新疆準東煤田復雜地質條件鉆探技術的探討

【摘要】隨著科學技術的進步和發展，煤田鉆探技術也取得了很大的發展并且積累了不少經驗。諸如小孔徑鉆進、裸眼鉆進、金剛石鉆進，以及液壓擰管機、活動工作臺和集裝箱運輸的推廣和使用等，促進了煤田鉆探工程的優質高效、安全低耗的發展。為了更好地發展煤田鉆探技術，應該從實際出發制訂一個切實可行的發展規劃。即從現有的技術和生產的實際需要出發，認真抓好適合各種地質要求的鉆頭、防斜糾斜鉆具、取芯工具的使用和鉆探設備的研制，促進煤田鉆探技術的發展。

【關鍵詞】煤田；鉆探技術；地質條件

【中圖分類號】P634.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0208-02

新疆準東煤田西起昌吉州阜康市東界，東到木壘縣老君廟，北到昌吉州北部邊界卡拉麥里山南麓，南接古爾班通古特沙漠北緣，東西長約220km，南北寬約60km，煤田面積約13000km²，預測煤炭資源儲量3900億t，占全疆儲量（2.19萬億t）的17.8%，全國煤炭儲量（5.56萬億t）的7%。截至2009年6月，已探明煤炭資源儲量2136億t，單層煤層最厚可達80m，可采煤層平均厚度43m，煤層豐厚的地方每平方公里煤炭儲量達5000萬t。它是中國乃至世界上最大的整裝煤田。根據準東煤電煤化工產業帶發展規劃，到2015年，準東煤田煤炭生產能力達到1.36億t/a、發電裝機1200萬kW、煤制油產能900萬t/a、煤制天然氣產能120億m³/a，制烯烴產能240萬t/a、煤制化肥產能240萬t/a。

一、抑制泥漿成分造漿

在鉆進過程中，如果泥漿使用不當，容易使松散層泥質因吸水水化而導致膨脹松散，造成松散層垮塌鉆孔超徑。可能帶來如容易鉆出新孔，鉆桿折斷等問題，造成施工不便。泥巖造漿會增高泥漿固相含量，加重對水泵的磨損，泵壓增高，情況嚴重時可能不得不提鉆。這樣就大大的降低了鉆探的效率。

因此，要解決這個問題要求我們在鉆進過程中加入能夠抑制泥漿造漿成分的物質。從上世紀八十年代以來，細分散劣質泥漿已經逐漸被不分散低固相優質泥漿所替代。加量比例、處理先后順序以及選用泥漿材料不同，低固相優質泥漿就會表現出不同的抗泥質成分。在采用低固相優質泥漿時，應該經過科學的研究再選擇最適當的最優化泥漿，不能盲目的以為只要采用低固相優質泥漿就能解決造漿地層的問題。

減弱泥巖造漿的方法之一便是適當控制失水、降低泥漿失水。但值得注意的是，我們不能單純采取降低失水的方式，原因是這樣做會大幅度提高泥漿成本并且帶來其他副作用。因此，必須把握好控制失水的程度。

還可以采用機械的方式除掉砂泥巖巖粉的微粒，對于那些漂浮在泥漿中并且長時間不沉淀下去的物質，如果清除不及時，會給鉆進帶來困難。所以旋流除砂，徹底清除泥質成分，提高抗污染能力非常重要。

二、攻克硬巖

硬巖問題一直是鉆探煤田的一個重大問題，為了突破硬巖這個難題，在鉆探一開始的時候，我們用部門訂購的直徑為φ114mm的復合體鉆頭反復進行了多次試驗，實驗效果都不是特別理想，鉆進的進尺速度僅為每小時0.2至0.3米。為了進一步研究解決硬巖問題，部門隨后又相繼訂購了φ114mm和φ95mm兩種直徑大小不同的金剛石鉆頭繼續進行試驗，在孔徑問題上φ114mm金剛石鉆頭雖然和原來的復合型鉆頭一致，但金剛鉆頭相對復合體鉆頭減少了擴孔時間，與之相比的不足之處在于一是克取面積較前者大且進尺也較前者慢；二是在施工現場多數還在使用那種老式千米機，較慢的轉速影響到了鉆進速度；三是金剛石鉆的孔徑內徑大而且巖芯粗不易扭斷，所以在采芯的時候比較困難，鉆進效率為每小時0.3至0.4米左右。隨后我們又試用了直徑為95mm金剛石鉆頭，明顯的感覺到進尺速度得到大大的提高，可以達到每小時1至2米，甚至當鉆頭更多進入到煤系地層以后，由于泥巖相對地表淺層較軟，我們可以考慮更換不一樣的合金鉆進。另外從采取煤芯的便利性來考慮，我們發現孔徑仍需保持φ114mm，通過對比研究，我們決定使用直徑95mm金剛石鉆頭首先穿過硬巖層，然后再通過擴孔的方法進行深部硬巖層的鉆進。

在鉆進硬巖的過程中也會經常遇到較軟的泥巖層，這時再采用金剛石鉆進，效率就得不到提高。我們為了一次擴孔連續使用金剛石鉆進，在這種情況下，金剛石鉆進工藝的關鍵就是合理選用鉆頭。我們在鉆探現場使用的直徑為95mm金剛石鉆頭主要有三種類型：唇面為平面型、唇面為鋸齒型、聚晶金剛石鉆頭。前兩種金剛鉆頭使用較多，第一種胎體硬度為hrc40的鉆頭適合在較堅硬研磨性較強的巖層中使用，第二種胎體硬度為hrc35的鉆頭適用于較軟的巖層。

三、鉆進參數的選擇

鉆頭的質量與操作使用金剛鉆是否得當，會造成金剛石鉆的使用效果不同。因此，在鉆進過程中操作者必須集中精力，正確掌握各種鉆進參數，才能提高整體工作效率并且延長鉆頭使用壽命。

1、鉆壓

在鉆進過程中，直接影響鉆速的重要因素之—就是壓力的大小。在各種設備、管材許可和鉆頭能承受的范圍內，我們可以通過適當增加鉆壓來達到提高鉆速的目的，但要注意的是不能盲目的加大壓力，這樣會造成金剛石胎體急劇磨損甚至導致胎體破裂，反而會縮短鉆頭的壽命并且造成鉆具折斷。所以我們必須根據巖性來適度合理地掌握鉆壓。

2、轉速

我們知道，轉速與效率密切相關，轉速越慢，效率越低。相反，轉速越快，效率越高。在鉆機和各種設備及巖層允許的情況下，我們可以盡量提高轉速來達到效率的提高。在實際情況中，由于設備等各種因素的制約，速度過高對鉆具會產生強烈的振動，尤其是遇到破碎巖層的時候。在實際的煤田鉆探時，轉速一般控制在每分鐘150至300轉。

3、泵量

在鉆探現場我們多數采用brr250/40的水泵，面臨深孔的時候，要求來水盡量大。為解決施工中經常出現蹩泵現象這一問題，我們將現場使用的巖芯管腦袋為φ95mm直徑改為91mm直徑，并在其上加焊了四條焊條同時將巖芯管改為薄壁的。

四、鉆孔漏失處理

作為鉆井過程的一大難題，鉆孔漏失一直備受人們關注。目前，對鉆孔漏失的解決方法主要有以下幾種：

（1）對于淺部的松散漏失層情況，我們可以采用下套管封隔的方法。

（2）針對500米以內的淺部或中深部硬地層漏失情況，由于水位比較低，采用雙壁管反抓環中心取樣的方法或者空氣潛孔錘正抓環鉆進的方法來解決。

（3）用空氣泡沫鉆進應對水位較低的其它漏失層。

（4）在堵漏材料的研究上投入更多的精力，研究堵漏材料與翻失通道的適應性，避免盲目性，實現更好的堵漏。

五、結語

根據社會發展的需要，研究煤田鉆探技術，針對不同地區的不同地質特點研究出適合本地的煤田開采設備與技術，重點解決一直以來的技術難題，如煤礦瓦斯問題，泥漿成分，巖石硬度，煤炭的地下液化及鉆孔漏失等等對解決煤田開采難題和能源利用問題具有重大的現實意義。我們應該建立一支能夠適應社會需求的技術先進的隊伍，促進鉆探技術的進步，實現可持續發展。

參考文獻

[1]耿瑞倫.地質鉆探技術的歷史回顧與展望[J].探礦工程，1999，（1）：5-H

[2]謝青龍，于殿奎.白山金英金礦區復雜地層鉆進護壁堵漏技術[J].探礦工程，2007，（10）

[3]林樣.我國煤炭鉆探技術的研究進展[J].煤田地質與勘探，1995，（3）

[4]金寶昌.煤田鉆探的發展與成就[J].探礦工程1989，（5）

[5]孫明俠，等.淺談煤田地質勘探鉆探技術發展[J].民營科技，2007，（3）：129