浅谈深井钻探施工技术在煤田勘查中的应用

【摘要】：深井钻探技术是各国开采石油、天然气、煤田等这些重要能源的基本手段。随着我国经济建设的高速发展，能源储备不足的情况已日益突出，随着采矿技术的不断发展，以及煤炭资源的日趋紧张，煤田勘查也不断的往更深层次发展。我队在豫东柘城县胡襄矿区的勘查中大多都采用深井钻探技术，结合胡襄矿区的特点谈深井钻探在煤田勘查中的应用效果以及应注意的问题。

【关键词】：深井钻探 ; 煤田勘查; 施工技术; 应用效果

深井钻探技术是各国开采石油、天然气、煤田等这些重要能源的基本手段。在煤田勘查中，深井钻探主要用于对地层深处的煤炭资源进行钻探，或者是为煤田地质进行标准地层的钻探。随着我国经济建设的高速发展，能源储备不足的情况已日益突出。为此，我队组织专家对以往资料重新认识、认真分析，提出商丘睢阳区与柘城交界区域是前景相对较好的地区，我们应用新的找矿理论、找矿预测评价方法以及先进的技术手段，对柘城县胡襄等煤矿预查区进行系统全面的资源潜力调查预测评价。

柘城县胡襄煤矿项目成立以后，我队地质技术人员采用三维地震、钻探和测井及采样化验相结合的方法，组织钻机施工钻孔累计进尺近25000米，探获普查煤炭资源量25亿吨以上，深井钻探技术在煤田勘查中发挥着重要作用。

⒈ 关于深井钻探技术

深井钻探技术是验证地下信息的推断、取得地下实物资料、圈定矿体、计算储量的重要技术手段，是取得重大成果的重要技术支撑。近年来，世界对金属和矿物的需求不断增加，世界固体矿产勘查采矿投资业逐年增加，使得勘查技术也得到了平稳发展。

近年来，深井钻探技术并没有根本性的突破和发展，仍以小口径金刚石绳索取芯钻探技术为主。目前，一些发达国家所采用的岩心钻探方法主要有三牙轮钻进、金刚石回转钻进以及气动潜孔锤钻进，使用较多的取芯方法是反循环取芯及绳索取芯。钻机的深能力有很大的提高，钻机都为全液压动力头长行程的跟进。我国的深井钻探技术与装备水平和国外相比还存在着较大的差距，但近年来也得到了长远发展。国家重大科学工程项目“中国大陆科学钻探工程”5158米“科钻一井”的实施，取得了很大的钻井成果，形成了具有先进水平的硬岩深井科学钻探技术，包括扩孔钻进技术、泥浆技术、井斜控制技术和硬岩深井取芯钻进技术。研制的螺杆马达+液动锤+金刚石取芯钻进系统，具有优质、高效、经济安全的施工效果，大大的提高了取芯钻探技术。

⒉ 煤田勘查所采用的主要机具以及工艺方法

近年来，随着矿区煤炭资源的开采深度不断增加，外围的深部资源勘查项目也随之相应增多，深井钻探成为煤田勘查中不可或缺的勘察手段，它一般都面临着井漏、地层复杂、生产周期长以及容易发生井壁垮塌等问题。因此，在面对深井施工工期长、工序多等勘查问题时，应当根据区块的特点制定不同的施工方案，实验深部底层优选钻头及深井抗高温钻井液应用等技术。

2.1、主要的设备以及功能

2.1.1主要的设备包括：

① 钻机：现阶段我国煤田勘查使用的岩心钻机主要有立轴式岩心钻机和液压立轴式岩心钻机。立轴式岩芯钻机的代表机型为XB1000、XY-4等机种，液压立轴式岩心钻机的代表机型为TK系列、XY系列。

② 钻塔：较常用的钻塔是A型人字钢结构钻塔和横截面为正方形的四角钢结构钻塔。

图1：人字钢结构钻塔图2：四角钢结构钻塔

③ 泥浆泵：现阶段使用的泥浆泵主要有两类：三缸变量泵及双杠往复泵。

④ 动力：钻机与泥浆泵配套动力主要分为电动机动力和柴油机动力两类。

2.1.2主要的工艺方法：

⑴ 钻进工艺：金刚石绳索取心钻进;金刚石无心和提钻取心钻进。

⑵ 常用钻具： 50毫米钻杆， 68毫米钻铤，S75、S95绳索取心钻具， 89至168毫米岩心管。

⑶ 常用钻孔的孔径：95至168毫米。

2.2选配的新型的主要机具

1、钻机：选用石家庄煤矿机械有限责任公司生产的HTJ2000地质钻机，它具有扭矩较大、转速范围较大、提升能力较大等特点，还能够实现液压称重和加减压钻进，能够准确的控制孔底压力。它的液压卡盘设计和立轴通径设计适应了空气反循环钻进的要求，它可以通过前后移车使回转器让开井口，为起下钻具以及进行绳索取心作业提供方便。

2、钻塔：选配高27米的AS27-50-A型人字塔，最大有效负荷为500kN，安装和起落安全可靠方便快捷。

3、泥浆泵：选配石家庄煤矿机械有限责任公司生产的3NBB260～35/10～7-45 煤矿用泥浆泵。

4、动力：搭架并入工业电网或选配6135AN/150P柴油机作为动力。

⒊ 深井钻探在柘城胡襄煤矿勘查中的应用、效果及注意事项

在对柘城胡襄煤矿的普查工作中，针对煤矿地质构造复杂、施工井深、下部地层压力系数高，容易漏喷等复杂的情况，我队把提高钻井速度、控制复杂事故、保证工程质量作为煤田普查工作的重中之重，集中优良的钻井装备服务于煤田勘查开发。

柘城胡襄煤矿煤层厚度约为4米，含煤面积360平方千米，矿区内地质条件比较稳定，下部多为砂岩和泥岩。其中砂岩硬度较高，可钻性在7级以上，钻进效率较低，在施工中容易造成钻孔弯曲。因此，要想顺利完成施工任务，就要尽可能的解决所存在的技术难题。

3.1控制钻孔的垂直度

在进行深井钻探时，设备的安装是尤其重要的。钻塔的基础应保证平稳坚固，以免出现震动强拉等情况而造成钻塔倾斜。钻机安装要平稳，为保证开孔时的垂直度，滑车、天车、孔口要保持一线。钻塔的四角要用绷绳加以固定，超过18米时采用双道绷绳固定，要随时注意检查钻塔与钻机的垂直度，及时纠正所发生的偏差。要选用刚性比较好的钻具，连接后有比较好的同心度。在开孔时应慢转轻压，随着钻孔的逐渐加深加上刚直的导向钻具，在开孔和刮刀钻进时必须要使用导向，选用圆直的长度在3米以上的取心管进行取心钻进。

本煤矿区大多都是超千米孔，应当选择失效高、寿命长、适应性好的钻头以适应硬度较大、研磨性较差的岩石。我们一般选用单管金刚石取心钻头钻进。在矿区通过比较和实验，选择品级SMD、硬度为HPC36±1、粒度为4660的单管金刚石钻头(图3)。此种钻头比较适合本矿区的岩石钻进，使用寿命较长，使用效率较高，效果也相对较好。

图3：金刚石钻头

3.2破碎坍塌地层的钻进及处理

在深井钻探施工中，容易遇到破碎坍塌地层，这种地层容易发生埋钻和卡钻事故，若遇到漏失量大的地层，就会消耗大量的泥浆材料，如果处理不好容易发生事故，降低钻进速度。

破碎地层一般分为不漏水与漏水两种情况，漏水的地层漏失量大小不一样，漏失量小的多为裂隙发育带，漏失量大的多为断层破碎带。漏失量小的一般都很好处理，加一些堵漏剂和锯末就可以，对于漏失量大的断层就不是很好处理，在胡襄煤普查矿区就遇到这样的情况。有些钻孔在开孔300米后出现漏水情况，采取加锯末和堵漏剂进行处理，效果较好，当时仅仅是漏水破碎不是很明显，采用大量堵漏剂和锯末加泥浆调配钻进即可;钻进800米左右时开始出现破碎现象，出现大量的漏失现象，随即考虑采用水泥封堵的方法进行施工，采用边钻进边封堵的方法进行施工，用水泥护壁强行进行施工，效率低，但成本较低，目前被较多采用。

3.3深孔钻井施工应注意的一些问题

我队在该矿区主要的施工设备是主要使用的有TXJ1600型地质钻机、XY-6B型地质钻机、AS22-36型钻塔、NBB-250/6泥浆泵等。在深孔复杂地层钻进应当做到孔壁规则、钻孔垂直，保持孔内干净、保持泥浆具备良好性能等，为弥补我队设备的不足，减少钻孔的弯曲度、提高钻孔质量、防止发生孔内事故，在深孔钻井中我们应主要注意以下几个方面：

Ⅰ、开孔时轻压慢转，钻孔不断加深的同时加入长导向。进行刮刀钻进时必须带长导向，长度应在7米以及7米以上，进行取芯钻进时岩心管应在3米及3米以上，配置刚直钻具保证连接后的同心度。

Ⅱ、要经常对钻杆钻具进行检查，有问题时要及时更换，以避免钻杆断掉发生掉钻事故。

Ⅲ、孔深到一定深度时，接头处应加入塞线再进行下钻，以防接头处发生漏水情况形成假循环。

Ⅳ、为防止因孔内岩粉过多迅速沉淀而造成烧埋事故，在补充及调配泥浆时不能直接加清水，应加入预先泡好的新鲜泥浆。

Ⅴ、遇见软地层时，特别是见煤预告地层内，要严格遵循“见软就起钻，不要打打看”的原则，及时提钻并做好采芯工作。若有残留岩芯，要先捞净再下取煤器。为保证煤芯的采取率，取煤器钻进的进尺应控制在50厘米以内。

⒋ 结束语

在煤田勘查施工中，对于深孔复杂地层，深井钻探技术显得十分重要，必须针对不同情况不同地层采取相应的有效措施，以避免或减少孔内事故发生，提高钻进效率，以达到勘查设计的目的。

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