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定向斜孔鉆進(jìn)工藝技術(shù)研究論文
摘要：
本文結(jié)合在羅圓井田的定向斜孔勘查鉆探施工，介紹施工設(shè)備、鉆具組合、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)等，確保羅圓井田鉆探施工鉆孔達(dá)到各階段質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。
關(guān)鍵詞：定向斜孔；工藝技術(shù)；增斜
1、概述。
羅圓井田的定向斜孔采用直孔段——定向增斜段——穩(wěn)斜段的孔身結(jié)構(gòu)，其中增斜段和穩(wěn)斜段施工是本次課題研究的重點和難點。定向增斜（造斜）施工的基本要求是使鉆孔向預(yù)定方向（頂角，方位）鉆進(jìn)。為達(dá)到此目的，首先要有一個合理的軌跡，在鉆進(jìn)過程中則要解決有效的造斜和正確控制鉆孔方位這兩個基本技術(shù)問題。
2、造斜設(shè)備與機(jī)具。
造斜時使用DST隨鉆檢測系統(tǒng)，鉆進(jìn)時由放置在Ф105mm無磁鉆鋌內(nèi)的DST－25型隨鉆測斜儀測出鉆孔頂角方位角及螺桿鉆工具面向角，通過電纜傳遞給地面DST系統(tǒng)計算機(jī)處理后顯示于監(jiān)視屏及司鉆顯示儀隨時監(jiān)測調(diào)整。
造斜鉆進(jìn)時使用5LZ95螺桿鉆，它是一種容積式井底馬達(dá)（PDM）由旁通閥總成馬達(dá)總成萬向軸總成等部件組成。工作時，高壓鉆井由Ф73mm鉆桿內(nèi)進(jìn)入螺桿鉆后，液體的壓力使鉆具中心的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而把回轉(zhuǎn)扭矩和鉆壓傳遞給鉆頭，達(dá)到鉆井的目的。5LZ95×7。0型單彎螺桿鉆，外徑Ф95mm適用孔徑Ф118——152mm，流量范圍7——12L/S，M馬達(dá)壓降3。2Mpa鉆頭轉(zhuǎn)速90——195r/min工作扭矩1100N。M，輸出功率10。4－22。5KW，鉆壓25KN，常用彎角0.75，1，1.25，1.5等幾種，如表1所示，造斜強(qiáng)度0。18——0。56/M，造斜效果較好。
3、鉆具組合。
（1）一開：Ф110mm矛式鉆頭（Ф110mm肋骨鉆頭+Ф89mm巖芯管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿，鉆至可下套管的完整基巖；
�。�2）擴(kuò)孔：Ф190mm牙輪鉆頭+Ф121mm鉆鋌+68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿；
�。�3）二開：Ф94mm鉆頭+Ф89mm巖芯管（取煤管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿鉆至造斜起始深度，換Ф118mm擴(kuò)孔器擴(kuò)孔；
�。�4）定向造斜段：Ф118mm金剛石復(fù)合片鉆頭+5LZ95單彎螺桿鉆具+定向接頭+105mm無磁鉆鋌+73mm石油鉆桿+主動鉆桿+隨鉆專用水龍頭；
�。�5）斜孔鉆進(jìn)段：Ф94mm鉆頭+Ф89mm厚壁巖芯管（取煤管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿。
4、定向造斜鉆進(jìn)技術(shù)。
�。�1）頂角和方位的控制。
在設(shè)計目的明確，孔內(nèi)情況清楚的前提下，控制鉆孔方位和頂角都是依靠造斜鉆具實現(xiàn)的，兩者既聯(lián)系密切又相互制約。只有按預(yù)定的方位增﹙降﹚斜造斜才是最有效的；調(diào)整方位則會影響造斜率。具有一定造斜能力的造斜鉆具，其改變頂角和方位的大小及兩者之間的分配關(guān)系，是通過調(diào)整斜向器的裝置角即螺桿鉆的工具面向角來實現(xiàn)的，它包括頂角的單獨控制頂角與方位角的同時控制。因此，正確的安裝和及時調(diào)整工具面向角是保證有效的造斜和控制方位的關(guān)鍵問題。
①定向方法。
為了對斜向器裝置到預(yù)定的方位上，在鉆進(jìn)前準(zhǔn)確測定斜向器在孔底的實際方位與預(yù)定裝置方位的偏差，并進(jìn)行校正，叫做定向。
一般的定向方法有井下定向和地面定向兩種。本次造斜施工井下儀器定向。鉆具下至孔底后，將有線隨鉆測斜儀下放至螺桿鉆上部的定向接頭內(nèi)，當(dāng)測斜儀底部引流鞋的缺口進(jìn)入定向鍵并定位后，即可在監(jiān)視屏上讀取鉆孔的頂角方位角和工具面向角，與設(shè)計的工具面向角對比調(diào)整后，打壓，開泵進(jìn)行造斜鉆進(jìn)。
�、谠煨便@進(jìn)定向。
造斜鉆進(jìn)時利用斜向器和相應(yīng)的鉆具組合在井眼中產(chǎn)生的彈性力矩，給鉆頭造成一個垂直起軸線的連續(xù)作用的側(cè)向力，使鉆頭側(cè)向切削巖石，從而實現(xiàn)造斜鉆進(jìn)。本次施工造斜使用的斜向器是安裝在螺桿鉆下部的彎外管，角度為0.75°，1°，1.25°，1.5°等四種，。相應(yīng)的鉆具組合為Ф118mm鉆頭+Ф95mm5LZ95型單彎螺桿鉆+定向接頭+Ф105mm無磁鉆鋌+Ф73mm石油鉆桿+主動鉆桿+隨鉆專用水龍頭，能達(dá)到預(yù)定的造斜施工目的。
造斜鉆進(jìn)是使鉆孔在人工控制下向預(yù)計的方位和頂角鉆進(jìn)。斜孔段應(yīng)盡量保持均勻的造斜率，避免急彎，以利于穩(wěn)斜鉆進(jìn)和減少復(fù)雜情況。造斜率一般控制造02－——0.3°/m較為合適，能順利的進(jìn)行造斜鉆進(jìn)穩(wěn)斜鉆進(jìn)測井等作業(yè)，即使出現(xiàn)孔內(nèi)事故也較容易處理。
造斜鉆進(jìn)時，調(diào)整好工具面后，緩慢的下放鉆具至孔底，使用不同的造斜鉆進(jìn)工藝，羅圓井田造斜鉆進(jìn)采用的鉆進(jìn)參數(shù)選擇。鉆進(jìn)時，工具面和鉆壓一般要同時達(dá)到，根據(jù)鉆進(jìn)速度和底層，以工具面控制為主，反扭矩是螺桿鉆帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)式生產(chǎn)的反作用力，反扭矩的存在會影響定向精度，因此在定向作業(yè)時要考慮反扭矩的影響。調(diào)整工具面和反扭矩就整鉆壓。當(dāng)巖石較硬需要增加鉆壓時，增大反扭矩即可；反之，即為減小鉆壓。
采用以上的造斜鉆進(jìn)參數(shù)取得了較高的鉆進(jìn)效率和造斜效果，據(jù)不完全統(tǒng)計：泥巖一般為4—m/h；砂巖中一般為3—4m/h；石英砂巖只鉆進(jìn)一次，效率只達(dá)到0.3——0.5m/h；今后我們將會在硬巖造斜的造斜鉆進(jìn)參數(shù)和鉆頭選型等方面加強(qiáng)研究并加以應(yīng)用。
鉆完一個單根時，一般要認(rèn)真劃眼2—3次，以消除因鉆進(jìn)速度快孔壁不規(guī)則而形成的臺階凸凹不平等影響鉆進(jìn)的因素。劃眼后將有線隨鉆測斜儀提出定向鍵，提升至主動鉆桿內(nèi)，卸開主動鉆桿即可加73mm石油鉆桿單根，接上主動鉆桿，下放儀器定向。重復(fù)以上程序直至完成造斜施工。
�。�2）斜孔取芯鉆進(jìn)技術(shù).
到底斜孔取芯鉆進(jìn)與直孔取芯鉆進(jìn)的不同在于：斜孔取芯鉆進(jìn)既要取芯，滿足地質(zhì)要求，又要保持鉆孔軌跡達(dá)到定向斜孔設(shè)計目的；鉆進(jìn)時，鉆具處于孔壁下沿，鉆具與孔壁不間斷的摩擦，造成鉆具磨損增大；鉆孔在較短的距離內(nèi)形成很大的斜度，同時又有方位的變化，在彎曲應(yīng)力作用下，鉆具易折斷；在鉆孔彎曲的影響下，鉆機(jī)回鉆載荷增大，提升鉆具困難，長時間的大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)易損壞鉆機(jī)傳動系統(tǒng)；因孔斜形成的重力分力作用下，鉆壓到達(dá)不了鉆頭見煤反應(yīng)不明顯，煤芯采取率也不容易保證，在易坍塌掉塊的破碎地層中，易發(fā)生掉塊卡埋鉆等孔內(nèi)事故。
�、巽@具級配。
采用的鉆具級配與普通鉆具相同，但為了降低孔壁拉槽的危險，減少鉆具磨損，減少起下鉆次數(shù)，使用了Ф89mm鉆鋌特制坡口鉆鋌接頭，厚壁巖芯管及相應(yīng)的厚壁取芯鉆頭。
鉆具組成：Ф94mm厚壁取芯鉆頭+Ф89mm鉆鋌+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿。特制坡口鉆鋌接頭是在普通Ф83mm鉆鋌接頭上加工18°的倒數(shù)，以減少上下鉆具阻力，達(dá)到降低孔壁拉槽危險的目的，實踐證明效果顯著，孔壁拉槽時感覺不明顯，未拉槽時降低了上下鉆具的阻力。
�、阢@進(jìn)工藝。
根據(jù)我隊現(xiàn)有鉆頭到設(shè)備和斜孔取芯的要求及操作習(xí)慣，我們選擇了以下的鉆進(jìn)參數(shù)：
在施工過程中采用以上的工藝和鉆具級配取得了良好的效果，煤芯采取率一直保證在80%以上；在同時施工的39－1斜孔和直徑31－2孔同為800米時，39—1孔采用以上的鉆進(jìn)步工藝和鉆具級配平均回次進(jìn)尺4。16米，平均回次鉆進(jìn)時間2：40小時，顯著降低了鉆進(jìn)成本，提高了時間利用率，增加了鉆進(jìn)時間，回次進(jìn)尺的增加也減少了起下鉆具的次數(shù)，降低了因起下鉆具可能發(fā)生的孔壁拉槽掉塊卡阻鉆具的機(jī)率，臺月效率達(dá)到310米，經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果顯著。
5、結(jié)束語。
運(yùn)用該項技術(shù)，在進(jìn)行羅圓井田定向斜孔施工的同時，使用部分研究成果和隨鉆定向工藝進(jìn)行了淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦地面予注漿鉆孔造斜施工、副井井檢孔糾斜和地面予注漿鉆孔造斜施工、潘一煤礦第二供水孔糾斜新集集團(tuán)劉莊煤礦供料孔糾斜等項目的施工，造斜成孔快，精度高，糾斜效果顯著，也使操作人員的技術(shù)水平能力得到了提高。
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