煤田鉆探千米深孔施工工藝

廉欽龍

中平能化建工集團(tuán)勘探工程處，河南平頂山 467000

煤田鉆探千米深孔施工工藝

廉欽龍

中平能化建工集團(tuán)勘探工程處，河南平頂山 467000

本文針對(duì)深孔煤田鉆探的工具及工藝進(jìn)行了探討，旨在為從事煤田鉆探的工作者提供技術(shù)上的參考。

煤田鉆探；超千米；深孔

1 概述

近些來，隨著淺層煤炭資源的減少，煤炭資源的開采也越來越深，外圍深部資源勘查項(xiàng)目將是今后發(fā)展的重要方向。深部資源找礦項(xiàng)目中，很多鉆孔孔深大于1 000m，最深的甚至接近2 000m。原有的煤田勘查巖心鉆探不論是裝備還是工藝已明顯不能滿足現(xiàn)有勘查施工的需求，很多弊端已經(jīng)逐漸顯露，迫切需要研制性能更為優(yōu)良的機(jī)具以及工藝更為先進(jìn)的技術(shù)方法，只有這樣才能高質(zhì)量、高效率地完成這些深孔鉆孔任務(wù)。筆者結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要，在鉆探工具及工藝上都進(jìn)行了初步的探索，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)效果良好。

2 煤田勘探主要的工具

2.1 煤田鉆機(jī)

目前，在國(guó)內(nèi)用于煤田勘查的巖心鉆機(jī)數(shù)量和種類都比較多，但是深孔鉆探的型號(hào)主要有兩類：一類以立軸式巖心鉆機(jī)為代表，比如常用的XB1000A機(jī)型；另一類則以液壓立軸式鉆機(jī)為代表，常用到的又56系列及24系列等。這兩類鉆機(jī)的提升能力都非常出色，單繩提升力有的機(jī)型就能達(dá)到50kN，扭矩也近5kN·m，良好的性能使其具備了煤田勘查1 000m以上的淺鉆探條件。

2.2 泥漿泵機(jī)型的選擇

目前，使用的泥漿泵從缸體數(shù)量來分，可以分為兩類：一類以雙缸往復(fù)泵為代表，比如常見到的WB-250/50機(jī)型；另一類則是以三缸變量泵為代表。如，比較常見到的NBB-250/60機(jī)型。這兩種泵最主要的優(yōu)點(diǎn)是排量以及能承受的壓力都比較大，最大排量可以達(dá)到250L/min，最大承受壓力也達(dá)到了5.88MPa。

2.3 動(dòng)力設(shè)備的選擇

鉆機(jī)以及泥漿泵與之相匹配的動(dòng)力設(shè)備有兩種：一種是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力；另一種是電動(dòng)機(jī)提供給動(dòng)力。鉆場(chǎng)的總動(dòng)力需求并不大，只要按100kW來準(zhǔn)備即可。

2.4 鉆塔設(shè)備的選擇

鉆塔設(shè)備的選擇主要考慮其有效的負(fù)荷不小于450kN。一般情況下，鉆塔設(shè)備的橫截面積選為正方形，鉆塔結(jié)構(gòu)選用四角鋼即可。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要根據(jù)勘探區(qū)的具體地質(zhì)條件來定。需要注意的是：多級(jí)性的孔徑在設(shè)計(jì)中要最大限度的減少，一般采用直徑為100mm的孔徑。當(dāng)然，特殊孔以及水文孔的設(shè)計(jì)并不采用這種孔徑[1]。

3.2 鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)

鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)如表1所示：

巖性 鉆頭 鉆壓9.8N 轉(zhuǎn)速/min 泵量巖基 復(fù)合片 800～1200 75～300 150～250巖基 金剛石 800～1000 75～300 80～150

表1 鉆進(jìn)的技術(shù)參數(shù)

4 沖洗液的選用及管理

選用性能好的沖洗夜是保證煤田超1 000m鉆井能夠成功施工的關(guān)鍵。在鉆進(jìn)過程中，采用優(yōu)質(zhì)的沖洗液才能夠保護(hù)孔壁、保持地層壓力平衡以及有效的把鉆出的巖屑帶出孔外。對(duì)泥漿的要求也比較高，泥漿必須具有失水量低、護(hù)壁性能好、攜帶能力強(qiáng)以及潤(rùn)滑減阻性能好的特點(diǎn)[2]。

低固相化學(xué)沖所洗用的材料組分比較多，主要涉及的原料有：聚丙烯酰胺、粘土粉、廣譜護(hù)壁劑、羧甲基纖維鈉、純堿腐植酸鉀、聚丙烯腈等。其中，溶解在水中的聚丙烯酰胺可以使泥漿中的巖屑絮凝，從而達(dá)到改善泥漿流動(dòng)性的目的，減少了鉆頭與地質(zhì)體的摩擦，使得鉆頭的效率提高。羧甲基纖維納是用來減少泥漿的失水，并且阻礙泥巖水和化后的膨脹。這對(duì)鞏固孔壁起著非常重要的作用，促使泥漿懸浮以及攜帶巖屑的能力將大大改善。選用腐植酸鉀的目的是為了減少?zèng)_洗液的失水量，起到護(hù)壁防塌的目的。廣譜護(hù)壁劑的作用為了提高泥漿的潤(rùn)滑以及攜帶能力，這樣最終可以使鉆具的旋轉(zhuǎn)阻力大為減小。配置沖洗液之間羧甲基纖維鈉、聚丙烯案、聚內(nèi)烯腈需要事先水化浸泡，攪拌也要充分均勻。需設(shè)備一名管理人員加強(qiáng)對(duì)沖洗液的管理，隨時(shí)觀測(cè)泥漿的各項(xiàng)性能，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。為了充分保證沖洗液的各項(xiàng)性能，每一項(xiàng)指標(biāo)都要與要求相符合，這樣才能最大限度的充分出泥漿的作用[3-4]。

沖洗液的各項(xiàng)參數(shù)可參照表1。

沖洗液循環(huán)系統(tǒng)的管理：對(duì)于深孔循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)槽的設(shè)計(jì)必須參照一下參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)：長(zhǎng)度大于25m，寬度大于0.30m、深度大于0.20m。除此之外，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)沉淀坑，標(biāo)準(zhǔn)池的設(shè)計(jì)尺寸為：長(zhǎng)度2m,寬度1m,深度1.7m。對(duì)于環(huán)槽內(nèi)已經(jīng)沉淀的巖屑，需要工作人員進(jìn)行及時(shí)的清理。

表1 沖洗液的各項(xiàng)參數(shù)

5 需要注意的事項(xiàng)

5.1 嚴(yán)把設(shè)備的安裝質(zhì)量關(guān)

設(shè)備的安裝十分重要，因此在安裝環(huán)節(jié)一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。確保安裝后的設(shè)備鉆塔不僅要平穩(wěn)，還要牢固，這樣最終才能保證主軸、天輪以及孔口這3點(diǎn)都在同一條垂線上。

5.2 嚴(yán)把開孔關(guān)

開孔的好與壞，直接決定著最終鉆孔能否順利進(jìn)行。因此，開孔關(guān)是第二道需要把好的關(guān)口。最好使用粗直徑的鉆具，這樣才能保證隨著鉆孔深度的增加鉆具仍然是垂直的。鉆具的長(zhǎng)度得小于6m～8m的巖芯管。當(dāng)鉆鋌長(zhǎng)度到達(dá)100m左右時(shí)，應(yīng)該增加導(dǎo)正棒或防斜管，這樣可以有效的防止鉆孔彎曲。對(duì)于鉆進(jìn)過程的參數(shù)，應(yīng)嚴(yán)格遵循換班技術(shù)參數(shù)不換的原則。當(dāng)開始初鉆時(shí)，要確保壓力低、轉(zhuǎn)速慢，鉆進(jìn)的過程中要保證給壓是均勻的。

5.3 巖芯的采取

當(dāng)對(duì)巖芯采取的時(shí)候，務(wù)必要卡緊，這樣可以有效防止巖芯在起鉆過程中的脫落。如果掉到半途中，會(huì)嚴(yán)重影響下鉆，甚至導(dǎo)致掃孔。

5.4 硬巖的鉆進(jìn)

當(dāng)對(duì)硬巖進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，必須排隊(duì)使用鉆頭。隨時(shí)觀察鉆頭的磨損程度，鉆頭的使用時(shí)間也要合理控制，以免打瘦孔徑，造成不必要的掃孔。

6 結(jié)論

總之，在超千米孔的施工中要結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)置合理的技術(shù)參數(shù)，這樣才能達(dá)到科學(xué)鉆探的目的。

[1]趙金洲，張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2005.

[2]徐恩峰.煤田鉆探用沖洗液類型的探討[J].煤炭技術(shù)，2008.

[3]高永彬.煤田鉆探超千米深孔施工工藝[J].煤炭技術(shù)，2009(1).

[4]楊磊,楊長(zhǎng)健,馬西平.煤田鉆探技術(shù)的革新與實(shí)踐[J].陜西煤炭，2009(2).

TD8

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1674-6708（2011）57-0054-02