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煤勘单位钻探施工技术

发布日期:2019-12-27  浏览次数:350
 摘 要:我国勘单位钻探施工不断拓展服务领域和业务范围,取得了长足进步。文章通过对煤勘钻探复杂地层分类、钻探工艺、方法和现状阐述分析,指出了当前煤勘单位钻探存在的一般性问题,提出了加强技术创新、新方法推广应用及技术管理等建议。

关键词:煤勘单位;钻探技术 
自上世纪八十年代以来,我国煤勘单位钻探施工技术取得了长足进步,从煤炭等各种固体矿床的勘探施工基础上,不断拓展服务领域,已基本形成较为成熟的水资源、地热资源、煤层气、浅层油气、水井的勘探、施工、成井及水上勘探施工等技术,但在旋转导向钻井技术、垂直钻井技术、高温高压及复杂地层的深井、超深井钻井技术、大位移井技术、分支井技术、难动用储量高效开发技术、气体(气雾)钻井技术、欠平衡压力钻井配套技术、深水钻井技术和装备以及电驱动深井钻机等先进钻井装备研制、配套等方面还落后国外先进水平。
在装备方面,目前钻探设备的数量及其先进程度,无法满足勘探开发及外部市场开拓的需要。钻机配置欠合理,标准化程度较低。固井设备和海上钻探平台设备滞后,而且深水平台缺乏。测量仪器与国外相比差距较大,高温、高压测量、电磁波测量等方面也刚刚起步。
如何满足老区勘探开发,进一步提高完井固井质量,加快钻井速度,降低勘探成本,如何满足国内外探区错综复杂的地质条件,应用钻井新技术快速安全钻达目的层位,如何加快钻井装备的更新和新技术的发展,不断提高工程管理水平等方面也存有不小差距。
1 复杂煤岩地质条件分类
根据钻探施工特点及地质情况,把复杂煤岩地层分为以下几类:
(1)松散破碎地层:主要包括松散破碎和硬、脆、碎破碎地层。较为典型的有胶结性很差的砂石和石灰岩组成的二叠纪地层,这种地层含有大量的砂岩,部分地区存在泥岩、砂岩和砾岩以及部分卵石。受钻具振动碰撞和泥浆冲蚀作用,钻探钻孔易发生坍塌、漏失、超径等事故。
(2)水敏性地层:主要包括水化松散、水化剥落、水化膨胀和水化溶蚀煤系地层。
(3)漏、涌水地层:这类地层钻探施工护孔堵漏难度极大,漏失分大、中、小漏;涌水地层一般涌水量为10~50 m3/h。煤系地层硅质胶结,灰岩多破碎,且研磨性大,构造裂隙较发育,稳定性较差,透水性强,地下水丰富,承压水力大,钻孔缩径或涌水时有发生。
2 钻探方法与设备
2.1 钻进方法
岩石按硬度的大小分为四类十二级;按研磨性的强弱分为三类:弱研磨性、中研磨性、强研磨性; 按完整程度分为三类:完整、较完整、破碎。具体工作中需根据岩石可钻性、研磨性、完整程度选择磨料和钻进方法。1~6级和部分7级岩石可选用硬质合金刚石、复合片钻进;4 ~12 级岩石可选用金刚石回转钻进;7~12级岩石也可选用钢粒钻进;6~8级岩石可选用硬质合金冲击回转钻进;6~12级可选用金刚石冲击回转钻进。
2.2 钻孔结构
钻孔结构设计和选择直接影响钻井效率,降低施工成本,特别是对于复杂地层区的钻井作业。因此,应充分考虑地质条件及地质任务,钻井深度,孔径,钻孔方法,保护措施和设备,并选择合理的孔径,变径深度和配合,套管程序。在以往经验之上,宜充分借鉴油气井井身结构,优化钻孔结构。
2.3 钻探设备
根据钻探地质任务及要求,钻孔的设计深度、角度、结构,钻遇地层岩性,选择合理的钻探设备。钻探附属设备也应充分考虑各个作业环节的需要,尽量保证设备的多功用和功率储备。
3 钻进工艺
3.1 钻进方法
解放初期,我国煤田钻探主要采用普通硬质合金和砂、钢粒分层钻进工艺,其主要弊端就是效率低、质量差、事故多。为解决上述问题,上世纪60年代末煤田系统开始了人造金刚石、金刚石钻头的研制与金刚石钻进技术的应用研究,并于80年代开展了绳索取心钻进技术研究,逐步形成了“以绳索取心、金刚石钻进技术为主导,多种工艺相结合”的钻探工作方法。并逐渐发展了空气泡沫钻进、潜孔锤钻进、反循环钻进、受控定向钻进、大口径水文水井、地热井成井、石油丛式井钻进、水平井钻进技术以及非开挖钻进工法等。
3.2 钻孔结构
为适应小口径金刚石钻进工艺,传统煤田勘探钻孔结构设计较为越简单,且尽量一径到底或减少换径次数。但钻进风险随着勘探深度增加而加大,单一钻孔结构已不能完全适应工程所需。为避免孔内事故并便于孔内事故的处理,就需适当留足孔径的级配。由于水井、煤层气井及盐井等具有一定生产性质,在钻孔结构设计中不仅要满足其地质目的,也需考虑其后续工业生产。
3.3 钻进参数
传统钻进参数主要包括转速、钻压和冲洗液量。这些参数之间互相制约、互相依存。钻进参数是由钻进工艺方法决定,例如空气钻进的主要参数则是转速、钻压、风压和风量等。而根本上决定钻进参数的则是钻遇地层的岩石物理力学性质,并与钻孔的深度、直径、结构,设备性能,钻头类型、参数,冲洗液类型等紧密相关。在施工中应根据具体条件进行综合分析,包括应用钻压、转速、泵量和泵压,才能获得最佳的钻进技术经济指标。
4 值得强调的问题
4.1 加强技术创新
技术创新的核心内容是科学技术的发明和创造,其直接结果是推动科学技术进步,提高社会生产力的发展水平,进而促进社会经济的增长。通过技术创新可实现技术跨越式发展,在短期内获得显著的技术经济效果,使一些常规方法难以解决的问题得到解决。。
4.2 加强新方法应用
新技术的应用和推广应用工作包括宣传,现场示范,技术培训和技术交流。这些环节的工作效果的好坏,将直接影响科技成果转化和实际应用所需的时间,影响地质钻探技术现代化。为了取得好成绩,工作计划,组织实施,因为研发单位通常只是从本单位的利益和眼前利益的应用,而项目工作计划并组织实施,需要一个全局和长远的考虑。
4.3 加强施工现场的管理
钻探工程是一个系统工程。对其影响的因素很多,除地层、外部环境等客观因素外,施工管理也是很重要的一个方面,如何根据自身状况结合地质、地层特点。选择设备、工艺,以及在施工过程中对出现的问题能否做出正确判断,采取的措施是否恰当,都会对施工进度、安全、质量产生重大影响,因此需要钻探技术管理人员经常深入一线,及时指导,同时要对资料进行详细研究.不断总结经验教训,对下步工作中可能出现的闯题做出超前安排,避免被动局面。
结束语:
今后的地质勘探队伍将会少而精,但其科技含量只会更高、更新,更讲求经济效益。矿种勘探的界限将会模糊,地质勘探市场将会重新划分。作为煤炭地质钻探技术工作,一是要继续完善、提高绳索取心、金刚石钻进技术。并把多种钻进工艺的设施不断配套、优化,发挥其优势。二是要充分借鉴石油钻井技术的先进技术与经验,把主导钻进技术与多种钻进工艺有机的整合到一起,以获得更好的技术经济效益。三是要积极加大对钻进中难点、难题的研究与攻关,特别是针对煤层气、页岩气钻井技术开展深入广泛的研究和试验,加大技术人才培养与科研成果的转化,以期更好地解决生产技术难题。 

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