有关煤田地质超深孔钻探工艺的探究

张荣芹

摘 要：随着我国经济建设的快速发展，国家对资源需求量的不断增加，对煤炭行业的可持续发展带来巨大压力，促使煤田地质钻孔深度的不断增加。尽管近几年来，煤田行业不断引进新型钻孔技术，但是超深孔钻探项目在发展过程中依然存在诸多问题，例如钻孔稳定性差、取煤困难等，因此，对深孔钻探工艺的研究已成为目前煤炭行业关注的重点话题之一。

关键词：煤炭资源，超深孔钻探，存在问题，优化策略

一、深孔钻探施工中的常见问题及技术措施

1.深孔钻探施工中的常见问题

（1）钻孔取煤难度大

改革开放以来，随着我国煤田地质钻孔深度的不断增加，能够对地下煤炭资源储存量及资源分布情况进行准确分析，使煤田地质勘查工作变得更加便捷，数据信息更加准确。据不完全统计，我国地质探测钻孔深度已经在1800-2000米之间，满足当前社会对煤炭资源的需求量。然而，超深钻孔尽管使数据更加精准化，却给取煤工作带来了较大困难，特别是在煤系地层钻井施工作业期间，受到钻孔空间大小的限制，只能使用探测仪对深层地质进行数据勘测工作，由于不同地区的煤层的结构性质、分层情况、地质特点等存在一定的差异性。因此，怎样确保取样工具及仪表探测具有代表性等，就成为目前我国煤田地质超深孔钻探工程继续解决的问题。

（2）钻孔过程中出现钻井液漏失

在煤田地质超深孔钻探施工过程中， 随着钻孔深度的不断加深，钻机需要按照顺序依次穿过多个地质层。当钻机穿过岩石覆盖层进入到漏失层时，由于地下压力的突然增加使得钻机液压柱出现下降的情况。在外力的作用下，钻机液压柱的孔壁受到外部压力的影响，使得内部的液体出现泄漏，对钻机周围的土层造成巨大的抽吸作用力，甚至会产生局部土层的塌缩现象，造成钻孔安全事故的发生。严重影响到煤田地质勘查工作的正常开展，同时对机械设备带来严重的损耗。

2.采取的可行性措施

（1）做好钻井液量的储备

在煤炭地质深钻孔勘测施工期间，当钻孔深度在1500米以上时就容易出现漏失现象。通常情况下，只要采用有效的保护措施，漏失现象对煤田工程的危害程度是可控的，可以将由漏失导致的土层塌缩影响控制到最小程度。同时使用钻井液对钻孔进行回灌，对煤田工程起到保护作用。该施工操作的原理是在钻井液发生漏失现象的第一时间内将储备钻井液及时向钻孔内进行回灌， 使钻孔内的压力在短时间内达到平衡状态，并将钻机快速拉升，避免钻井液漏失对机械设备的安全运行埋下安全隐患。

（2）进入硬度较大的基岩层时需提前下套管

套管在煤田地质超深孔钻探施工过程中主要发挥两个作用：第一，在基岩层表面进行钻孔时，能够降低钻机设备的钻孔压力；第二，套管具有很好的保护作用，能够降低漏失引起的土层坍缩问题，提高施工安全性。

二、煤田地质超深孔钻探工艺过程

1.钻具选择

结合煤田地质超深孔钻探施工设计要求，选择直径为60mm钻孔工具，同时将接手外径增加3mm，能够增加钻孔工具接手的使用寿命，联合直径为68mm的粗径钻孔连接接手同径，钻孔工具在进行深部钻进时，在满足孔低压力的需求的同时也能满足钻杆传递压力的抗扭强度。覆盖层钻进一般选用直接为120mm的铤钻具施加压力，能够有效确保井底加压量，保证钻孔的垂直程度。

2.钻井液配制及性能的调整

钻井液选择是否合理将直接关系到孔内的安全性及钻进的效率，对钻井液选择的科学性、合理性是确保钻孔顺利进行的前提保障。在钻进施工过程中，由于对基浆液水体质量没有做到足够的关注，导致孔内事故的发生，对于水源水体质量问题，通过改变钻井液配制顺序，选用聚合物钻井液体系后，能够有效提高钻井液的抗钙及抗盐等性能。

（1）对煤田地质超深孔钻探过程中，在覆盖层钻进以及扩孔遇到造浆地层时，向钻井液中添加一些水解聚丙烯酰胺水溶液，未得到有效分解的粘土在处理剂的作用下，能够产生絮状的凝结块，经过除泥器能够快速将絮状物质排出，保持钻井液的清洁及正常循环，大大提高了钻进效率。

（2）在对基层岩石地段进行钻进时，保持其良好的降失水性能的同时，选取的钻井液还要有防止水敏性地层的井壁水化膨胀和润滑性，具有较强的固壁护壁性能。因此，在钻井液中加入润滑剂和PGS能够使钻井液具有较强的润滑性能和防坍塌护壁效果，在减少钻具钻孔回转过程中与孔壁的摩擦阻力，能够有效降低施工动力的损耗，降低孔内安全事故的发生次数。

（3）煤田地质超深孔钻探现场使用的钻井液多数为就地取材，因此，在钻井液配制的过程中要时刻注意水体质量问题，如果水质防护措施使用不当，水质发生污染，钻井液的各项性能及参数指标将很难符合施工建设标准，失水量指标超出标准范围，严重影响降失水处理剂作用的发挥。因此，在配制钻井液时，结合现场施工水质的实际情况，对水体进行软化处理，通产情况下，在水中加入火碱，对其搅拌2小时左右的时间，再加入纯碱或钠基膨润土等进行24小时的预水化处理。

3.钻井液性能的维护

（1）随着吸附在钻井液中的劣质固相高分子聚合物逐步被排除以及高分子所具备的降解作用，能够减少钻井液中有效浓度的含量，降低劣质聚合物的降解效果。结合钻井液自身的性能，将处理剂水溶液进行科学配比并逐步添加到钻井液中，以此确保钻井液的稳定性。

（2）钻进孔深时，不管是浅钻进还是深钻进，尤其是覆盖层较深的钻进时，在对其上钻取心过程中，需要保证钻井液的回灌，进而保持孔内水位的稳定性，减少由于孔内水位下降导致的内孔压力的失衡，引发孔壁坍塌事故的发生。

三、提高钻进效率所采取的措施

1. 提高冲积层钻进效率

在对冲积层进行钻进时，为了减少回次进尺上下钻进的次数，可以使用加长加厚的岩心管进行钻进工作。通常情况下，选用长度为9m的岩心管，能够有效保证钻进时间，提高生产效率。在冲积层取心钻进过程中，每次钻进30—50m后，更换190mm*89mm或者171mm*89mm直径大小的导向钻头进行扩孔，可以避免扩孔时掉落的岩石碎屑堵住井眼，导致重复钻进施工。此外，在冲积层钻进施工作业期间，要加强对冲积层钻进工具的检查工作，避免钻进工具存在断扣、脱扣的问题发生。同时要控制上、下钻进速度，防止钻进时在抽吸压力和激动压力作用下造成的孔壁坍塌现象的发生。

2.基岩非媒系地层钻进

使用加长的厚壁管，一般选用长约9m的岩心管，增加强度和耐磨性的同时还增加了回次进尺，减少辅助时间，提高钻进效率。卡断器的使用能够有效避免卡料卡不牢岩心引发的脱落现象。此外，减少扫孔，孔底部不要留残心，增加回次进尺，可以有效提高钻头的使用寿命，提高钻探效率。

四、结束语

总而言之， 在煤田地质深孔钻探施工中，需要先进的、高效的钻探技术，进而避免孔内事故以及水敏地层护壁等现象的发生，从而影响工程质量。想要提升钻孔质量，就要在深孔钻探前要对周围环境、井上部位、孔内情况等方面做好勘查工作。此外，还要开展施工人员技术水平的培训，加强材料监管及设备维保力度，提高钻探质量。

参考文献

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[2] 张纯峰.孙贵生广宗5-2号煤田勘探深孔钻探工艺[J].探矿工程,2012(39):46-47.

[3]孙贵生.聚合物冲洗液在广宗勘探区深孔施工中的应用[J].中国煤炭地质,2013(6):112-113.

作者简介：张荣芹；男；1975.05.05；大专；钻探；黑龙江省广播电视大学。