钻井技术在煤田地质勘探中的应用
摘 要：本文简要回顾我国煤田地质勘探发展历程及目前对钻探设备的要求和使用情况，阐述了钻探过程中常用钻井液体系及常见处理剂情况，分析了常见井内事故产生原因及处理方法，简要介绍用于煤田地质勘探的两项钻井新技术，最后归纳总结出科技创新以及新方法、新技术推广应用在煤田地质勘探中的重要性。
下载论文网 关键词：煤田地质；取芯；钻探工艺；岩心钻探 中图分类号： P634 文献标识码： A 文章编号： 1673—1069（2016）27—163—21 我国煤田地质勘探的现状和发展过程 1.1 煤田地质勘探的重要性 当今我国经济正在飞速发展，煤田资源作为国家的战略储备资源，煤炭资源的开发利用对我国经济的发展起着决定性的作用。
随着煤炭工业的高速发展，对于煤田地质勘探工作提出了更高的要求，为了使煤田地质勘探技术迅速而健康的发展，既要根据我国煤田地质实际和煤炭工业要求，又要考虑我国的技术现状和世界先进技术的发展方向。
1.2 当今煤田地质勘探发展历程 新中国成立初期，我国从事煤田地质勘查工作的技术人员只有500多名，设备只有简单的几十台钻机，只能从事简单的地质勘查工作。
经过五十多年的发展，国家大力发展地质行业专业技术人员，我国煤田地质勘探飞速发展，到现在形成了有测量、钻探、物探、岩矿化验等多专业相配合的现代化勘探队伍。
20世纪的我国的钻探水平只能使用普通的合金钻头，钻孔的直径比较大，岩芯的采取率不高，生产效率较低。
经过五六十年的发展，钻探技术不断完善改进，各种钻井新技术的研发与使用，优化了钻井参数，钻井效率与钻孔合格率大幅度提高，已经达到了国际领先水平。
2 煤田地质勘探对钻探设备的要求 2.1 钻探设备的发展 钻探设备是煤田钻探工作的物质技术基础，新中国成立后，国家大力发展煤炭行业装备制造业，各省市也专门成立了自己的煤机厂，引进国际现金技术研发适合本地的钻井设备。
由过去的百米钻机发展到现在的1000—3000米的岩芯钻机，柴油机、泥浆泵等钻机的配套设备也得到了大幅度的发展。
由于近些年我国的浅部煤田基本上已经勘探完成，今后的勘探方向是向深、远、难的发展，所以大力发展深井岩芯钻机已适应深部煤田勘探问题迫在眉睫。
2.2 煤田地质勘探中钻探设备使用情况 以河北煤田地质局为例。
河北煤田地质局下属四个地质大队，主要采用THJ—2000岩心钻机。
这种钻机具备提升能力大、行程长、转速高、扭矩大等特点。
钻机可使用电动机或柴油机两种动力带动，与之匹配的泥浆泵为三缸单作用卧式活塞泵型号：3NBB260—35。
该泵采用了汽车变速箱，可变五种流量，主要用于岩芯、煤层钻进或煤田地质、冶金地质、水文地质工程孔钻进中供给冲洗液用，冲洗液可为泥浆泵、清水、煤水等，亦可作为以上的输液泵。
在当今激烈竞争中，煤炭部门与冶金、石油、地矿等部门相比设备相对落后，往往在竞争中落伍，中标机会相对减少。
为适应当今市场的发展，在地质行业脱颖而出，使用生产效率高的钻井设备势在必行。
3 煤田地质勘探中钻井液体系及常见处理剂 3.1 钻井液作用 钻井过程中，选用优质钻井液能提高钻井效率，减少井内事故的发生。
优质的钻井也具有稳固井壁、平衡地层压力、润滑钻头、悬浮携带岩屑等作用。
钻井液作用主要体现在以下几个方面： ①钻进的过程中，在地层和钻井液液柱的压力作用下钻井液中的一部分水通过裂隙或者孔隙渗透到地层中，固相颗粒吸附到井壁上逐渐行程泥饼，保护井壁，防止井壁上碎小的岩石掉入井底，发生卡钻事故。
②钻头不断磨洗井底岩石，钻井液通过泥浆泵泵入井内，将钻头切屑下来的岩屑携带上来，冲洗井底，润滑钻头，保持井底干净，提高钻井效率。
3.2 常用钻井液处理剂 最初的钻井过程中，由于地层较浅，钻井队主要使用清水开钻，边钻进边补充清水，为了提高钻井液的黏度等参数，只是简单的添加一些纤维素和纯碱等处理剂。
为了满足越来越高的施工要求，根据施工经验和借鉴石油钻井液参数，在清水加入膨润土和钻井液处理剂按照一定的比例配置钻井液，钻井液密度一般在1.15—1.30g/cm3，失水量控制在30ml/30min以内。
常用的钻井液处理剂有：①碳酸钠（Na2CO3）俗称纯碱或苏打，白色粉末，易溶于水呈碱性。
配置新钻井液时，主要的作用是作为（膨润土）的分散剂使用，提高钻井液的黏度和稳定性降低失水量。
碳酸钠水化后，游离出来的碳酸跟离子与钻进岩层产生的Ca2+ 、Mg2+离子发生反映行程不溶于水的碳酸盐沉淀下来，被钻井液携带出井口。
②氢氧化钠（NaOH）俗称火碱、烧碱。
白色晶体，容易受潮，易溶于水。
主要作用改变钻井液的酸碱性。
以上两项主要是常用的无机处理剂，为了优化钻井液参数，施工过程中根据实际需要添加有机处理剂改变钻井液性能。
有机处理剂主要有：①降粘剂主要作用提高钻井的黏度，增大钻井液悬浮能力，降低垒失量。
常用的增粘剂有：钠羧甲基纤维素（CMC）。
②腐殖酸类，主要来源于褐煤。
难溶于水，易溶于碱性溶液。
主要作用是降粘和降滤失。
常用的有腐殖酸钾。
4 煤田地质钻探过程中常见孔内事故情况、预防处理 在钻井过程中，由于人为、设备、地层等原因时常会发生井内事故。
由于取心管与井壁的间隙较小，所以熟练掌握各种事故处理的方法，分析事故产生的原因是我们现场施工管理人员必须要掌握的技术。
发生的主要原因：井下钻遇的岩层吸水膨胀导致锁紧或者是钻进过程由于井壁上较大的掉块把钻杆接头、钻头卡住。
②埋钻。
由于钻井液性能差，护壁效果不好，地层压力差较大，钻遇流沙层位等原因都会导致埋钻的出现。
③烧钻。
当钻进溶洞、岩层裂隙较大时，钻井液出现大范围的漏失，井底钻头旋转产生的热量得不到钻井液的润滑导致烧钻。
④折断或掉钻具。
钻杆接头磨损严重，接头焊接质量不好，钻具长时间使用疲劳破坏，钻进时扭矩较大，憋钻跳钻严重都会是钻具折断掉入井底。
在钻井的过程中由于操作人员人为失误未按照操作规程违章操作也是导致事故发生的重要原因之一，所以加强生产一线职工的技术、安全培训，提高钻探人员工作责任心，技术水平也是预防生产事故的重要手段。
4.2 事故一般处理方法 当钻井时发生长时间无进尺、泵压下降、排水槽泥浆明显减少，憋钻跳钻等现象时。
应及时停止钻井，准确丈量上余。
了解井内情况认真分析找出事故发生的原因，制定具体的解决方案。
处理事故主要有以下几个方法：①如果钻井液能正常循环的情况下，首先应加大泥浆泵的排量，大排量冲洗井内，防止事故的严重化。
使钻具逐渐松动，最后提出井下。
③提钻确定事故头形状位置，采取适用的矢锥等打捞工具打捞折断、脱落的事故钻具。
④使用返丝钻具和返丝矢锥，利用钻机反转分多次将事故钻具提出井内。
此外还可以配置解卡泥浆，浸泡柴油、套铣桶等方法处理事故。
今年来河北省煤田地质局就有多起应用新技术成功处理事故的案例。
如2012年我局承揽的峰峰矿区一号回灌试验井发生黏附卡钻事故。
现场技术人员利用配置油基解卡钻井液浸泡事故卡点61小时成功解卡。
2010年该局在内蒙古施工一口地热井，钻进2150米时发生吸附卡钻，采用柴油浸泡处理无效时，工程技术人员应用氢氧化钠溶液进行浸泡解卡并成功。
5 煤田地质勘探中钻井新技术 5.1 绳索取芯技术 绳索取芯金刚石钻井技术：从2000年开始绳索取芯技术逐步在我局钻机应用，并以其多重的优点得到广泛的传播。
绳索取芯钻井工艺具有岩芯采取率高、钻井效率高、工人劳动强度低、提高钻头使用时间、降低钻井成本、降低事故发生率等优点。
其工作原理主要是： 取芯管采用双层管设计，当岩芯充满取芯管时，不用提钻，使用钻台上小卷扬机，打捞矛通过钻杆水眼，将岩芯管提出井内。
极大地减少起下钻的时间。
现场施工应根据地层条件，孔深结构，钻井深度等多方面因素权衡选取绳索取芯技术。
5.2 气举反循环钻井工艺 气举反循环钻井工艺是欠平衡钻井工艺的一种，在生产实践过程中，当遇见施工地点干旱少水或钻遇重大漏失地层时可以采用气举反循环钻井技术。
主要采用空气作为介质充当钻井液，排出岩粉，与传统钻井液钻井工艺相比有钻井效率高，进尺高，保护地下水层，成本低等特点。
该技术逐步在我局地热井施工中使用，并取得了良好的效果。
6 结束语 煤田地质勘探工作条件差，起步较晚，技术水平低，技术管理人员短缺这些问题都制约着煤探钻探技术的进步和发展。
通过国际国内地质勘探行业的学习，加快新技术的应用学习，加强专业技术人员的培养，高科技专业设备的引进购买，加强科研工作的力度只有这样才能适应当今地勘市场的变化更上时代的补发。
参 考 文 献 [1] 屠厚泽.钻探工程学[M].武汉：中国地质大学出版社，1987. [2] 汤凤林.岩心钻探学[M].武汉：中国地质大学出版社，1997. [3] 汤松然.绳索取芯钻探冲洗液[M].北京：地矿部探矿工程所，1990.