新型松軟煤層成孔打鉆劑的應用

李濤濤 曹陽 李雁龍

摘 要：隨著近些年對煤炭的大力開采，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、易開采的煤層已經(jīng)越來越少。相反，井下松軟、破碎煤層已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在了各個礦井。傳統(tǒng)的千米定向鉆機利用高壓水驅(qū)動鉆頭成孔的打鉆方式在遇到鉆孔坍塌、破碎、擴徑和卡鉆等復雜情況時，往往顯地力不從心。針對這一現(xiàn)狀，本文就煤礦井下新型松軟煤層成孔打鉆劑的應用展開合理的分析。

關(guān)鍵詞：松軟煤層；定向鉆機；成孔打鉆劑

隨著煤礦安全受到的重視越來越高，用于抽放瓦斯、探放水的千米定向鉆機也越來越受到煤企的重視。傳統(tǒng)的打鉆方式并不能完全應對當前各類復雜的地質(zhì)條件，由其是遇到井下松軟、破碎煤層。各類地質(zhì)條件差的煤層，往往難以順利的打出穩(wěn)固的鉆孔，有時還會發(fā)生掉鉆的情況。這些情況極大地制約了鉆機的功效，現(xiàn)有的硬巖鉆進技術(shù)在軟煤層中鉆孔（10m左右）容易塌孔與后埋卡鉆孔設備和測量設備，增加了過程的復雜性，延長了施工時間，降低了生產(chǎn)效率。

1 新型松軟煤層成孔打鉆劑的介紹

1.1 新型松軟煤層成孔打鉆劑的性能介紹

傳統(tǒng)的打鉆液很難在不同地質(zhì)情況下均能發(fā)揮良好的維持孔壁穩(wěn)定的效果，且不可避免地帶來儲層傷害問題。因而，在遇到鉆孔坍塌、破碎、擴徑和卡鉆等復雜情況時，優(yōu)良的打鉆液應能有效地攜帶煤粉（屑）并保持孔壁穩(wěn)定；而從提高資源開采效率的角度來講，優(yōu)良的打鉆液還應能盡可能地降低對煤儲層的傷害。市場上部分打鉆液中含有原油、柴油等各種油類以及大量的化學處理劑，為防止打鉆液對地層、土壤和生態(tài)環(huán)境造成影響，優(yōu)良的打鉆液還需要具有無毒害性。由于國內(nèi)外鉆井行業(yè)對環(huán)境保護問題的日益重視，可快速降解的高性能環(huán)保型水基打鉆液成為未來的必然發(fā)展趨勢之一。

基于納米材料的可降解打鉆液、頁巖氣水平井抗高溫鹽水打鉆液、水文水井鉆探護壁堵漏暫堵劑等領(lǐng)域的研究成果，采用可降解聚合物類增粘劑、抑制劑、潤滑劑、高效生物酶制劑等，理論分析、實驗研究與現(xiàn)場試驗相結(jié)合，研發(fā)出了適合煤層氣鉆探領(lǐng)域的環(huán)保型快速降解打鉆劑技術(shù)。新型松軟煤層打鉆劑是一種由增粘劑、濾失控制劑、流變控制劑、加重材料以及堿度控制劑等材料組成的粉狀混合物。其主要應用于 4000 m以下的油氣鉆井（含常規(guī)油氣鉆井和非常規(guī)管油氣鉆井）、煤田鉆探（含煤礦井下瓦斯抽采）、水文水井鉆探（含地熱、干熱巖鉆探）之中。在遇到鉆孔坍塌、破碎、擴徑和卡鉆等復雜情況時，新型松軟煤層打鉆劑能有效地攜帶煤粉（屑）并保持孔壁穩(wěn)定，提高資源開采效率，并能降低對煤儲層的傷害。

1.2 新型松軟煤層成孔打鉆劑可行性研究

2018年5月份在晉煤成莊礦進行了新型松軟煤層成孔打鉆劑的試用，煤層硬度系數(shù)：<0.2；鉆孔機械：GDS千米定向鉆機；水泵最大壓力：10MPa；使用前：傳統(tǒng)的打鉆液水動力驅(qū)動鉆進平均鉆孔深度10m（歷史）鉆孔深度達到10m孔發(fā)生嚴重塌孔，不能繼續(xù)前進。使用后：新型松軟煤層成孔打鉆劑水動力驅(qū)動鉆進平均鉆孔深度50m，成功鉆進到60米并成功探頂。鉆桿推進順利，沒有發(fā)生鉆孔垮塌現(xiàn)象。2018年6月份在晉煤趙莊礦進行了新型松軟煤層成孔打鉆劑的第二次試用，煤層硬度系數(shù)：<0.15；鉆孔機械：GDS千米定向鉆機；水泵最大壓力：12MPa；使用前：傳統(tǒng)的打鉆液水動力驅(qū)動鉆進平均鉆孔深度8m鉆孔發(fā)生嚴重塌孔，不能繼續(xù)前進。松軟煤層嚴重影響了施工進度，使用后：新型松軟煤層成孔打鉆劑水動力驅(qū)動鉆進平均鉆孔深度55m，成功鉆進到80米并成功探頂。鉆桿推進順利，沒有發(fā)生鉆孔垮塌現(xiàn)象。目前正在準備第三次新型松軟煤層成孔打鉆劑可行性試驗。

2 新型松軟煤層打鉆劑成孔工藝

2.1 高壓水傳遞能量和動力，驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)

將新型松軟煤層打鉆劑混入12MPa的高壓水中來驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)，破碎煤層形成鉆孔。打鉆過程中煤和碎石顆粒隨著高壓水從鉆桿外壁和鉆孔內(nèi)壁的間隙排出鉆孔。通過對排出的顆粒進行分析我們可以分析出，實時的地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息。

2.2 在鉆孔過程中冷卻鉆頭和切割片，防止鉆孔在鉆進過程中坍塌

在打鉆過程中，高壓水還可以起到冷卻鉆頭和切割片的作用。新型松軟煤層打鉆劑可以快速凝固，起到保持施工完成后的鉆孔孔壁穩(wěn)定的作用。在高壓水的沖擊作用下其仍然可以長時間保持鉆孔不會垮塌，很大程度上保證了施工的正常進行和打鉆設備的安全。

3 結(jié)語

以上就是對新型松軟煤層打鉆劑的應用分析，隨著礦用打鉆新產(chǎn)品和新工藝的出現(xiàn)，煤礦的瓦斯抽放技術(shù)將會有進一步的提高。從長遠的角度看，我們國家的煤礦安全生產(chǎn)將會更有保障。

參考文獻：

[1]李金伴，陸一心.電氣材料手冊[M].化學工業(yè)出版社，2005.

[2]李權(quán)龍，袁東星.碳納米管作為吸附劑在環(huán)境分析中的應用[A].第二屆全國環(huán)境化學學術(shù)報告會論文集[C].2004.

[3]張曉明，王洪艷，李俊鋒.改性MWNTs/納米HA/PLA骨修復材料的制備[J].吉林大學學報（工學版），2008，（04）.