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【摘 要】 我国的煤炭储备十分丰富，但是新中国成立以前我国的钻探技术还比较落后，近些年来，煤田的钻探技术得到飞速发展，为我国煤炭工业的发展提供了可靠的资源保障。本文基于超深煤田地质钻孔的具体施工为例，详细的阐述钻探设备、钻探技巧等施工的主要技术和相关参数以及技术的应用情况。
【关键词】 煤田地质 超深孔钻探 煤炭 应用
中国是世界第一产煤大国。但是由于煤田中的地质构造不同，煤矿石的完整程度和力学性质差别较大，钻孔施工中不可避免容易出现一些棘手问题，尤其是在超深空的钻探上，只能边摸索边钻探，随着深度的增加，钻进中遇到的问题难度也成倍上升。下文着重介绍煤田地质超深孔钻探技术及其应用。
1. 基本钻井施工设备
钻井机械采用的是THJ-2000型钻机，该钻探设备是立轴式液压给进型式的器械，立轴式钻机提下一次钻具耗时较短，单根绳的提拉力可以达到80kN，转速的范围较为广，一共设置有高低速、正反位8个基本的档位，移车行程700mm左右。在实施钻探的操作时，为了尽可能的方便操作，给进方法采用的是钻蜒加压的方式。为了减低成本，减少电力损耗，钻探设备改为75kW的电动机。泥浆泵采用卧式三缸变量泵，配以45kW的电机以提供电力。由于在施工中器械排粉能力差，导致孔内阻力变大，易产生水堵，影响机器的转速和钻进功能，所以我们应该同时在施工操作中需要配置对泥沙、泥浆的除砂器，这样可以维持长达7天无需更换易损原件，可以提升转速。钻塔采用整体ZT24A人字形钻塔，使施工安全系数增高。经多年施工操作经验，同时使用钻机、钻塔和泥浆泵使得总体工作性能的稳定性增加，安全性提高，能满足煤田超深地质钻孔的施工要求。
2. 钻进机具的选择
2.1钻杆的选择：规格为∮50mm的钻杆，是自20世纪50年代就开始使用的，虽然到目前位置仍然担负着煤田地质钻探的主要施工任务，但是它还是主要存在断、撸扣和泄流等诸多问題。即使该钻具在材质上面有了一定的提高改善.但已经无法满足煤田超深孔施工的技术要求与操作，操作中常常伴随着发生内孔事故。综上所述，∮50mm的钻具无法保证钻孔的安全和钻进的高效率。超深孔尽量选用更为先进的规格为∮60mm的钻杆.对于岩石以上覆盖达设计孔深的66.8%的情况仍然适用。它具有较高的抗拉强度和较好的综合机械性能力，并且此款钻杆可以满足深孔钻探操作中的的基本要求，在钻探过程中没有发生钻杆失灵会坏的事故。
2.2取心工具的基本要求：当前，一般的绳索取心钻具在普通地形的岩层可以保证岩石矿心的采取率，现在煤田地质钻探过程中较为常用的是单管取芯器，此类的岩石心管的材质较为复杂，钻探过程中常发生弯曲变形情况，尤其是在接头的丝扣部位，常发生撸扣、断扣现象，很容易造成孔内事故的发生，导致钻探工作失败。对于提高破碎带、蚀变带岩矿心的采取率，我们应该采用材质较好，可以引进质量有保证的取芯工具，而综合机械性能较高的ψ89mm石油钻杆作为单管取芯器，其各个方面的均比较可靠。保证在钻探中不会发生因岩心管材质脆弱发生变形，甚至接头部位发生撸扣、断扣等发生孔内事故，影响钻探进度。
2.3钻头的应用选择：钻头的好坏是提高钻进效率的关键所在。近些年来钻头的研究创新硕果累累，钻头的效率大大提高，钻头的平均寿命延长，通过对硬质合金钻头的研究和改进铸造出了锯齿形贴镶、三刮刀、排状合金和装配式不同的各种不同类型的钻头50余种，钻头基本上以聚晶复合片钻头为主，以硬质合金钻头为辅。不同类型钻头分别适用于不同地质情况和不同钻心深度。目前较为常用的是天然、聚晶等类型的金刚石钻头，发挥了金刚石钻进工艺的优势。
3. 钻具的组合
钻具组合选择主要包括：根据单弯螺杆的角度进行选择；根据稳定器尺寸进行选择；根据不同钻具的结构图特点进行选择；根据不同钻头类型进行选择；根据开采地泥浆参数进行选择。钻具的选用一般遵循以下准则：常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井选用螺杆钻具。遇到高温情况，可选用减速器涡轮。一般可采用下列组合：PDC钻头或牙轮钻头+螺杆钻具；DC钻头或牙轮钻头+减速器涡轮钻具；TSP钻头+高速螺杆或中速涡轮或减速器涡轮；晶金刚石钻头+中、高速涡轮。
4. 泥浆泵及泥浆参数的合理选择
4.1泥浆泵的主要参数选择
泥浆泵的性能取决于泵技术参数的合理匹配，从提高泵的吸入性能出发，优化选择泵的性能和结构参数是至关重要的。泵的额定冲次n钻井泵的冲次n是泥浆泵的主要参数，降低冲次可以提高泥浆泵的吸入性能，还可以延长易损件的使用寿命；泵的冲程长度是另一重要指标，在降低冲次的基础上，加长适当的冲程长度可以进一步改善吸入性能；正确设计吸入管线是保证液流与活塞同步增速的关键。
4.2泥浆的参数选择
4.2.1泥浆的配比：泥浆的分子量大约在三百万到五百万左右，应该选择有较强的选择性絮凝和包被作用的材料配比而成。常用泥浆主要材料为钙基膨润土、羧甲基纤维素、纯碱，单方用量一般控制在以下范围：淡水：1000kg；膨润土：100～120kg；纯碱：3～5kg，羧甲基纤维素：0.5～3kg。调制泥浆以淡水为宜，在淡水缺乏的地区可以使用海水，但必须经过试验重新确定泥浆配合比。
4.2.2泥浆的日常维护：泥浆经过一段时间的使用后会发生老化现象，膨润土以及各种处理剂会有损耗，这样就直接降低配比各组分的含量，为保持泥浆的优越性能稳定，要根据实际情况及时测定含量进行准确的补充。而对于煤层的垮塌，单纯补充处理剂常无明显效果，所以应当适当补充膨润土。
5. 钻进技术的重要参数
由于是超深煤田的钻探工作，存在孔深、覆盖层厚的显著特点，钻进技术参数最好以稳为主要趋势，从而以保证钻孔的垂直度和孔壁的高稳定性。钻机转速以104～149n/min为主；泵量以中高泵量为主，167～260L/min；钻压控制在钻具总重的60%～70%，最好保持三班压力的一致性。
结语
煤田地质超深孔钻探，此类钻探的孔深较深，覆盖层较厚，应该采用适合超深钻口的钻机、经过改良的钻具组合，使用精确配比的聚合物泥浆，保证钻探任务的顺利完成.同时加强今后勘探队伍的建设，使其科技含量更高、更新、更讲求经济效益。钻探工作中应该把多种钻进工艺的设备不断配套优化，发挥其优势，积极利用计算机技术和各种钻井参数检测系统，实现钻探工作的信息化，走出自己的钻探发展之路。
参考文献：
[1] 周志明，洪亚男.深孔钻探技术在施工中的应用体会.[J].科教文汇，2010（27）.
[2] 韩广德，金宝昌，丁祥发，中国煤炭钻探工程学[M]北京：煤炭工业出版社，2000.
（作者单位：吉林省煤田地质203勘探公司）
【关键词】 煤田地质 超深孔钻探 煤炭 应用
中国是世界第一产煤大国。但是由于煤田中的地质构造不同，煤矿石的完整程度和力学性质差别较大，钻孔施工中不可避免容易出现一些棘手问题，尤其是在超深空的钻探上，只能边摸索边钻探，随着深度的增加，钻进中遇到的问题难度也成倍上升。下文着重介绍煤田地质超深孔钻探技术及其应用。
1. 基本钻井施工设备
钻井机械采用的是THJ-2000型钻机，该钻探设备是立轴式液压给进型式的器械，立轴式钻机提下一次钻具耗时较短，单根绳的提拉力可以达到80kN，转速的范围较为广，一共设置有高低速、正反位8个基本的档位，移车行程700mm左右。在实施钻探的操作时，为了尽可能的方便操作，给进方法采用的是钻蜒加压的方式。为了减低成本，减少电力损耗，钻探设备改为75kW的电动机。泥浆泵采用卧式三缸变量泵，配以45kW的电机以提供电力。由于在施工中器械排粉能力差，导致孔内阻力变大，易产生水堵，影响机器的转速和钻进功能，所以我们应该同时在施工操作中需要配置对泥沙、泥浆的除砂器，这样可以维持长达7天无需更换易损原件，可以提升转速。钻塔采用整体ZT24A人字形钻塔，使施工安全系数增高。经多年施工操作经验，同时使用钻机、钻塔和泥浆泵使得总体工作性能的稳定性增加，安全性提高，能满足煤田超深地质钻孔的施工要求。
2. 钻进机具的选择
2.1钻杆的选择：规格为∮50mm的钻杆，是自20世纪50年代就开始使用的，虽然到目前位置仍然担负着煤田地质钻探的主要施工任务，但是它还是主要存在断、撸扣和泄流等诸多问題。即使该钻具在材质上面有了一定的提高改善.但已经无法满足煤田超深孔施工的技术要求与操作，操作中常常伴随着发生内孔事故。综上所述，∮50mm的钻具无法保证钻孔的安全和钻进的高效率。超深孔尽量选用更为先进的规格为∮60mm的钻杆.对于岩石以上覆盖达设计孔深的66.8%的情况仍然适用。它具有较高的抗拉强度和较好的综合机械性能力，并且此款钻杆可以满足深孔钻探操作中的的基本要求，在钻探过程中没有发生钻杆失灵会坏的事故。
2.2取心工具的基本要求：当前，一般的绳索取心钻具在普通地形的岩层可以保证岩石矿心的采取率，现在煤田地质钻探过程中较为常用的是单管取芯器，此类的岩石心管的材质较为复杂，钻探过程中常发生弯曲变形情况，尤其是在接头的丝扣部位，常发生撸扣、断扣现象，很容易造成孔内事故的发生，导致钻探工作失败。对于提高破碎带、蚀变带岩矿心的采取率，我们应该采用材质较好，可以引进质量有保证的取芯工具，而综合机械性能较高的ψ89mm石油钻杆作为单管取芯器，其各个方面的均比较可靠。保证在钻探中不会发生因岩心管材质脆弱发生变形，甚至接头部位发生撸扣、断扣等发生孔内事故，影响钻探进度。
2.3钻头的应用选择：钻头的好坏是提高钻进效率的关键所在。近些年来钻头的研究创新硕果累累，钻头的效率大大提高，钻头的平均寿命延长，通过对硬质合金钻头的研究和改进铸造出了锯齿形贴镶、三刮刀、排状合金和装配式不同的各种不同类型的钻头50余种，钻头基本上以聚晶复合片钻头为主，以硬质合金钻头为辅。不同类型钻头分别适用于不同地质情况和不同钻心深度。目前较为常用的是天然、聚晶等类型的金刚石钻头，发挥了金刚石钻进工艺的优势。
3. 钻具的组合
钻具组合选择主要包括：根据单弯螺杆的角度进行选择；根据稳定器尺寸进行选择；根据不同钻具的结构图特点进行选择；根据不同钻头类型进行选择；根据开采地泥浆参数进行选择。钻具的选用一般遵循以下准则：常规定向井、大位移井、水平井的造斜以及复合钻井选用螺杆钻具。遇到高温情况，可选用减速器涡轮。一般可采用下列组合：PDC钻头或牙轮钻头+螺杆钻具；DC钻头或牙轮钻头+减速器涡轮钻具；TSP钻头+高速螺杆或中速涡轮或减速器涡轮；晶金刚石钻头+中、高速涡轮。
4. 泥浆泵及泥浆参数的合理选择
4.1泥浆泵的主要参数选择
泥浆泵的性能取决于泵技术参数的合理匹配，从提高泵的吸入性能出发，优化选择泵的性能和结构参数是至关重要的。泵的额定冲次n钻井泵的冲次n是泥浆泵的主要参数，降低冲次可以提高泥浆泵的吸入性能，还可以延长易损件的使用寿命；泵的冲程长度是另一重要指标，在降低冲次的基础上，加长适当的冲程长度可以进一步改善吸入性能；正确设计吸入管线是保证液流与活塞同步增速的关键。
4.2泥浆的参数选择
4.2.1泥浆的配比：泥浆的分子量大约在三百万到五百万左右，应该选择有较强的选择性絮凝和包被作用的材料配比而成。常用泥浆主要材料为钙基膨润土、羧甲基纤维素、纯碱，单方用量一般控制在以下范围：淡水：1000kg；膨润土：100～120kg；纯碱：3～5kg，羧甲基纤维素：0.5～3kg。调制泥浆以淡水为宜，在淡水缺乏的地区可以使用海水，但必须经过试验重新确定泥浆配合比。
4.2.2泥浆的日常维护：泥浆经过一段时间的使用后会发生老化现象，膨润土以及各种处理剂会有损耗，这样就直接降低配比各组分的含量，为保持泥浆的优越性能稳定，要根据实际情况及时测定含量进行准确的补充。而对于煤层的垮塌，单纯补充处理剂常无明显效果，所以应当适当补充膨润土。
5. 钻进技术的重要参数
由于是超深煤田的钻探工作，存在孔深、覆盖层厚的显著特点，钻进技术参数最好以稳为主要趋势，从而以保证钻孔的垂直度和孔壁的高稳定性。钻机转速以104～149n/min为主；泵量以中高泵量为主，167～260L/min；钻压控制在钻具总重的60%～70%，最好保持三班压力的一致性。
结语
煤田地质超深孔钻探，此类钻探的孔深较深，覆盖层较厚，应该采用适合超深钻口的钻机、经过改良的钻具组合，使用精确配比的聚合物泥浆，保证钻探任务的顺利完成.同时加强今后勘探队伍的建设，使其科技含量更高、更新、更讲求经济效益。钻探工作中应该把多种钻进工艺的设备不断配套优化，发挥其优势，积极利用计算机技术和各种钻井参数检测系统，实现钻探工作的信息化，走出自己的钻探发展之路。
参考文献：
[1] 周志明，洪亚男.深孔钻探技术在施工中的应用体会.[J].科教文汇，2010（27）.
[2] 韩广德，金宝昌，丁祥发，中国煤炭钻探工程学[M]北京：煤炭工业出版社，2000.
（作者单位：吉林省煤田地质203勘探公司）