用螺旋鉆桿；三是采用墊叉式鉆桿，前保直端外加扶正器或?qū)Ｓ勉@鋌等。在煤炭地質(zhì)鉆探中，鉆具的使用應(yīng)注意的問題：一是在較為復(fù)雜的煤系地層中鉆進(jìn)，鉆具級(jí)配的設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡單，盡可能地減少孑L內(nèi)附屬器具的放置；二是為滿足保直鉆進(jìn)的要求，鉆孑L環(huán)狀間隙要求盡量采用下限值。（2）鉆進(jìn)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。第一，鉆進(jìn)工藝參數(shù)。鉆進(jìn)規(guī)程的3個(gè)主要參數(shù)是鉆壓P、轉(zhuǎn)速n 和泵量Q，它們之間交互影響。關(guān)于P、n、Q參數(shù)之間合理配合的一般原則可概括為：一軟巖石研磨性小，易切入，應(yīng)重視及時(shí)排粉，延長鉆頭壽命，所以應(yīng)取高轉(zhuǎn)速、低鉆壓、大泵量的參數(shù)配合；對(duì)研磨性較強(qiáng)的中硬及部分硬巖石，為保持較高的鉆速并防止切削具早期磨鈍，應(yīng)取大鉆壓、較低的轉(zhuǎn)速、中等泵量的參數(shù)配合；介于兩者之間的中等研磨性的中軟巖石，則應(yīng)取兩者參數(shù)配合的中間狀態(tài)。在實(shí)際鉆進(jìn)中，根據(jù)鉆探工藝的要求，把鉆進(jìn)參數(shù)劃分為：正常鉆進(jìn)參數(shù)區(qū)；非正常鉆進(jìn)參數(shù)區(qū)；極限鉆進(jìn)參數(shù)區(qū)。根據(jù)鉆進(jìn)參數(shù)值反應(yīng)在不同的區(qū)域，可以判斷和預(yù)防鉆進(jìn)中孔內(nèi)的狀況，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)工藝參數(shù)，孔內(nèi)發(fā)生的事故在多數(shù)情況下是有規(guī)律可循的，較大規(guī)模的突發(fā)事故一般情況下較為少見。第二，鉆進(jìn)泥漿的運(yùn)用。鉆探工程可變因素很多，泥漿工藝是很重要的可變因素。如果使用好泥漿，確定適合地層巖性的泥漿配方，調(diào)節(jié)好泥漿性能，就可以鉆穿各種復(fù)雜地層。第三，鉆進(jìn)中遇到的問題。針對(duì)不同的孔內(nèi)事故，必須采取有針對(duì)性的方法來處理。不同的礦區(qū)煤炭地質(zhì)條件存在著很大的差異。因此，在鉆孔的設(shè)計(jì)中，要考慮造成事故的主要原因，采取必要的防護(hù)措施和相應(yīng)的處理手段。

四、結(jié)語

（1）通過對(duì)地質(zhì)鉆探工藝的分析，其中定向鉆進(jìn)技術(shù)中靶率高，能夠滿足煤田地質(zhì)鉆探的需求，適合用于煤田鉆探中。同時(shí)為滿足煤田上巖礦芯的采取率高的要求，利用繩索取芯和金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，結(jié)合多種鉆探工藝的方法，可以提高煤田地質(zhì)鉆探的鉆進(jìn)效率。（2）目前向地層深部鉆探工作量逐步增多，液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、孔底動(dòng)力頭螺桿鉆、高聚物沖洗液等將會(huì)和繩索取芯鉆進(jìn)有機(jī)地結(jié)合而得到更多的應(yīng)用，鉆探工程市場化將會(huì)極大地促進(jìn)鉆探工程的技術(shù)進(jìn)步。