煤田钻探千米深孔施工工艺

2011-06-13廉钦龙

科技传播 2011年24期

关键词：钻塔技术参数煤田

廉钦龙

中平能化建工集团勘探工程处，河南平顶山 467000

煤田钻探千米深孔施工工艺

廉钦龙

中平能化建工集团勘探工程处，河南平顶山 467000

本文针对深孔煤田钻探的工具及工艺进行了探讨，旨在为从事煤田钻探的工作者提供技术上的参考。

煤田钻探；超千米；深孔

1 概述

近些来，随着浅层煤炭资源的减少，煤炭资源的开采也越来越深，外围深部资源勘查项目将是今后发展的重要方向。深部资源找矿项目中，很多钻孔孔深大于1 000m，最深的甚至接近2 000m。原有的煤田勘查岩心钻探不论是装备还是工艺已明显不能满足现有勘查施工的需求，很多弊端已经逐渐显露，迫切需要研制性能更为优良的机具以及工艺更为先进的技术方法，只有这样才能高质量、高效率地完成这些深孔钻孔任务。笔者结合实际的生产需要，在钻探工具及工艺上都进行了初步的探索，经实际应用，发现效果良好。

2 煤田勘探主要的工具

2.1 煤田钻机

目前，在国内用于煤田勘查的岩心钻机数量和种类都比较多，但是深孔钻探的型号主要有两类：一类以立轴式岩心钻机为代表，比如常用的XB1000A机型；另一类则以液压立轴式钻机为代表，常用到的又56系列及24系列等。这两类钻机的提升能力都非常出色，单绳提升力有的机型就能达到50kN，扭矩也近5kN·m，良好的性能使其具备了煤田勘查1 000m以上的浅钻探条件。

2.2 泥浆泵机型的选择

目前，使用的泥浆泵从缸体数量来分，可以分为两类：一类以双缸往复泵为代表，比如常见到的WB-250/50机型；另一类则是以三缸变量泵为代表。如，比较常见到的NBB-250/60机型。这两种泵最主要的优点是排量以及能承受的压力都比较大，最大排量可以达到250L/min，最大承受压力也达到了5.88MPa。

2.3 动力设备的选择

钻机以及泥浆泵与之相匹配的动力设备有两种：一种是柴油发动机提供动力；另一种是电动机提供给动力。钻场的总动力需求并不大，只要按100kW来准备即可。

2.4 钻塔设备的选择

钻塔设备的选择主要考虑其有效的负荷不小于450kN。一般情况下，钻塔设备的横截面积选为正方形，钻塔结构选用四角钢即可。

3 钻孔结构及钻进技术参数的设计

3.1 钻孔结构

钻孔结构的设计，要根据勘探区的具体地质条件来定。需要注意的是：多级性的孔径在设计中要最大限度的减少，一般采用直径为100mm的孔径。当然，特殊孔以及水文孔的设计并不采用这种孔径[1]。

3.2 钻进的技术参数

钻进的技术参数如表1所示：

岩性钻头钻压9.8N 转速/min 泵量岩基复合片 800～1200 75～300 150～250岩基金刚石 800～1000 75～300 80～150

表1 钻进的技术参数

4 冲洗液的选用及管理

选用性能好的冲洗夜是保证煤田超1 000m钻井能够成功施工的关键。在钻进过程中，采用优质的冲洗液才能够保护孔壁、保持地层压力平衡以及有效的把钻出的岩屑带出孔外。对泥浆的要求也比较高，泥浆必须具有失水量低、护壁性能好、携带能力强以及润滑减阻性能好的特点[2]。

低固相化学冲所洗用的材料组分比较多，主要涉及的原料有：聚丙烯酰胺、粘土粉、广谱护壁剂、羧甲基纤维钠、纯碱腐植酸钾、聚丙烯腈等。其中，溶解在水中的聚丙烯酰胺可以使泥浆中的岩屑絮凝，从而达到改善泥浆流动性的目的，减少了钻头与地质体的摩擦，使得钻头的效率提高。羧甲基纤维纳是用来减少泥浆的失水，并且阻碍泥岩水和化后的膨胀。这对巩固孔壁起着非常重要的作用，促使泥浆悬浮以及携带岩屑的能力将大大改善。选用腐植酸钾的目的是为了减少冲洗液的失水量，起到护壁防塌的目的。广谱护壁剂的作用为了提高泥浆的润滑以及携带能力，这样最终可以使钻具的旋转阻力大为减小。配置冲洗液之间羧甲基纤维钠、聚丙烯案、聚内烯腈需要事先水化浸泡，搅拌也要充分均匀。需设备一名管理人员加强对冲洗液的管理，随时观测泥浆的各项性能，并及时进行调整。为了充分保证冲洗液的各项性能，每一项指标都要与要求相符合，这样才能最大限度的充分出泥浆的作用[3-4]。

冲洗液的各项参数可参照表1。

冲洗液循环系统的管理：对于深孔循环系统，循环槽的设计必须参照一下参数进行设计：长度大于25m，宽度大于0.30m、深度大于0.20m。除此之外，还需要设计一个沉淀坑，标准池的设计尺寸为：长度2m,宽度1m,深度1.7m。对于环槽内已经沉淀的岩屑，需要工作人员进行及时的清理。

表1 冲洗液的各项参数

5 需要注意的事项

5.1 严把设备的安装质量关

设备的安装十分重要，因此在安装环节一定要严把质量关。确保安装后的设备钻塔不仅要平稳，还要牢固，这样最终才能保证主轴、天轮以及孔口这3点都在同一条垂线上。

5.2 严把开孔关

开孔的好与坏，直接决定着最终钻孔能否顺利进行。因此，开孔关是第二道需要把好的关口。最好使用粗直径的钻具，这样才能保证随着钻孔深度的增加钻具仍然是垂直的。钻具的长度得小于6m～8m的岩芯管。当钻铤长度到达100m左右时，应该增加导正棒或防斜管，这样可以有效的防止钻孔弯曲。对于钻进过程的参数，应严格遵循换班技术参数不换的原则。当开始初钻时，要确保压力低、转速慢，钻进的过程中要保证给压是均匀的。