关于煤田钻探工艺技术的探讨

邓书军

【摘 要】煤田地质的钻探施工，对于钻探设备、钻探工艺、钻探规程和参数等等都有不同于浅孔施工的要求，本文对几种常见的煤田地质钻探技术进行了分析，供同仁借鉴。

【关键词】煤田地质；钻探；工艺技术

一、钻探技术

目前我国煤田钻探多采用金刚石钻进技术，为进一步提高效率与质量，结合运用绳索取芯钻进技术。随着绳索取芯金刚石钻进工艺逐步应用于煤田钻探，充分发挥了绳索取芯和金刚石钻进工艺的优势，二者的有机结合，解决了煤田钻探过程中钻进效率低、取芯率低的技术难题，从而提高了经济效益。

二、钻进工艺

（1）空气泡沫钻进工艺。煤田钻探常会在于旱缺水的地区进行施工，如果钻探遇到需要穿过煤层的采空区、老窟窿和空巷等地层时，采用常规的水介质循环的钻进工艺困难极大，严重的地层漏失成为技术难题，仅技术护壁套管就要下数层。通过开发应用空气泡沫钻进工艺，有效解决了钻孑L严重漏失和难护壁的技术难题，提高了钻进效率。（2）潜孔锤反循环钻进工艺。该工艺可以在深孔高压的环境下，进行反循环连续取样。在高水柱大背压的情况下，配套设备性能受到制约，孔深超过

300m以后小时效率提高幅度不大，但是在浅孔钻探中，钻进效率提高显著。（3）液动冲击回转钻进工艺。针对煤田勘探施工中较深地层的强研磨性坚硬岩石，应用液动冲击回转钻进工艺，取代钢粒钻进，与单纯的回转钻进比较，其机械钻速提高，孔斜率降低。（4）定向钻进技术。针对一些煤层赋存构造复杂的地区，常规钻进工艺无法满足地质钻探要求，因此应用受控定向钻进技术，所采用的造斜机具主要是螺杆定向和连续造斜器。利用定向钻技术，能够很好地解决在陡直地层找煤勘探的技术难题，中靶率高，完全满足地质钻探要求，能够取得良好的社会经济效益。

三、煤田钻探的定向钻进技术

（1）煤田地质钻孔设计。第一，所钻地层的地质条件。煤炭地质条件的设计包括2个方面：一般情况下，需要了解矿井煤炭的地质条件、地层构造的断层，因而在地质钻孔设计时，要明确断层的性质和参数，以及在钻探中会遇到的问题和处理方法。在煤层地质条件不明确的情况下，不能冒然实施钻进，要试钻，总结出相应的钻进参数，并且要预设多种遇到问题时的处理办法，把钻探事故的发生率降到最低。第二，钻孔参数设计。钻孔参数设计包括：方位角、倾角、孔径、孔深。上述钻孔的参数设计是指孔口参数，反映的是开钻时的钻孔设计要求。刚性保直钻进是传统钻进方法，为了保证钻孔终孔时能够更准确地达到目标靶位，目前多采用定向钻进工艺。在钻进施工前，根据地层条件、工程要求对所要施工的钻井进行轴线轨迹的设计，设计轴线一般是直线和曲线的不同组合。第三，钻具级配设计。在煤炭地质钻进中采用的钻具有以下几种方法：一是采用外平钻杆一径到底，前保直端外加扶正器或专用钻铤；二是采用螺旋钻杆；三是采用垫叉式钻杆，前保直端外加扶正器或专用钻铤等。在煤炭地质钻探中，钻具的使用应注意的问题：一是在较为复杂的煤系地层中钻进，钻具级配的设计应力求简单，尽可能地减少孑L内附属器具的放置；二是为满足保直钻进的要求，钻孑L环状间隙要求尽量采用下限值。（2）钻进工艺参数设计。第一，钻进工艺参数。钻进规程的3个主要参数是钻压P、转速n 和泵量Q，它们之间交互影响。关于P、n、Q参数之间合理配合的一般原则可概括为：一软岩石研磨性小，易切入，应重视及时排粉，延长钻头寿命，所以应取高转速、低钻压、大泵量的参数配合；对研磨性较强的中硬及部分硬岩石，为保持较高的钻速并防止切削具早期磨钝，应取大钻压、较低的转速、中等泵量的参数配合；介于两者之间的中等研磨性的中软岩石，则应取两者参数配合的中间状态。在实际钻进中，根据钻探工艺的要求，把钻进参数划分为：正常钻进参数区；非正常钻进参数区；极限钻进参数区。根据钻进参数值反应在不同的区域，可以判断和预防钻进中孔内的状况，及时调整钻进工艺参数，孔内发生的事故在多数情况下是有规律可循的，较大规模的突发事故一般情况下较为少见。第二，钻进泥浆的运用。钻探工程可变因素很多，泥浆工艺是很重要的可变因素。如果使用好泥浆，确定适合地层岩性的泥浆配方，调节好泥浆性能，就可以钻穿各种复杂地层。第三，钻进中遇到的问题。针对不同的孔内事故，必须采取有针对性的方法来处理。不同的矿区煤炭地质条件存在着很大的差异。因此，在钻孔的设计中，要考虑造成事故的主要原因，采取必要的防护措施和相应的处理手段。

四、结语

（1）通过对地质钻探工艺的分析，其中定向钻进技术中靶率高，能够满足煤田地质钻探的需求，适合用于煤田钻探中。同时为满足煤田上岩矿芯的采取率高的要求，利用绳索取芯和金刚石钻进技术，结合多种钻探工艺的方法，可以提高煤田地质钻探的钻进效率。（2）目前向地层深部钻探工作量逐步增多，液动冲击回转钻进、孔底动力头螺杆钻、高聚物冲洗液等将会和绳索取芯钻进有机地结合而得到更多的应用，钻探工程市场化将会极大地促进钻探工程的技术进步。