论文部分内容阅读
[摘要]煤田钻探在煤田勘探中占据重要地位，提高煤田钻探效率是目前我们必须重视的问题。然而现阶段，我国煤田地质勘探工作中，钻探效率低下现象时有发生。笔者根据自身工作经验，首先指出了影响煤田钻探效率的因素，其次提出了强化煤田钻探效率的对策。
[关键词]煤田钻探 钻探效率 因素 对策
[中图分类号] P641.4+61 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-51-1
煤田是同一地质历史过程中形成的含煤岩系的分布区域，常见于向斜盆地，所以亦将其称之为煤盆地。当前，随着我国对煤炭能源需求量的不断加大，现有的煤炭储量已达不到市场需求，所以应通过大量的人力、物力和财力进行煤田储量探明，从而实现市场需求。在这种形势下，由于煤田地质勘探过程中常发生钻探效率低下的情况，所以为了保证钻探高效率，应根据煤田具体情况，及时获悉影响煤田钻探效率的因素，并采取有效对策进行处理，推动钻探工作正常运行。
1影响煤田钻探效率的因素
1.1引起钻杆结泥皮的因素
实际中使用的绳钻钻进的碎岩工具主要将人造金刚石当做钻探钻头，对于该钻头，要求其和较快的回转转速积极配合协作将自身的优势功能全面发挥。循环钻进过程中，随着回钻离心力作用的产生会对钻杆内的泥浆造成一定的影响，致使存于泥浆中的固相颗粒粘在钻杆壁上，进而出现泥皮现象，直接阻碍了打捞内管的顺利运行，面临巨大的技术难题。
1.2引起钻孔漏失的因素
首先，破碎裂隙发育地层；由于有的煤田在破碎裂隙发育地层中，实际钻探过程中，常发生冲洗液漏失情况。根据要求，只有当孔深在两百米以内方能通过套管隔离方法予以处理，如果孔深在两百米以上，通过各类堵漏方法无法处理时，不但造成冲洗液大量流失，进一步加剧其成本，同时由于缺乏足够的堵漏和水源及打泥浆需要花费较长的时间，因此极大的削弱了煤田钻探效率。其次，采空区或溶洞造成的影响；煤田钻探时不可避免的会碰到采空区或熔断情况，致使冲洗液漏失巨大，也会存在不返水现象。基于此，应下套管予以隔离，从而发挥冲洗液的作用，降低其流失率。另外，引起煤田钻头钻速低与使用寿命的因素；用于煤田的钻具大部分都是双管单动结构，要求其所配置的钻头壁厚在外径上应保持76mm范围内，内径应保持为49mm，单边壁厚不应超过14mm。相较于普通的单管钻头，以上配置的钻头壁厚高出了三分之一，而正是这一看起来不起眼的厚度，扩大了碎岩的操作范围，对钻头钻速造成了影响，特别是钻探硬质地层中，该情况越发的明显。
2强化煤田钻探效率的对策
2.1解决非煤地层或较为稳定的煤系地层钻杆结泥皮的对策
无固相配方与性能指标：将一号配方应用到钻进稳定或稳定地层中，二号配方属于浓度较高的PHP，应用到钻进煤系地层中，三号配方存在大量的钾离子，应用到钻进遇水膨胀地层。几种配方必须根据下列比例和数据做好搭配：
一号配方应有清水（1m3）+PHP（50ppm～150ppm）+盐皂（0.3%～0.5%），该配方性能指标是：比重应保持在1.005，漏斗粘度应保持在16.5s到18.5s，pH=8～9，润滑系数保持在0.12到0.15。二号配方应有清水（1m3）+PHP（500ppm～1000ppm）+盐皂（0.3%～0.5%），该配方性能指标是：比重应保持在1.005，漏斗粘度应保持在20s到25s，pH=8～9，润滑系数保持在0.12到0.15。三号配方应有清水（1m3）+PHP（1000ppm）+KC（11%）+盐皂（0.3%～0.5%）。
2.2解决破碎裂隙发育地层钻孔漏失的对策
实际中，应通过惰性材料进行有效堵漏，材料来源便捷，采用的措施合理，成效显著。应按照以下操作流程进行：如果钻接触了漏失现象明显或者全漏地层时，必须及时对地层裂隙大小及长度全面了解，明确漏失地层具体深度位置。按照前面所论述的情况进行惰性材料的大小配制，通过树叶、棉絮、麻绳头等大的惰性材料及粗细不均的钻木屑和PHP混合搅拌成糊状，由绳钻杆内灌进，增强泵量压，使其下到漏失位置，一边开车回转一边从上到下冲扫孔，避免惰性材料发生卡钻故障，在反复的灌堵下，把惰性材料冲压至裂缝隙中，将裂缝堵住，这样就能及时返上冲洗液，保证钻进的正常进行。
2.3解决采空区或溶洞发育地层漏失的对策
如果钻处于采空区或溶洞地层中，应通过套管隔离堵漏措施，不过要想有效处理套管底部密封还具有较大的难度，通过不断的实践发现，可通过在套管头下部外径部位落实铜焊相距0.20m的二道凸出铜台处理套管底部密封问题，铜台外径和孔径保持一致，二道凸台中间用牛皮缠紧和铜台同径，在进入孔内的溶洞采空区底部后，二道凸出铜台和孔壁有效的塞住，并且牛皮接触水后会出现膨胀现象，实现了止水的目的。
2.4解决钻头钻速低与寿命低的对策
一直以来，绳钻钻头使用品种较为单一，当前常见的钻头是底唇面梯齿。此类型钻头不具备较高的适应性，特别在遇到研磨性大或砂岩破碎地层时，钻头底唇面凸出的表面梯齿局部磨损率高，当梯齿出现了磨耗现象将变为平底钻头，影响了钻速。为了保证钻头钻速，应采用“底唇面”高强度的人造热压金刚石孕镶钻头，其对于钻头钻速的提高具有重要意义。
2.5一般回转钻进技术
实际中，泵量、转速、钻压属于回转钻进技术的核心参数，通常而言泵量越大越好，能够实现预期的排粉效果，保证钻进效率，不过也应避免由于泵量过大而冲垮孔壁。钻进钻压从低到高慢慢提升；钻进过程中应结合具体的地层、钻头、孔径进行，施工时应灵活掌握钻压，通过相应的试验，明确匹配的数据。选用多级变速钻机转速是应充分考虑以下几点：首先，在遇到钻孔深、钻具自重高、复杂化受力，以及回转钻具功率消耗高，受钻机功率和钻具强度限制的情况时，要适当的降低转速，当钻孔比较浅时应增大转速。其次，对于钻进稳定均匀的地层，应提高转速；在一些岩石破碎、节理发育的地层中，由于钻具会发生较大的震动，应结合实况减小转速。另外，对于钻孔结构简单，没有明显的环状间隙，孔壁完好的，应增大转速；对于钻孔结构复杂、存在大量换径情况，以及钻杆和孔壁间隙明显，钻具回转不稳定的，转速应保持适中状态。再有，对于浅孔段岩石结构完整，钻具强度显著，应加大转速；对于地层复杂，裂隙发育，存在小溶洞和掉块，孔内返水异常的，应减小转速。
2.6空气洗井钻进技术
该项技术中涵盖了压缩空气的气体与液体混合物，其是一种以动力冲洗介质为主的破岩机技术，在恶劣的地理地质条件下能有效运行。空气洗井钻进技术又可划分为泡沫洗井钻进技术、雾化洗井钻进技术等，各类技术均有着自己的优点与缺点。所以在煤田钻探的无芯钻探过程中，应充分运用空气洗井钻进技术的优势，以为煤田钻探效率提供保障。
3结论
综上所述，虽然我国煤田钻探技术发展良好，但与西方国家先进水平还有距离，所以为了保证煤田钻探高效率，应充分考虑钻杆结泥皮技术问题、钻孔漏失、钻速低下、使用寿命不高等问题，有针对性的采取措施对这些问题加以处理，并且开发煤炭能源时要始终遵循可持续发展原则，切实实现煤田勘探采集利用一体化目标，掌握了解煤田钻探高效的现代化工艺技术，只有这样，煤田地质绳索取芯金刚石钻探效率才会突飞猛进。通过匹配高效的现代化钻探工艺，不仅能够避免工人承担较大的工作量，而且适当的节约了钻探成本，进一步促进了钻探效率的提升，从而实现经济效益最大化。
[关键词]煤田钻探 钻探效率 因素 对策
[中图分类号] P641.4+61 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-51-1
煤田是同一地质历史过程中形成的含煤岩系的分布区域，常见于向斜盆地，所以亦将其称之为煤盆地。当前，随着我国对煤炭能源需求量的不断加大，现有的煤炭储量已达不到市场需求，所以应通过大量的人力、物力和财力进行煤田储量探明，从而实现市场需求。在这种形势下，由于煤田地质勘探过程中常发生钻探效率低下的情况，所以为了保证钻探高效率，应根据煤田具体情况，及时获悉影响煤田钻探效率的因素，并采取有效对策进行处理，推动钻探工作正常运行。
1影响煤田钻探效率的因素
1.1引起钻杆结泥皮的因素
实际中使用的绳钻钻进的碎岩工具主要将人造金刚石当做钻探钻头，对于该钻头，要求其和较快的回转转速积极配合协作将自身的优势功能全面发挥。循环钻进过程中，随着回钻离心力作用的产生会对钻杆内的泥浆造成一定的影响，致使存于泥浆中的固相颗粒粘在钻杆壁上，进而出现泥皮现象，直接阻碍了打捞内管的顺利运行，面临巨大的技术难题。
1.2引起钻孔漏失的因素
首先，破碎裂隙发育地层；由于有的煤田在破碎裂隙发育地层中，实际钻探过程中，常发生冲洗液漏失情况。根据要求，只有当孔深在两百米以内方能通过套管隔离方法予以处理，如果孔深在两百米以上，通过各类堵漏方法无法处理时，不但造成冲洗液大量流失，进一步加剧其成本，同时由于缺乏足够的堵漏和水源及打泥浆需要花费较长的时间，因此极大的削弱了煤田钻探效率。其次，采空区或溶洞造成的影响；煤田钻探时不可避免的会碰到采空区或熔断情况，致使冲洗液漏失巨大，也会存在不返水现象。基于此，应下套管予以隔离，从而发挥冲洗液的作用，降低其流失率。另外，引起煤田钻头钻速低与使用寿命的因素；用于煤田的钻具大部分都是双管单动结构，要求其所配置的钻头壁厚在外径上应保持76mm范围内，内径应保持为49mm，单边壁厚不应超过14mm。相较于普通的单管钻头，以上配置的钻头壁厚高出了三分之一，而正是这一看起来不起眼的厚度，扩大了碎岩的操作范围，对钻头钻速造成了影响，特别是钻探硬质地层中，该情况越发的明显。
2强化煤田钻探效率的对策
2.1解决非煤地层或较为稳定的煤系地层钻杆结泥皮的对策
无固相配方与性能指标：将一号配方应用到钻进稳定或稳定地层中，二号配方属于浓度较高的PHP，应用到钻进煤系地层中，三号配方存在大量的钾离子，应用到钻进遇水膨胀地层。几种配方必须根据下列比例和数据做好搭配：
一号配方应有清水（1m3）+PHP（50ppm～150ppm）+盐皂（0.3%～0.5%），该配方性能指标是：比重应保持在1.005，漏斗粘度应保持在16.5s到18.5s，pH=8～9，润滑系数保持在0.12到0.15。二号配方应有清水（1m3）+PHP（500ppm～1000ppm）+盐皂（0.3%～0.5%），该配方性能指标是：比重应保持在1.005，漏斗粘度应保持在20s到25s，pH=8～9，润滑系数保持在0.12到0.15。三号配方应有清水（1m3）+PHP（1000ppm）+KC（11%）+盐皂（0.3%～0.5%）。
2.2解决破碎裂隙发育地层钻孔漏失的对策
实际中，应通过惰性材料进行有效堵漏，材料来源便捷，采用的措施合理，成效显著。应按照以下操作流程进行：如果钻接触了漏失现象明显或者全漏地层时，必须及时对地层裂隙大小及长度全面了解，明确漏失地层具体深度位置。按照前面所论述的情况进行惰性材料的大小配制，通过树叶、棉絮、麻绳头等大的惰性材料及粗细不均的钻木屑和PHP混合搅拌成糊状，由绳钻杆内灌进，增强泵量压，使其下到漏失位置，一边开车回转一边从上到下冲扫孔，避免惰性材料发生卡钻故障，在反复的灌堵下，把惰性材料冲压至裂缝隙中，将裂缝堵住，这样就能及时返上冲洗液，保证钻进的正常进行。
2.3解决采空区或溶洞发育地层漏失的对策
如果钻处于采空区或溶洞地层中，应通过套管隔离堵漏措施，不过要想有效处理套管底部密封还具有较大的难度，通过不断的实践发现，可通过在套管头下部外径部位落实铜焊相距0.20m的二道凸出铜台处理套管底部密封问题，铜台外径和孔径保持一致，二道凸台中间用牛皮缠紧和铜台同径，在进入孔内的溶洞采空区底部后，二道凸出铜台和孔壁有效的塞住，并且牛皮接触水后会出现膨胀现象，实现了止水的目的。
2.4解决钻头钻速低与寿命低的对策
一直以来，绳钻钻头使用品种较为单一，当前常见的钻头是底唇面梯齿。此类型钻头不具备较高的适应性，特别在遇到研磨性大或砂岩破碎地层时，钻头底唇面凸出的表面梯齿局部磨损率高，当梯齿出现了磨耗现象将变为平底钻头，影响了钻速。为了保证钻头钻速，应采用“底唇面”高强度的人造热压金刚石孕镶钻头，其对于钻头钻速的提高具有重要意义。
2.5一般回转钻进技术
实际中，泵量、转速、钻压属于回转钻进技术的核心参数，通常而言泵量越大越好，能够实现预期的排粉效果，保证钻进效率，不过也应避免由于泵量过大而冲垮孔壁。钻进钻压从低到高慢慢提升；钻进过程中应结合具体的地层、钻头、孔径进行，施工时应灵活掌握钻压，通过相应的试验，明确匹配的数据。选用多级变速钻机转速是应充分考虑以下几点：首先，在遇到钻孔深、钻具自重高、复杂化受力，以及回转钻具功率消耗高，受钻机功率和钻具强度限制的情况时，要适当的降低转速，当钻孔比较浅时应增大转速。其次，对于钻进稳定均匀的地层，应提高转速；在一些岩石破碎、节理发育的地层中，由于钻具会发生较大的震动，应结合实况减小转速。另外，对于钻孔结构简单，没有明显的环状间隙，孔壁完好的，应增大转速；对于钻孔结构复杂、存在大量换径情况，以及钻杆和孔壁间隙明显，钻具回转不稳定的，转速应保持适中状态。再有，对于浅孔段岩石结构完整，钻具强度显著，应加大转速；对于地层复杂，裂隙发育，存在小溶洞和掉块，孔内返水异常的，应减小转速。
2.6空气洗井钻进技术
该项技术中涵盖了压缩空气的气体与液体混合物，其是一种以动力冲洗介质为主的破岩机技术，在恶劣的地理地质条件下能有效运行。空气洗井钻进技术又可划分为泡沫洗井钻进技术、雾化洗井钻进技术等，各类技术均有着自己的优点与缺点。所以在煤田钻探的无芯钻探过程中，应充分运用空气洗井钻进技术的优势，以为煤田钻探效率提供保障。
3结论
综上所述，虽然我国煤田钻探技术发展良好，但与西方国家先进水平还有距离，所以为了保证煤田钻探高效率，应充分考虑钻杆结泥皮技术问题、钻孔漏失、钻速低下、使用寿命不高等问题，有针对性的采取措施对这些问题加以处理，并且开发煤炭能源时要始终遵循可持续发展原则，切实实现煤田勘探采集利用一体化目标，掌握了解煤田钻探高效的现代化工艺技术，只有这样，煤田地质绳索取芯金刚石钻探效率才会突飞猛进。通过匹配高效的现代化钻探工艺，不仅能够避免工人承担较大的工作量，而且适当的节约了钻探成本，进一步促进了钻探效率的提升，从而实现经济效益最大化。