煤田地质超深孔钻探技术及其应用探讨

摘 要：改革开放以来我国的经济得到了快速的发展，经济发展的同时必然导致了对能源需求的逐渐增多，煤炭资源作为我国的主要能源，对经济的发展有重要的作用。煤田地质超深孔钻探技术作为煤炭开采的关键技术，影响着煤炭开采的质量和产量，我们要加大对煤田地质超深孔钻探技术的研究，提高技术的水平和质量。文章主要就深孔钻探技术的特殊性和煤田地质超深孔钻探技术以及应用展开论述。

关键词：煤田地质；超深孔孔钻探技术；应用探讨

我国是世界上煤炭资源开采的大国，虽然我国的能源结构有所调整，但是煤炭资源目前仍然是我国的主要能源之一，而且我国的煤炭资源没有依赖进口，完全实现了自给自足，所以煤炭资源开采的技术和水平就变得更加重要。由于煤炭资源储藏在特殊的地质环境中，对位于地下的煤炭资源进行开采，大多数的情况使用的开采技术是深孔钻探技术，尤其是超深孔钻探，工作更加困难，由于缺乏相关的经验，只能在钻探中一边进行摸索，一边进行开采。对于地下储藏的煤炭资源来说，煤田地质超深孔钻探技术是其开采的主要方式，尤其是随着煤炭资源开采的不断深入，地表的煤炭资源变得越来越少，所以需要开采地下深层的煤炭资源。我们要做好煤田地质超深孔钻探技术的研究，提高超深孔钻探技术的质量和水平，促进我国煤炭资源的合理开采和顺利利用，保证煤炭资源开采的安全性。

一、超深孔钻探的特殊性

超深孔煤炭钻探具有特殊性，主要体现在以下几个方面：第一，深孔钻探孔位的选择，尽量选择在地壳尽可能存在裸露的结晶岩地区；第二，在煤田地质超深孔钻探技术完全开始之前，要进行提前的试验，尽可能采集到地壳内部的岩石，包括岩心、侧壁岩样、岩屑、液态和气态的物质等，一边有利于对该地下位置煤炭资源蕴含量进行分析；第三，遇到坚硬的结晶岩时，就要使用金刚石钻头，这样可以成功突破结晶岩，还可以提高岩石的使用寿命；第四，创新和发展在孔底更换钻口等新技术，这样可以减少非钻孔的时间，提高煤炭开采的效率；第五，因为地球内部的温度和压力是十分高的，针对高温高压这一工作环境，所以所使用的钻孔和机械必须是具有抗高温和高压的性质。

二、煤田地质超深孔钻探技术及其应用

（一）钻井施工的基本设备。我国所使用的钻井设备是THJ—2000型钻井设备，属于立轴式液压给进型的设备，立轴式钻井更换钻孔设备的时间比较短，而且转速的调整范围比较广，有高低速、正反位等八个基本的档位，此外单绳的提拉力可以达到80KN，移车行程达到了700mm。为了实现操作的方便，在进行钻孔钻探时，采用的给进方法是钻蜒加压的方法。为了减少成本和电力的损耗，使用75KW的电动机，又因为在施工过程中，器械的清理能力和处理粉尘的能力比较差，使空内的阻力变大，容易发生水堵的问题，所以为了避免影响机器的转速和钻进功能，在施工操作的同时，要对钻井设备配置除砂器，清理施工过程中产生的泥浆和砂石。这样可以在7天之内不需要更换容易受损的元件，还有利于提升钻速。最后钻井的钻塔使用整体的人字形钻塔，使施工的安全系数提高。

（二）钻进机具的选择。钻井机具的选择主要包括三个方面的内容，分别是钻杆、取心工具和钻头的选择。首先在钻杆的选择方面，自上世纪50年代开始，就已经使用规格为ψ50mm的钻杆，虽然直到目前来看，这一类型的钻杆仍然发挥着主要的作用，但是随着煤炭开采实际情况的不断变化，在开采过程中出现了很多的问题，比如主要存在断、泄流以及撸扣等诸多问题。虽然这种类型的钻杆在材料和制作技术上已经逐渐改善，但是它已经不能适应目前深井钻探的要求，无法保证钻孔的安全和工作的效率。所以在实际的开采过程中，超深孔的钻井必须选择ψ600mm型号的钻杆，它具有较大的优势，优点是较强的抗拉程度和较好的综合机械能力。此外这一类型的钻杆还满足了超深孔工作的情况，在工作中很少发生损坏的问题。其次在取心工具的选择上，常用的地质钻探工具是单管取芯器，这类的工具由于岩石心管的组成比较复杂，在钻探过程中容易出现弯曲的现象，特别是接头的丝扣经常发生断扣、撸扣的问题，最终导致钻孔的失败。所以对于十分复杂的岩石取心，应该使用国外较为先进的设备，这样的材料质量比较好、综合机械性能高。通常ψ89mm作为石油钻管可以作为单管取芯器，可以在钻探中避免出现弯曲、断扣的问题。最后在钻头的选择方面，要知道钻头的质量好坏关系着钻探的进程和效率。随着近几年来科技的不断进步，我国的钻头研究已经取得了一定的成果。钻头的使用时间不断延长，钻头的使用效果变得更加完善，通过对硬质合金钻头的改进和研究，在此基础上发明了三刮刀、锯齿形贴钻、排状合金以及各种装配不同的钻头，达到了五十余种。不同类型的钻头适用于不同的地质条件和钻孔深度以及岩石情况，目前我国的钻头以聚晶复合片钻头为主，硬质合金钻头作为辅助。

（三）钻具的组合选择。钻具选择的主要依据包括根据稳定器的尺寸、不同钻具的结构图特点、单弯螺杆的角度以及开采地的即将参数等依据选择，此外在钻矩的组合选择中，还要遵守以下的原则：螺杆钻具适用于常规定向井、大位移井、复合钻井和水平井的造斜。选用减速涡轮来解决高温的问题。

（四）泥浆泵和泥浆参数的合理选择。

1.泥浆泵的选择。为了提高泥浆泵的性能，优化泥浆泵的性能和结构参數尤为重要，因为泥浆泵技术参数的匹配决定了泥浆泵的性能。在实际的工作中，泥浆泵的主要参数是泵的额定冲次n钻井泵的冲次n，可以看出降低冲次可以提高泥浆泵的性能和工作效率，延长易损件的使用寿命。泵的冲程长度是衡量泥浆泵性能的另一个重要指标，它可以在适当降低冲次的基础上，增加泵的冲程长度；最后保证吸入管线的正确设置，是实现液流与活塞同步增速的关键。

2.泥浆参数的选择。泥浆参数的选择主要包括泥浆的配比和日常维护工作。因为泥浆的分子量在三百万到五百万之间，应该在配比过程中选择有较强性能的选择性絮凝和包被作用的材料。常用的泥浆材料包括钙基膨润土、纯碱、羧甲基纤维素。泥浆的调制最好使用淡水，但是在海水覆盖的区域，需要在使用海水之前进行充分的试验。泥浆需要进行日常维护，主要是因为泥浆在使用一段时间以后，会发生老化的现象，膨润土以及各种处理剂会发生损耗的现象。为了保证配组各比分的含量，要在实际使用的过程中对处理剂进行添加。

三、煤田超深孔钻探的注意事项

煤田的超深孔钻探与深孔钻探相比较，进入地下的深度更深，所需要的钻探技术要求更高，对钻探设备和钻口质量的选择要求更高。所以在进行煤田的超深口钻探工作时，施工设备要安装牢固；而且安装的位置十分准确，在钻孔结构设计的过程中，不仅要根据相关材料进行制定，还需要根据煤田开采的实际情况进行钻孔结构的选择；尽量使用上下贯通的钻孔，这样不仅可以降低成本、提高收益，还可以提高工作的效率，降低施工的难度。

在煤田超深孔钻探工作开始之后，首先要保证开孔孔径具有绝对的垂直度，就需要使用直径较大的钻孔工具进行开口，在钻井的过程中，要以低速、匀速的前进状态进行，对孔径的垂直度进行实时监测。

最后在钻头使用的过程中，无论是金刚石钻头还是硬质合金钻头，都可以新旧交叉使用。这是钻井的速度和方法就显得更加重要，匀速慢行的钻井状态可以提高钻头的使用寿命，保证钻井工作的顺利进行。

四、结语

我国的煤炭开采分为露天开采和井下开采，但是随着煤炭资源开采的不断深入，较浅地层的煤炭资源已经出现枯竭的趋势，这就要求对地层更深的煤田进行开采和挖掘。煤田超深孔钻探技术对于较深地层的煤炭资源开采具有关键的意义。所以提高煤田超深孔钻探技术的质量和水平，有利于我国煤炭资源的开采和利用，也是我国煤炭开采技术的创新和发展。

参考文献

[1] 刘东柱.煤田地质超深孔钻探技术及应用[J].科技信息，2010（25）：757-840.

[2] 沈君波.超深孔钻探技术在煤田地质中的应用[J].建材与装饰，2012（35）：228-229.

[3] 安亚昆，王强，王营等.煤田地质超深孔钻探技术及其应用[J].科技创新导报，2012（16）：83-83.

作者简介：蒋俊，云南省一四三煤田地质勘探队。