新型松软煤层成孔打钻剂的应用

李涛涛 曹阳 李雁龙

摘 要：随着近些年对煤炭的大力开采，地质结构稳固、易开采的煤层已经越来越少。相反，井下松软、破碎煤层已经越来越多的出现在了各个矿井。传统的千米定向钻机利用高压水驱动钻头成孔的打钻方式在遇到钻孔坍塌、破碎、扩径和卡钻等复杂情况时，往往显地力不从心。针对这一现状，本文就煤矿井下新型松软煤层成孔打钻剂的应用展开合理的分析。

关键词：松软煤层；定向钻机；成孔打钻剂

随着煤矿安全受到的重视越来越高，用于抽放瓦斯、探放水的千米定向钻机也越来越受到煤企的重视。传统的打钻方式并不能完全应对当前各类复杂的地质条件，由其是遇到井下松软、破碎煤层。各类地质条件差的煤层，往往难以顺利的打出稳固的钻孔，有时还会发生掉钻的情况。这些情况极大地制约了钻机的功效，现有的硬岩钻进技术在软煤层中钻孔（10m左右）容易塌孔与后埋卡钻孔设备和测量设备，增加了过程的复杂性，延长了施工时间，降低了生产效率。

1 新型松软煤层成孔打钻剂的介绍

1.1 新型松软煤层成孔打钻剂的性能介绍

传统的打钻液很难在不同地质情况下均能发挥良好的维持孔壁稳定的效果，且不可避免地带来储层伤害问题。因而，在遇到钻孔坍塌、破碎、扩径和卡钻等复杂情况时，优良的打钻液应能有效地携带煤粉（屑）并保持孔壁稳定；而从提高资源开采效率的角度来讲，优良的打钻液还应能尽可能地降低对煤储层的伤害。市场上部分打钻液中含有原油、柴油等各种油类以及大量的化学处理剂，为防止打钻液对地层、土壤和生态环境造成影响，优良的打钻液还需要具有无毒害性。由于国内外钻井行业对环境保护问题的日益重视，可快速降解的高性能环保型水基打钻液成为未来的必然发展趋势之一。

基于纳米材料的可降解打钻液、页岩气水平井抗高温盐水打钻液、水文水井钻探护壁堵漏暂堵剂等领域的研究成果，采用可降解聚合物类增粘剂、抑制剂、润滑剂、高效生物酶制剂等，理论分析、实验研究与现场试验相结合，研发出了适合煤层气钻探领域的环保型快速降解打钻剂技术。新型松软煤层打钻剂是一种由增粘剂、滤失控制剂、流变控制剂、加重材料以及碱度控制剂等材料组成的粉状混合物。其主要应用于 4000 m以下的油气钻井（含常规油气钻井和非常规管油气钻井）、煤田钻探（含煤矿井下瓦斯抽采）、水文水井钻探（含地热、干热岩钻探）之中。在遇到钻孔坍塌、破碎、扩径和卡钻等复杂情况时，新型松软煤层打钻剂能有效地携带煤粉（屑）并保持孔壁稳定，提高资源开采效率，并能降低对煤储层的伤害。

1.2 新型松軟煤层成孔打钻剂可行性研究

2018年5月份在晋煤成庄矿进行了新型松软煤层成孔打钻剂的试用，煤层硬度系数：<0.2；钻孔机械：GDS千米定向钻机；水泵最大压力：10MPa；使用前：传统的打钻液水动力驱动钻进平均钻孔深度10m（历史）钻孔深度达到10m孔发生严重塌孔，不能继续前进。使用后：新型松软煤层成孔打钻剂水动力驱动钻进平均钻孔深度50m，成功钻进到60米并成功探顶。钻杆推进顺利，没有发生钻孔垮塌现象。2018年6月份在晋煤赵庄矿进行了新型松软煤层成孔打钻剂的第二次试用，煤层硬度系数：<0.15；钻孔机械：GDS千米定向钻机；水泵最大压力：12MPa；使用前：传统的打钻液水动力驱动钻进平均钻孔深度8m钻孔发生严重塌孔，不能继续前进。松软煤层严重影响了施工进度，使用后：新型松软煤层成孔打钻剂水动力驱动钻进平均钻孔深度55m，成功钻进到80米并成功探顶。钻杆推进顺利，没有发生钻孔垮塌现象。目前正在准备第三次新型松软煤层成孔打钻剂可行性试验。

2 新型松软煤层打钻剂成孔工艺

2.1 高压水传递能量和动力，驱动马达旋转

将新型松软煤层打钻剂混入12MPa的高压水中来驱动马达旋转，破碎煤层形成钻孔。打钻过程中煤和碎石颗粒随着高压水从钻杆外壁和钻孔内壁的间隙排出钻孔。通过对排出的颗粒进行分析我们可以分析出，实时的地质结构信息。

2.2 在钻孔过程中冷却钻头和切割片，防止钻孔在钻进过程中坍塌

在打钻过程中，高压水还可以起到冷却钻头和切割片的作用。新型松软煤层打钻剂可以快速凝固，起到保持施工完成后的钻孔孔壁稳定的作用。在高压水的冲击作用下其仍然可以长时间保持钻孔不会垮塌，很大程度上保证了施工的正常进行和打钻设备的安全。

3 结语

以上就是对新型松软煤层打钻剂的应用分析，随着矿用打钻新产品和新工艺的出现，煤矿的瓦斯抽放技术将会有进一步的提高。从长远的角度看，我们国家的煤矿安全生产将会更有保障。

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