新疆准东煤田复杂地质条件钻探技术的探讨
【摘要】随着科学技术的进步和发展，煤田钻探技术也取得了很大的发展并且积累了不少经验。诸如小孔径钻进、裸眼钻进、金刚石钻进，以及液压拧管机、活动工作台和集装箱运输的推广和使用等，促进了煤田钻探工程的优质高效、安全低耗的发展。为了更好地发展煤田钻探技术，应该从实际出发制订一个切实可行的发展规划。即从现有的技术和生产的实际需要出发，认真抓好适合各种地质要求的钻头、防斜纠斜钻具、取芯工具的使用和钻探设备的研制，促进煤田钻探技术的发展。
【关键词】煤田；钻探技术；地质条件
【中图分类号】P634.8 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0208-02
新疆准东煤田西起昌吉州阜康市东界，东到木垒县老君庙，北到昌吉州北部边界卡拉麦里山南麓，南接古尔班通古特沙漠北缘，东西长约220km，南北宽约60km，煤田面积约13000km2，预测煤炭资源储量3900亿t，占全疆储量（2.19万亿t）的17.8%，全國煤炭储量（5.56万亿t）的7%。截至2009年6月，已探明煤炭资源储量2136亿t，单层煤层最厚可达80m，可采煤层平均厚度43m，煤层丰厚的地方每平方公里煤炭储量达5000万t。它是中国乃至世界上最大的整装煤田。根据准东煤电煤化工产业带发展规划，到2015年，准东煤田煤炭生产能力达到1.36亿t/a、发电装机1200万kW、煤制油产能900万t/a、煤制天然气产能120亿m3/a，制烯烃产能240万t/a、煤制化肥产能240万t/a。
一、抑制泥浆成分造浆
在钻进过程中，如果泥浆使用不当，容易使松散层泥质因吸水水化而导致膨胀松散，造成松散层垮塌钻孔超径。可能带来如容易钻出新孔，钻杆折断等问题，造成施工不便。泥岩造浆会增高泥浆固相含量，加重对水泵的磨损，泵压增高，情况严重时可能不得不提钻。这样就大大的降低了钻探的效率。
因此，要解决这个问题要求我们在钻进过程中加入能够抑制泥浆造浆成分的物质。从上世纪八十年代以来，细分散劣质泥浆已经逐渐被不分散低固相优质泥浆所替代。加量比例、处理先后顺序以及选用泥浆材料不同，低固相优质泥浆就会表现出不同的抗泥质成分。在采用低固相优质泥浆时，应该经过科学的研究再选择最适当的最优化泥浆，不能盲目的以为只要采用低固相优质泥浆就能解决造浆地层的问题。
减弱泥岩造浆的方法之一便是适当控制失水、降低泥浆失水。但值得注意的是，我们不能单纯采取降低失水的方式，原因是这样做会大幅度提高泥浆成本并且带来其他副作用。因此，必须把握好控制失水的程度。
还可以采用机械的方式除掉砂泥岩岩粉的微粒，对于那些漂浮在泥浆中并且长时间不沉淀下去的物质，如果清除不及时，会给钻进带来困难。所以旋流除砂，彻底清除泥质成分，提高抗污染能力非常重要。
二、攻克硬岩
硬岩问题一直是钻探煤田的一个重大问题，为了突破硬岩这个难题，在钻探一开始的时候，我们用部门订购的直径为φ114mm的复合体钻头反复进行了多次试验，实验效果都不是特别理想，钻进的进尺速度仅为每小时0.2至0.3米。为了进一步研究解决硬岩问题，部门随后又相继订购了φ114mm和φ95mm两种直径大小不同的金刚石钻头继续进行试验，在孔径问题上φ114mm金刚石钻头虽然和原来的复合型钻头一致，但金刚钻头相对复合体钻头减少了扩孔时间，与之相比的不足之处在于一是克取面积较前者大且进尺也较前者慢；二是在施工现场多数还在使用那种老式千米机，较慢的转速影响到了钻进速度；三是金刚石钻的孔径内径大而且岩芯粗不易扭断，所以在采芯的时候比较困难，钻进效率为每小时0.3至0.4米左右。随后我们又试用了直径为95mm金刚石钻头，明显的感觉到进尺速度得到大大的提高，可以达到每小时1至2米，甚至当钻头更多进入到煤系地层以后，由于泥岩相对地表浅层较软，我们可以考虑更换不一样的合金钻进。另外从采取煤芯的便利性来考虑，我们发现孔径仍需保持φ114mm，通过对比研究，我们决定使用直径95mm金刚石钻头首先穿过硬岩层，然后再通过扩孔的方法进行深部硬岩层的钻进。
在钻进硬岩的过程中也会经常遇到较软的泥岩层，这时再采用金刚石钻进，效率就得不到提高。我们为了一次扩孔连续使用金刚石钻进，在这种情况下，金刚石钻进工艺的关键就是合理选用钻头。我们在钻探现场使用的直径为95mm金刚石钻头主要有三种类型：唇面为平面型、唇面为锯齿型、聚晶金刚石钻头。前两种金刚钻头使用较多，第一种胎体硬度为hrc40的钻头适合在较坚硬研磨性较强的岩层中使用，第二种胎体硬度为hrc35的钻头适用于较软的岩层。
三、钻进参数的选择
钻头的质量与操作使用金刚钻是否得当，会造成金刚石钻的使用效果不同。因此，在钻进过程中操作者必须集中精力，正确掌握各种钻进参数，才能提高整体工作效率并且延长钻头使用寿命。
1、钻压
在钻进过程中，直接影响钻速的重要因素之—就是压力的大小。在各种设备、管材许可和钻头能承受的范围内，我们可以通过适当增加钻压来达到提高钻速的目的，但要注意的是不能盲目的加大压力，这样会造成金刚石胎体急剧磨损甚至导致胎体破裂，反而会缩短钻头的寿命并且造成钻具折断。所以我们必须根据岩性来适度合理地掌握钻压。
2、转速
我们知道，转速与效率密切相关，转速越慢，效率越低。相反，转速越快，效率越高。在钻机和各种设备及岩层允许的情况下，我们可以尽量提高转速来达到效率的提高。在实际情况中，由于设备等各种因素的制约，速度过高对钻具会产生强烈的振动，尤其是遇到破碎岩层的时候。在实际的煤田钻探时，转速一般控制在每分钟150至300转。
3、泵量
在钻探现场我们多数采用brr250/40的水泵，面临深孔的时候，要求来水尽量大。为解决施工中经常出现蹩泵现象这一问题，我们将现场使用的岩芯管脑袋为φ95mm直径改为91mm直径，并在其上加焊了四条焊条同时将岩芯管改为薄壁的。
四、钻孔漏失处理
作为钻井过程的一大难题，钻孔漏失一直备受人们关注。目前，对钻孔漏失的解决方法主要有以下几种：
（1）对于浅部的松散漏失层情况，我们可以采用下套管封隔的方法。
（2）针对500米以内的浅部或中深部硬地层漏失情况，由于水位比较低，采用双壁管反抓环中心取样的方法或者空气潜孔锤正抓环钻进的方法来解决。
（3）用空气泡沫钻进应对水位较低的其它漏失层。
（4）在堵漏材料的研究上投入更多的精力，研究堵漏材料与翻失通道的适应性，避免盲目性，实现更好的堵漏。
五、结语
根据社会发展的需要，研究煤田钻探技术，针对不同地区的不同地质特点研究出适合本地的煤田开采设备与技术，重点解决一直以来的技术难题，如煤矿瓦斯问题，泥浆成分，岩石硬度，煤炭的地下液化及钻孔漏失等等对解决煤田开采难题和能源利用问题具有重大的现实意义。我们应该建立一支能够适应社会需求的技术先进的队伍，促进钻探技术的进步，实现可持续发展。
参考文献
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