鉆孔環(huán)狀間隙的合理選擇范文

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《科技創(chuàng)業(yè)月刊雜志》2015年第四期

1適應(yīng)深孔繩索取心金剛石鉆進(jìn)

相關(guān)專家建議的鉆孔結(jié)構(gòu)見表12。從表12可以看出，簡(jiǎn)單地層開孔口徑Φ122mm，下Φ114mm孔口管，理論環(huán)狀間隙為4mm，Φ114×6孔口管與Φ96mm口徑的環(huán)狀間隙為3mm，Φ96mm口徑與Φ91×4．5套管的環(huán)狀間隙是2．5mm，與Φ89×5鉆桿的環(huán)狀間隙是3．5mm，Φ91×4．5套管與Φ76mm口徑鉆頭處間隙是3mm，與Φ71×5鉆桿的外環(huán)間隙是5．5mm。顯然，專家推薦的鉆孔結(jié)構(gòu)比較合理，深孔繩索取心金剛石鉆進(jìn)應(yīng)推廣采用。為保證套管下管順利，除提高套管加工精度外，應(yīng)以地層巖石可鉆性級(jí)別不同，孔深不同，確定鉆孔外環(huán)間隙大小，巖性較軟，需要環(huán)狀間隙較大，如下Φ108mm套管，可選Φ113mm、Φ115mm或Φ122mm鉆頭成孔，商丘虞城一帶鐵礦磁異常普查鉆孔，因覆蓋層太厚，需下套管近千米，為保證Φ108mm套管下管順利，我單位曾選用Φ133mm鉆頭開孔。不同地層對(duì)套管起拔產(chǎn)生影響。詳見表13，從表上可看出，下套管是否順利與套管起拔力大小均受地層因素影響，不同地層對(duì)套管外壁單位面積的摩阻力大小不同。施工實(shí)踐證明，套管深度增加，總摩阻力增加，套管起拔力需增加，下套管時(shí)，套管自重可以抵消部分摩阻力。

2應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，舞鋼礦區(qū)一般用四級(jí)結(jié)構(gòu)完孔，即開孔Φ130mm，下Φ127mm孔口管，換徑Φ113mm口徑鉆進(jìn)，下Φ108mm套管，再換Φ97mm口徑，下Φ89mm套管，最后換Φ78mm口徑至終孔。遇地層簡(jiǎn)單，也采用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，即用Φ113mm口徑開孔，Φ97mm鉆進(jìn)，Φ78mm終孔。若選用孔徑再大，所需管材笨重，成本加大，因此選孔徑不能過(guò)大，而受終孔口徑限制，又不能再小。采用套管系列為Φ108×4．5、Φ89×4．5，創(chuàng)新點(diǎn)是套管連接改傳統(tǒng)內(nèi)接箍為外接箍，以增大套管內(nèi)通徑，由此鉆頭外徑可增大1～2mm，其鉆孔外環(huán)狀間隙調(diào)整為2．5mm左右，基本保證鉆進(jìn)過(guò)程中泵壓不致太高。滿足2000m以內(nèi)孔深，可保證鉆機(jī)原配套泥漿泵正常應(yīng)用。

2．1舞鋼礦區(qū)ZK10808鉆孔選擇舞鋼經(jīng)山寺礦區(qū)ZK10808鉆孔，結(jié)構(gòu)見圖1，設(shè)計(jì)孔深1700米，直孔，采用XY－6B鉆機(jī)，配套BW320泥漿泵，2011年10月3日開鉆，應(yīng)用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，開孔Φ113mm鉆頭，覆蓋層下Φ108×4．5mm套管，換徑Φ97mm，過(guò)破碎帶后下入Φ89×4．5mm套管，換Φ78口徑運(yùn)用無(wú)固相沖洗液鉆進(jìn)，2012年2月12日結(jié)鉆，歷時(shí)129天，終孔井深1729．50m，鉆孔經(jīng)地質(zhì)驗(yàn)收認(rèn)定為一級(jí)鉆孔，實(shí)踐證明，鉆孔結(jié)構(gòu)基本合理，鉆孔外環(huán)間隙增大2mm，1300m以下鉆進(jìn)泵壓為4．5－7MPa，施工較順利。該孔純鉆1274h，鋪助時(shí)間1220h，機(jī)故時(shí)間122h，其他480h，日最高進(jìn)尺為36．2m，全孔平均時(shí)效為1．36m／h，平均臺(tái)效為402．21m／臺(tái)效。

2．2舞鋼鐵山礦區(qū)ZK20700鉆孔設(shè)計(jì)孔深1150m，采用XY－6B鉆機(jī)，BW250泥漿泵，2011年10月29日開鉆，0~30m用Φ130mm鉆頭鉆進(jìn)第四系地層，下Φ127×4．5mm井口管后，換Φ113mm口徑，至170m鉆穿第一不穩(wěn)定層后，下入Φ108×4．5mm套管，換徑Φ96mm鉆頭，至530m鉆穿第二破碎層，下入Φ89×4．5mm技術(shù)套管護(hù)壁，再換徑Φ76mm鉆頭鉆進(jìn)，694－726m又遇強(qiáng)蝕變代，巖粉較多，改泥漿鉆進(jìn)，因泥漿性能維持不好，調(diào)整不及時(shí)，泵壓較高，2012年1月14日至孔深861m時(shí)在蝕變帶孔段發(fā)生斷鉆事故，因蝕變帶孔段鉆孔擴(kuò)經(jīng)，鉆桿在該孔段找不到斷頭，經(jīng)多方法多日處理無(wú)效，不得已作了報(bào)廢處理。挪孔后2012年2月29日再次開鉆，2012年8月15日左右結(jié)束，結(jié)鉆孔深1204m。該孔教訓(xùn)是，一是泥漿性能調(diào)整不到位，性能差，泵壓長(zhǎng)期在高位上運(yùn)轉(zhuǎn)，護(hù)壁效果不好；二是鉆孔結(jié)構(gòu)不合理，鉆孔在350－530m左右鉆遇厚層的混合巖，因石英含量高而強(qiáng)度較硬加之破碎，鉆進(jìn)效率較低，Φ89mm套管被迫提前下入，改變了原定的把Φ89mm套管下至730m左右的初衷，受終孔口徑限制，在強(qiáng)蝕變帶孔段水泥漿封護(hù)多次，待凝與掃孔誤時(shí)較多，至效率低，成孔周期較長(zhǎng)，效益差。

3結(jié)論

（1）繩索取心金剛石鉆探鉆孔外環(huán)間隙大小決定深孔施工成敗。傳統(tǒng)金剛石鉆孔外環(huán)間隙偏小，不適于深孔鉆探施工。使用加大鉆頭，增加環(huán)狀間隙，可降低上返速度，降低環(huán)空壓力損失，從而增加泥漿泵適應(yīng)孔深。解決了鉆孔環(huán)狀間隙問(wèn)題，一是可以保證現(xiàn)有配套泥漿泵在1500～2000m孔深段能正常使用，二是保證深孔下套管相對(duì)順利及套管較易起拔（對(duì)套管口部外環(huán)間隙采取密閉措施）。（2）深孔施工鉆孔結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用新系列口徑與新套管系列比較合理，目前情況下，創(chuàng)新應(yīng)用傳統(tǒng)套管改為內(nèi)平連接，使用加大鉆頭，基本適應(yīng)舞鋼礦區(qū)整裝勘查深部鉆孔施工地質(zhì)需求。

作者：胡延海姚改委袁明文單位：河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)