魏东
安徽省煤田地质局第二勘探队 安徽省芜湖市 241006
摘要：钻探技术在推动科学进步、矿产资源勘查、工程地质勘察、地下水勘采和环境工程等方面的不可取代的巨大作用，是有待研究和提高的关键技术问题。本文简要介绍了超深孔钻探的各项技术，及其在超深孔钻探技术在煤田地质方面的应用。
关键词：超深孔；钻探技术；应用
钻探工程一直是矿产勘查的重要技术方法之一，是直接从地下岩层获取实物样品的唯一途径。但是应该看到，我国目前面临着钻探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探效率低，再加上浅层煤炭的含有量的减少，开采的深度不断向深处发展等诸多问题。因此，加强矿产资源的勘探开发，大力推进钻探技术与装备的现代化化，研究开发先进钻探技术、装备是十分迫切的。超深孔钻探技术只有应用到深孔钻探中才能体现出经济价值和社会价值，但是超深孔钻探由于其自身的特殊性，必须采用在孔底更换钻头等新技术，所有器材必须耐高温和高压的能力。
1常用钻机的技术规格
1.1钻孔结构
就是钻孔本身的直径变化，什么样的结构决定采用什么样的钻进方法、钻孔用途等。当然钻孔结构还应考虑矿区的实际情况，比如岩石的成分、水文条件、地质构造等等。钻孔结构应根据孔底直径为确定依据，根据理想化的岩层剖面从下向上分段确定钻孔的孔径，当然这些都要建立在安全、保质基础上，减少变换孔径（下小上大的顺序），最大限度地简化钻孔结构。最简单结构就是直孔上下一样粗。目前我国煤田钻探的最大钻孔直径应依煤田钻探的特点，选择孔径95M为宜；基岩开孔的岩层，最好是一径到底；有冲积层（主要指流砂、砾石层）的钻孔，二径到底。即开孔直径选185mm，到基岩（现场也叫岩盘）下直径168×7mm套管，然后改换直径95mm孔径，直到终孔。
1.2钻探设备的选择
钻机的选择是依据钻机的提升能力、扭矩大小；转速范围，转速范围大的钻机，可以满足多种钻头对速度的不同要求，灵活性更强；还要求钻机具有良好的孔底压力和准确调控能力，并可以测量液压，实现调控压力钻进；最后还要考虑到是否适应空气反循环钻进的要求。
钻头的选择主要取决于地质条件，目前的钻头有两种，一种是有碎石作用的硬质合金钻头，常用的是无心式硬合金钻头，包括刮刀式鱼尾钻头、矛式阶梯钻头，三翼锥形钻头，三翼平头无心钻头，针状无心自磨钻头等。使用无心钻头钻进时应注意，钻头上面必须加两个以上扩孔器或用岩心管导正；钻进别压力不要过大，要使用帖铤，实行孔底加压；钻进时要及时捞取排水稻及泥浆境内的岩粉，调整和更换泥浆；钻进时要注意判层，不进尺就上钻具，防护硬合金和翼片。另一种是就是削铁如泥的金刚石，至于钻进的速度在达到中硬度岩层时选用较高的转速，当到达坚硬和强研磨性岩石时选用中速，当然在深孔或者大口径钻进时，为不影响力矩也应选择低转速钻进。
1.3泥浆泵的选择
泥浆泵就是将泥浆、水、聚合物输送到钻头底端的机械设备，其目的就是冷却钻头、清洗钻具，并将钻进产生的岩屑带回地面，再加入适当的物质后，还有润滑的作用。
1.4动力的选择
动力有两种选择，一种是直接用柴油的柴油机动力，另一种是用电的电动机动力，当然钻机和泥浆泵可以分别选择，也可以同时选择，当然柴油机动力比较方便，灵活易于搬运，一般都采用柴油机。
1.5钻塔的选择
对于超深孔钻探用钻塔来讲无论选择四角塔还是A字塔或者K字塔，都必须具有足够的承载能力、足够的高度、足够的强度、足够的刚性，当然更重要的是整体的稳定性和以及足够的空间来安装和使用钻孔设备。
2煤田超深孔钻探的工艺特点
2.1钻进工艺。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆有不取心段采用金刚石钻头钻进工艺和取心段采用金刚石钻头绳索取心钻进工艺两种，该工艺的特点就是可以两种工艺并行钻进，更换钻头和绳索取心器就可以实现两种工艺的互换，提高了工作效率，并减少劳动强度。当然该工艺要求钻探设备有充足扭矩、充足的提升力、充足的泵量值。
2.2钻头、钻杆。钻头、钻杆的选择和组合也是有一定的方法、要求的，取心钻进与不取心钻进，所用的钻杆、钻头、附具的组合是不同的，这就需要我们要根据施工现场的地质构造、岩石物理性能来确定。超深孔施工最忌讳的就是将孔钻斜，因此有必要选用控制钻孔斜的钻具。当然减少下井次数也是一个有效防止钻孔斜的有效方法。还有一个比较重要的要求就是钻具本身之间的连接强度要够，避免钻具断裂和脱落，减少事故和非钻进时间，提高经济效益。
2.3泥浆工艺。泥浆工艺是施工过程中重要工序之一，该工艺的好坏直接影响整个煤田超深孔钻探工程质量。因为煤田地层的地质构造决定了在钻进过程中容易坍塌、裂解等发生，为此在施工过程中加强水泥浆，起到保护井壁的功能，也就是保持孔壁内部结构的稳定性，为深孔钻进创造良好的基础环境。有时也用效果会更好的化学泥浆，当然这一切都需要根据具体的地段来分析决定采用相应的护壁剂及各个成分的用量配比，达到做好的效果。当然在泥浆施工完成后，还要随时注意维护和检测，发现问题解决问题。在维护泥浆的过程中需要重点检测失水量、含沙量、固相含量，使三者达到一定的统一和谐体，并结合自然沉降法等的方法使三者保持平衡。
2.4冲洗液的选择和使用。由于超深井的工作环境是高温和高压，就要求冲洗液具有良好的热稳定性，在高温、高压条件下性能没有明显变化。为了将井内悬浮和沉淀物带出孔外一般选择的低固相的化学剂冲洗液，这不仅有利于保持孔内清洁，也为下一步工作作好准备。当然冲洗液中的主材都一定的防固和清洗作用，水解聚丙烯酰胺又助于提高水泥浆的流动性，减小摩擦力，从而有利于选用高速钻进，将钻头的磨损程度降到最低，而减少更换钻头的时间，从而提高了工作效率，达到了提高经济效益的目的。另外，添加钠羧甲基纤维素也可以起到降低水泥浆中水分的损失，还有助于遏制泥岩水化膨胀巩固了孔壁和提高泥浆对岩屑的携带能力。在实际施工过程中需要根据实际的需要随时调整冲洗液各种指标的配比，充分发挥泥浆的护壁作用。
3煤田超深孔钻探的注意事项
施工设备要安装牢固、安装位置要准确，要使与钻进有关的设备（天轮、立轴）旋转中心与钻进孔中心相同，至于钻孔的结构不仅要遵循设计资料而且也要根据施工现场的地质条件并参考有关资料审慎实施。当然能采用一孔贯上下的，尽量采用，这样不仅降低投入、减少费用、提高效率还可以使经济效益最大化。对于钻头的使用无论是硬质合金钻头还是金刚石钻头都可以采用新旧搭配交替的方式使用，当然设备要由低压、慢进、低速逐步缓慢加速加压，直到达到施工标准要求，这样不仅延长设备的使用寿命，还能减少非钻进时间，提高效率。开孔钻进时，钻机开关处、水泵与柴油机处、孔口泥浆循环构处，一定要有人守岗。发现情况及时报告在场的机、班长。开孔钻进时，水得强行加压，用六方主动钻杆自重钻进。随孔深增加，向孔内加接钻铤至100-120m，防止钻孔歪斜；一旦孔斜，要随孔深的增加逐步加长岩心省，但其最终长度不得短于6m。换径时要使用同径岩心管导正，克到换径深度扭过6~10m后再取消导正管；开孔钻进时，如发现泥浆漏失，应及时测量机上讨食孔探，并简单地测定泥浆的漏失量。
4结语
综上所述，钻探技术在推动科学进步是有待研究和提高的关键技术问题。矿产资源勘查、工程地质勘察、地下水勘采和环境工程等方面的不可取代的巨大作用。另外还有注意培养一批高素质的技术人员和施工人员，提高他们的责任意识以及及时发现问题和解决问题的能力，使得先进的工艺技术得以消化吸收，并在实践中进行验证，使之成为可以指导实践的工艺新技术。
参考文献：
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[2]安亚昆，王强，王营.煤田地质超深孔钻探技术及其应用[J].科技创新导报，2012：83-83.
[3]陈玲.超深孔钻探技术在煤田地质的应用探析[J].科技研究，2014，（6）：42-42.
论文作者:魏东
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：钻头论文; 钻孔论文; 煤田论文; 泥浆论文; 钻机论文; 技术论文; 地质论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;