梧桐庄矿大直径排水孔工程钻探施工技术.pdf

2 0 0 9年 5月 探矿工程( 岩土钻掘工程) 3 3 梧桐庄矿大直径排水孔工程钻探施工技术 和新 ， 尹丽 ， 吴云莺 ( 1 河北省地矿局国土资源勘查中心， 河北 石家庄 0 5 0 0 8 1 ； 2 河北省地矿局水文S - 程地质勘查院， 河北 石家庄 0 5 0 0 2 1 ) 摘要： 介绍了梧桐庄矿区孑 L 深6 4 6 m、 终孔直径5 2 6 m m两口排水孑 L 的钻探施工技术。该2口排水孑 L 深度大， 孔径 大， 垂直度要求高， 地层软硬互层变化较大， 易缩径， 穿层钻进时易形成孔斜， 施工难度大， 通过采用先用小径钻进、 后扩孔的施工方法， 并采取合理的钻具组合和泥浆， 制定有效的防斜技术措施等， 顺利完成排水孔施工， 施工质量 满足设计要求。 关键词： 大直径排水孔； 钻探 ； 垂直度； 钻具组合； 固井 中图分类号 ： T D 7 4 5 2 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 0 9 ) 0 5 0 0 3 3 0 3 Dr i l l i n g Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f L a r g e Di a m e t e r Dr a i n a g e Ho l e i n W u t o n g z h u a n g Mi n e HE X i n Y I N L i ， Y u n y i n g ( 1 E x p l o r a t i o n C e n t e r o f T e r r i t o r y a n d R e s o u r c e o f H e b e i P r o v i n c e G e o l o g y a n d Mi n i n g B u r e a u ， S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 8 1 ，Ch i n a ；2 T h e Hy d rog e o l o g y a n d En g i n e e ri n g Ge o l o g y P r o s p e c t i n g I n s t i t u t e o f He b e i P r o v i n c e G e o l o gy a n d M i n i n g B u r e a u ， S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 2 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e p a p e r i n t r o d u c e d t h e d ri l l i n g c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f d r a i n a g e h o l e s i n W u t o n g z h u a n g mi n e T h e 2 h o l e s we r e o f g r e a t d e p t h a n d l a r g e d i a me t e r i n s o ft h a r d alt e ma n t s t r a t u m，c o n s t r u c t i o n w a s d i f fi c u l t w i t h d i a me t e r s h rin k i n g a n d s l a n t b o r e h o l e S ma l l d i a me t e r d r i l l i n g a n d p o s t r e a mi n g w e r e a d o p t e d wi t h r e a s o n a b l e d ril l i n g t o o l as s e mb l y ，d ril l i n g mu d a n d e ff e c t i v e d e v i a t i o n p r e v e n t i n g me a s u r e s ，a n d t h e d r a i n ag e h o l e c o n s t ruc t i o n wa s s u c c e s s f u l l y c o mp l e t e d Ke y wo r d s ：l a r g e d i a me t e r d r a i n a g e h o l e ；d ri l l i n g ；v e r t i c a l i t y ；d ril l i n g t o o l a s s e mb l y ；w e l l c e me n t i n g 1 概 述 河北梧桐庄矿为解决矿区巷道排水 、 应对煤矿 透水等突发事件， 按照煤矿排水系统设计要求 ， 从地 面垂直施工 2口排水孔 ， 孔深 6 4 6 n l ， 终孔直径 5 2 6 I n n， 终孔落点在巷道内， 利用排水孑 L 做排水通道 ， 将 巷道内积水排出地面。我们承揽施工了该工程的施 工任务。由于该工程 口径较大 ， 钻孑 L 垂直度要求高， 施工难度大 ， 为此 ， 在认真分析地层资料和技术要求 的基础上 ， 制定了一系列钻探技术措施 ， 经过近 5个 月的艰苦施工 ， 完成了施工任务 ， 工程质量达到了甲 方设计要： 求， 同时在煤矿排水孔钻探工艺技术方面 取得了成： 叻的经验。 2 排水孔所遇地层 ( 1 ) 01 2 5 6 In为新生界第四系冲积层 、 第三 系地层 ， 岩性以粘土、 砂卵石 、 砂层为主， 地层互层变 化较大， 易坍塌、 漏失； ( 2 ) 1 2 5 6 646 I n为二叠系、 石炭系地层 ， 岩性 主要以砂页岩、 砂岩 、 泥岩 、 泥灰岩为主， 底部可见煤 层， 地层倾角一般 5 。 6 。 ， 局部超过 2 0 。 ， 可钻性 5 6级 ， 地层软硬互层变化较大， 易缩径 ， 穿层钻进时 易形成孔斜， 施工难度大。 3 排水孔结构设计 ( 1 ) 孔深 646 n l ( 与煤矿巷道底板深度一致) ； ( 2 ) 口径 ： 一 开 6 0 m m， 下入 5 6 o m m1 0 In m钢 管； 二 开 0 5 2 6 mm， 全 孔 下 入不 同厚 度 的 2 6 m m热轧无缝钢管。 4 工程技术要求 ( 1 ) 垂直度要求 ： 终孔孔斜度 1 0 mm， 修补钻头进行纠斜。口径 6 6 0 mm， 人 岩 2 IT I 后 ， 下入 0 5 6 0 mm1 0 m m护壁管 ， 水泥 固 井。 ( 2 ) 钻孔下部 1 2 7 6 6 4 6 m孔段 ， 换用 回转钻 机钻进 ， 采用 分级成 孔 的钻 进方法 ， 即先用 0 2 4 4 m m牙轮钻头钻进至终孔后， 经测量达到技术要求 后， 用 0 5 2 6 m m组合牙轮钻头扩孔钻进。 6 2 2 钻进技术措施 6 2 2 1 钻具组合 为了有效预防孔斜超标 ， 组配钻具时 ， 采用塔式 钻具结构、 满眼减压钻进技术。塔式钻具 结构是根 据钻头直径， 选配合理的钻具级差配合， 对于级差较 大的钻具加过渡带， 平稳过渡， 减少应力集中， 避免 形成阶梯钻柱， 导致上下接头反转转速不同， 引起弯 曲应力造成孔斜 。 ( 1 )小 径 钻 具 组 合 ： 0 2 4 4 m m 牙 轮 钻 头 + l 7 7 8 m m钻铤 2根( 带 3 0 mm扶正器 2组 )+ 01 6 8 m m钻铤 2根 +0 8 9 m m钻杆 +主动钻杆。 ( 2 ) 扩孔钻具组合 ： 0 2 4 4 m m前导牙轮钻头( 长 度 2 m)+ 5 2 6 m m组合牙轮钻头 +0 1 7 7 8 m m钻 铤 4根( 带 5 0 0 mm扶正器 2组 )+0 1 6 8 m m钻铤 2根 +0 8 9 mm钻杆 +主动钻杆。 ( 3 ) 减压钻进。钻进 时调整压力 ， 利用 孔底 钻 铤加压 ， 使钻柱 中和点处于钻铤长度 2 3处 ， 轻压 吊 打。同时使钻杆处于拉伸状态， 避免频繁敲打孔壁， 造成孑 L 壁不规则。 6 2 2 2 钻进参数 根据不同口径和地层情况 ， 合理选择钻压 、 转速 和泵量。 4 4 m m 口径钻进 ： 钻压 3 0 4 0 k N， 转速 6 9 r m i n ， 泵量 8 0 0 L m i n ； 大口径扩孔钻进 ： 钻压为 4 0 5 0 k N， 转速 4 8 r m i n ， 泵量 1 0 0 01 2 0 0 L m i n 。 钻进过程中应保持孔底清洁， 孔底钻压均匀， 防 止钻头走偏 ； 在钻人较薄互层 时严格控制钻压 ， 防止 钻具穿层时 ， 因岩层软硬变化及层面倾 角变化造成 孔斜。 6 2 2 3 钻进泥浆 ( 1 ) 排水孔上部冲击钻进时， 使用优质粘土造 浆护壁。 ( 2 ) 排水孔下部回转钻进时， 使用化学泥浆， 膨 润土添加 C MC 、 K P共聚物护壁堵漏剂等化学材料， 以达到拟制地层缩径、 护壁堵漏、 携带岩粉的作用。 其性能为 ： 密度 1 1 51 2 0 k g L ， 粘度 3 0 s ， 含砂量 4 。 6 2 2 4 定深测斜技术措施 ( 1 ) 钻进过程中， 每 3 0 m测斜一次， 换径处测 斜， 每 1 0 0 m用 J D G一 5型高精度陀螺测斜仪测斜 一 次 ， 有效地 防止 了孔斜超差。2号孔在 3 6 0 m深 时发现孑 L 斜超标 ， 采用标号为 4 2 5 R的水泥封闭偏 斜孔段 3 0 m， 更换弯曲钻具、 钻头， 采用轻压吊打的 办法重新造孔纠斜， 符合要求后继续钻进。 ( 2 ) 终孔后测斜 ， 1 号孔距巷道边缘 1 5 i n ， 2号 孔距巷道边缘 0 9 9 m， 水平位移 5 m， 达到了设计 要求 。 7 下管、 固井成孔工艺技术 该排水孔 口径大、 深度大， 全孔下入 2 6 m m 1 8 mm、 0 4 2 6 mm1 4 mm、 0 4 2 6 mm1 1 m m井 管共计 6 4 6 m， 质量达到 8 3 1 2 t ， 如何保证安全下 管、 固井也是本工程的关键问题。 7 1 下管技术措施 7 1 1 顺孔 、 冲孔换浆 扩孔达到孔深后， 用 2 6 m m筒状钻具加焊三 组肋骨条 ， 肋骨条外径 5 0 0 m lT l ， 从 1 2 7 i n处开始顺 孔， 同时冲孔换浆， 泥浆密度 9 MP a ， 1 1 m m 厚井管压力 5 MP a ， 并稳压 1 0 mi n 。井管底部加管 靴， 管靴上部 0 5 m处割 4 6个 0 2 0 m m旋流孔。 ( 2 ) 由于井管质量大 ， 为保证下管安全 ， 采用逆 止阀浮力塞下管法 ， 逆止阀为华北油 田生产 的高压 逆止阀， 其抗压强度为 2 0 M P a ， 承压 2 3 8 0 k N， 满足 下管要求。 ( 3 ) 下管焊接采用手工交流电弧焊， 焊接 电流 在 1 6 0 2 4 0 A范围内。 ( 4 ) 下管过程中， 随时往管内注清水 ， 拉力表保 持在 1 0 01 2 0 k N范围内， 以防压差过大， 损坏逆止 阀。 7 2 固井技术 ( 1 ) 为 了保 证 固井顺利 进行 ， 使 用 了 S MC N 3 0 0型石油高压固井车固井 ， 水泥标号为 4 2 5 R， 水灰比0 5 。 m， 上部孔 口封闭， 循环替浆畅通后 ， 开始送浆至水 泥浆头返出地 面， 打顶替清水 3 5 m ， 提 出钻杆候 凝 。 8 井管压力试验及管内浆液处理 候凝 7 2 h后 ， 用泥浆泵对排水孔进行耐压试 验 ， 稳压时间3 0 mi n ， 经试压达到 8 7 5 MP a ， 为工 作压力的 1 2 5倍 ， 达到设计要求 ， 证明固井效果良 好。 试压结束后， 下入 0 3 2 5 m m筒状钻具将逆止阀 扫掉， 然后用 0 3 2 5 mm提桶将孔内浆液提出， 孔底 残液高度 0 5 m， 封闭孑 L 口待用。 9结语 本次排水孔施工 中， 施工 口径、 深度大， 根据地 层情况， 采取合理的钻具组合和泥浆 ， 制定有效的防 斜技术措施是工程顺利完成的关键。同时先用小径 钻进 、 后扩孔的施工方法， 保证 了工程成功率。存在 的问题是施工周期较长， 钻探效率较低。 ( 2 ) 固井时， 下入 0 8 9 m m钻杆 ， 距逆止阀 0 5 + _一 一 + 一一 + - + 十一+一+一+一+一-# -一+ +一+一+一+一十一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+ +一十一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一+一 ( 上接第 3 2页) ( 2 ) 】 2 i n井 眼造斜段摩阻较大， 定 向困难。 该井钻具组合中用加重钻杆替代钻铤， 以减少钻柱 和井壁间的摩擦力 ， 同时在钻井液 中加入润滑剂 以 减小摩阻 ， 保证定向施工的顺利实施。 ( 3 ) 水平段使用 0 7 5 。 螺杆， 复合钻进造斜率较 高 ， 降低了复合钻进的比率。该井后期在水平段钻 进时使用 1 。 螺杆 ， 提高复合钻进 的 比率 ， 以增加钻 进速度。 层不受污染。全过程欠平衡水平井技术在该井获得 成功 ， 为两种技术的完美结合积累了宝贵经验。 ( 2 ) 控制好 3 l 1 2 m m大井 眼斜井段井眼轨 迹 ， 保证轨迹平滑 、 井壁清洁是 0 2 4 4 5 m m技术套 管顺利下入的保 障。 ( 3 ) 井眼轨迹优化设计与精确控制 ， 有效地降 低了长水平段的摩阻 、 扭矩 ， 实现了安全 、 高效钻井。 参考文献： 1 俞宪生， D F I 井氮气泡沫欠平衡钻井实践与认识， 探矿工程 9譬 孽 署 钻 井 技 术 及 删 天 然 ( 1 ) 南扶 2 7 3一平 2 5 3井是大庆首次将全过程 一 工业 ， 2 0 o 6 ， ( 1 1 ) 一 。 。 一 欠平衡工艺应用于水平井， 最大程度地保护了油气 厦深铁路榕江特大桥基础工程全面施工 新华社北京消息从中国铁建获悉， 被称为“ 世界第一 跨度” 的厦深铁路重难点控制性工程榕江特大桥基础工 程全面展开施工 。 由中国铁建十三局集团承建的厦深铁路榕江特大桥全 长7 4 k m， 总投资近 9亿元人民币。大桥的主跨为跨度达 2 2 0 m的钢桁梁柔性拱， 这在世界同类型桥梁中位居第一。 为满足万吨巨轮通航需要， 主桥水面至桥梁底部净空高 3 8 m， 相当于 1 0层楼的高度； 水面至拱顶的高度达 1 0 0 m， 高度 超过了3 0层楼的高层建筑。 大桥主跨计划采用整体吊装作业法， 桥梁的重量将达创 纪录的7 0 0 0 t 左右。大桥的两大突出特点， 一是“ 正交焊接 整体节点” ； 二是异型钢桥面板。其施工工艺和技术难度在 国内罕见。 榕江特大桥的施工环境十分复杂， 除施工场地狭窄之 外， 桥址处于榕江人海口2 5 k m处。受海潮影响及航运通航 影响极大， 且台风和雨水干扰十分频繁。 目前， 全桥已完成桩基9 1 0根， 栈桥全部拉通 ， 江上 6个 施工平台已搭建完成4个 ， 前期工程施工进展顺利。