立井井筒超深冻结钻孔施工工艺

! 枣庄矿业集团第五工程处 " 山东 枣庄 " # . . ) , )
分析总结了我国超深冻结钻孔施工经验教训 ! 介绍了初步形成的较为成熟的超深 !! 摘 ! 要 " 冻结钻孔施工工艺 ! 对防偏 " 纠偏及防塌孔技术提 出 了 一 些 具 体 措 施 ! 对类似工程施工具有一 定的指导作用 # 超深冻结钻孔 $ 立井井筒 $ 防偏 $ 纠偏 !! 关键词 "
万方数据
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建 ! 井 ! 技 ! 术 !!!!!!!!!!!!!!, , . 年第 +卷
径大 ,"2 , EE! @ E F! 钻具基本组合 钻具基本组合为 " 主 动钻杆 # + * EEf) ) EE ! $ 或! 钻 杆# 或 . 0 EE f* EE% ) 2 * EE f2 ) EE $ ! 导 向 管# 或! ) . + EEf2 2 EE% ) * , EE$ ) 2 EE% ! ! 三牙轮钻头 ! F! 钻进参数 $ % 钻压 " 砂层 & 粘 土 质 砂 层 2"+ 粘土层 ) X $’ 基岩 ) +") X $’ -") 1 X $! $ % 转速 " ( ) ) ,") * , B E 5 9! $ % 泵量 " ( 0 2 , ,"+ 2 , W E 5 9! A! 冲洗液 冲洗液是钻探工程的 ) 血液 * ’ 对钻进效率 & 钻 孔质量和钻孔施工安全有着重大影响 ! 冲洗液的 作用主要表现在以下几个方面 " % 清除 孔 底 岩 粉 ! 利 用 循 环 着 的 冲 洗 液 将 $ ) 岩粉携带到地面 ’ 以保持孔底清洁 ! $ % 冷却 钻 头 ! 利 用 循 环 着 的 冲 洗 液 将 钻 头 与岩石摩擦而产生的热量带走 ’ 以冷却钻头 ! $ % 润滑钻具 ’ 减少摩擦 ! 借助冲洗液本身的 0 使钻具表面吸附 ) 层薄膜 ’ 以减少钻具与孔 性能 ’ 壁的摩擦 ! $ % 保护 孔 壁 ! 孔 内 冲 洗 液 柱 所 形 成 的 静 压 / 力和冲洗液本身 的 造 壁 性 能 可 防 止 孔 壁 坍 塌 & 掉 起到保护孔壁作用 ! 块及漏水等 ’ 冲洗液可 选 用 清 水 & 泥 浆’ 也可选用其他浆 液 ! 应根据工程地质条件选用适宜的冲洗液及其 配比 ! 对于地层 条 件 较 好 ’ 有自造浆能力的浅部 钻孔段 ’ 可选 用 清 水 作 冲 洗 液 ! 当 地 层 条 件 较 差 $ 如砂层 & 砾石层 等 地 段 % ’ 或 钻 进 至 深 部 孔 段’ 尤 其是钻进至深部基岩段时 ’ 必须用泥浆作冲洗液 ! 常选用低固相泥浆 ’ 其主要成分是膨润土 ’ 视实际 情况选用添加 剂 ! 添 加 剂 主 要 有 纯 碱 $ 添加量为 & 纤维素$ 添加量为 膨润土用量的 , U 2a ") U 2a % 膨润土用量的 , ’ 或聚丙烯睛$ 添加 U 0a ", U 2a % 量为 膨 润 土 用 量 的 , & 聚丙烯酰胺 U )a ", U 0a % $ 添加量为膨润土用量的 , 等几 U , -a ", U )a % 种 ! 泥浆 的 主 要 性 能 指 标 " 粘度) ’ 密度 +"2 > ( 失 水 量 () ( 含砂量 ) U ) ,") U 2 6 E’ , E W 0 , E 5 9’ 胶体率 $* 2a ’ ’ 值 ."*! (2a ’ D
, , 1 , + ) , !! 收稿日期 $ ! !
高" 为保证钻孔垂直度和便于钻机移位 " 必须构筑 * * 灰土盘 % 牢固平整的钻场基础 * 灰土盘 构 筑 是 钻 孔 施 工 前 的 一 项 基 础 性 工 作 % 其基本构筑方法为 $ 先以井筒中心为中心 " 构 筑直径比外圈冻结 孔 布 置 圈 径 大 ) 厚度 -") / E& 然后在三七灰土盘上 , U /", U 1 E 的三七 灰 土 盘 ’ 厚 构筑直径比外圈冻 结 孔 布 置 圈 径 大 ) ,") E& 度, 混 凝土 强 度 等 级 U /", U 2 E 的混凝土灰土 盘 ! 一般为 H # " 并 根 据 设 计 孔 位" 预留出钻孔窝和 0 , 冲洗液循环沟槽 % 三七灰土盘顶面一般高出地表 , 石灰和 U E" 干性粘土的混合比为 0n." 分层夯实 % @! 施工设备与钻具基本组合 @ E ?! 冻结钻孔施工设备 超深冻结钻孔施工常用的设备主要有 $ ! # 钻探设备 $ ) J & ! , , , 型或 J & ! ) , , ,型钻 ! ! 机" + J QV + 2 , 2 型 泥 浆 泵" U 2 E 高的四角钻塔 ! 或 # 形钻塔等 % ! # 测 斜 设 备$ ! C J 0 #" ! C J 2型陀螺测斜 ! ! 仪’ 蔡司 , ) , Q 型灯光测斜器具 % ! # 定向纠偏设备 $ 0 ! C J 0 C" ! C J 2" ! C J 1型 ! ! ! 陀螺定向仪 ’ 2 W L ) 1 2f. U ," 2 W L ) ,f. U , 型 螺杆 ! ! 钻具及定向楔等 % @ E @! 钻孔结构 钻孔结构依据冻结管外径 & 钻孔深度 & 钻具组 合等而定 % 一般 情 况 下 " 钻孔直径应比冻结管外
B! 防偏与纠偏技术措施
万方数据 防偏与纠偏是超深冻结钻孔施工中保证钻孔
! 第 ) 期 !!!!
孙玉超 ! 立井井筒超深冻结钻孔施工工艺
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采取以下措施 ! # 确定定向方位时 $ 应根据钻孔的不同弯曲 " ) 形态 $ 选用不同的定向方案 % " 定 向 纠 偏 钻 进 时$ 应 根 据 钻 孔 原 顶 角& 设 -# 计纠偏后的反偏 顶 角 及 螺 杆 钻 具 的 降 斜 强 度 $ 确 并根据岩性 $ 确定纠偏钻进 定定向纠偏钻进段长 ’ 的钻压 % 钻进段长按下式计算 ! 分%
0
垂直度的关键技术问题 ’ 它决定着钻孔施工质量 ’ 对施工效率 有 着 重 要 的 影 响 ! 钻 孔 施 工 过 程 中 ’ 孔斜控制采用 ) 以防为主 ’ 以纠为辅 ’ 防纠结合 * 的 原则 ! B E ?! 防 ! 偏 如地层的软硬 造成钻孔偏斜 的 原 因 有 很 多 ’ 变化 ’ 岩 层 倾 角 的 大 小’ 钻 压 和 泵 量 的 大 小’ 泥浆 性能的好坏 ’ 钻头结构形式 ’ 导向管的长短 & 轻重 & 粗细等 ! 钻压过 大 ’ 易使钻具弯曲而造成钻孔偏 斜+ 钻压突增 ’ 易使钻头在孔底滑动而造成钻孔偏 斜 ! 泵量小或泥浆稀时 ’ 孔内岩粉便会增多 ’ 易造 成钻孔偏斜 ! 钻 头 切 削 & 研磨的岩屑颗粒大或有 掉块 ’ 不 便 于 泥 浆 携 带’ 大 量 堆 积 于 孔 底 时’ 易造 成钻孔偏斜 ! 导向管过短 & 过轻或过细时 ’ 不能起 到应有的导向作用 ’ 易造成钻孔偏斜 ! 因此 ’ 采用 适宜的钻进参数 & 合理的钻具组合 & 性能较好的泥 浆’ 是保证钻孔垂直度 ’ 防止钻孔偏斜的重要技术 措施 ! 钻场基础的平 整 & 稳固情况和钻机安装质量 等’ 也直接影响着钻孔垂直度 ’ 尤其是对钻孔开孔 质量影响更大 ! 开孔不正是造成钻孔偏斜的又一 重要原因 ! 因此 ’ 构 筑 平 整& 稳 固 的 钻 场 基 础’ 保 水平 ’ 开孔时使钻具处于铅直状 证钻机安装周正 & 态’ 把好开孔质量关 ’ 对防止钻孔偏斜也是十分重 要的 ! B E @! 纠 ! 偏 必须做好孔斜监测工作 ’ 基 钻孔施工过程中 ’ 本测点间 距 可用 , E! 钻 孔 深 度 小 于 ) , , E 时’ 蔡司 , 超过) ) , Q 灯 光 测 斜 仪 测 量 孔 斜+ , , E 时’ 应采用陀螺测斜仪测量 ! 一旦发现孔斜即将超限 或偏向不利 时 ’ 应 及 时 进 行 纠 偏!钻 孔 钻 至 终 孔 深度后 ’ 用陀螺测斜仪对全孔进行系统测斜 ! 钻孔深度小于 如 果 偏 斜 较 小’ 可采 , , E 时’ 用调整立轴钻杆 角 度 和 偏 向 的 方 法 进 行 纠 偏 + 如 果偏斜较大 ’ 则采用定向楔或螺杆钻具进行纠偏 ! 用 定 向 楔 或 螺 杆 钻 具 纠 偏 时’ 采 用 陀 螺 仪 定 向! 定向楔楔面斜度或螺杆钻具弯接头角度依据钻孔 顶角和偏距而定 ! 钻孔 深 度 超 过 应采用螺杆钻具纠 , , E 后’ 偏 ! 深孔段纠偏 ’ 难度较大 ’ 成功率较低 ! 原因是 随着钻孔深度的增加 ’ 仪器的测量误差会加大 ’ 干 扰定向效果的因素会增多 ’ 定向精度会下降 ’ 纠偏 效果会降低 ! 有 时 需 经 多 次 反 复 定 向 ’ 才能达到 预想的定向纠偏效果 ! 为提高定向纠偏精度 ’ 确保定向纠偏效果 ’ 应
! # J C 1 2 U 0 /!!! 文献标识码 " Q!!! 文章编号 " ) , , 1 , * , , . , ) , , . , 0 !! 中图分类号 " ! ! !
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我国 煤 矿 立 井 井 筒 冻 结 深 度 不 断 增 !! 近年来 " 有些井筒冻结深度已达到1 甚至超 加" , ,". , , E" 过. , , E% 如山东省 巨 野 矿 区 龙 固 矿 副 井 井 筒 冻 结深度为1 郭屯矿主 & 副& 风井筒冻结深度均 2 , E" 为. 安徽省国投新集口孜东矿主 & 副& 风井筒 , E’ 冻结深度分 别 为 . 0 ." 1 ) .和1 1 E% 即 将 要 建 设 若 的巨野矿区万福矿井表土层厚度达到 . 2 2 U 0 E" 采用冻结法施工 " 井筒冻结深度应在 + , , E 左右 % 深井 冻 结 施 工 的 关 键 技 术 问 题 是 ( 一钻两 壁) %( 一钻) 指 冻 结 钻 孔" ( 两 壁) 指冻结壁和井 其施工成败和质量优劣决 壁 % 尤其是冻结 钻 孔 " 定着冻结施工能 否 正 常 进 行 " 对冻结工程施工质 工期及施 工 安 全 有 着 至 关 重 要 的 影 响 % 冻 结 量& 钻孔深度必须与 设 计 冻 结 深 度 相 适 应 " 一般情况 下" 应超过井筒设 计 冻 结 深 度 )"E% 超 深 冻 结 深度 大 于 1 设 计 孔 数 多& 钻孔 ! , , E 的 冻 结 钻 孔# 质量要求高 ! 钻孔 垂 直 度 一 般 用 ( 靶 域) 控 制" ( 靶 半径一般为 ) 同时对钻孔间距和偏 域) U ,") U 2 E’ 向等指标也有严 格 的 要 求 # & 施 工 难 度 大" 关键在 于保证钻孔垂直度和防治钻孔坍塌及灰土盘塌陷 等 % 因此 " 在分析 总 结 超 深 冻 结 钻 孔 施 工 经 验 教 训的基础上 " 对超深冻结钻孔施工工艺进行研究 " 对保证超深冻结钻孔施工质量 " 提高施工效率 " 确 保施工安全有着重要的现实意义 % ?! 钻场基础 由于超深冻结钻孔孔数多 & 深度大 & 质量要求
" # 保证实际钻孔深度超过设计深度 )"E% # 配置振动除砂器 $ 除去泥浆中的大颗粒成 " 0 " # 下管前调换泥浆 $ 泥浆性能指标要能有效 / 地防止粘土层段 钻 孔 缩 径 & 泥浆失水粘泥化和保 并使其在孔内充分循环 $ 保证岩粉沉 证孔壁安全 ’ 淀高度不超过规定 % " # 下管时 $ 待 下 到 孔 底 后 再 进 行 打 压 试 漏$ 2 以防过早试压后 $ 冻结管下不到孔底 % 灰土盘塌陷的防治 G! 钻孔坍塌 " 灰土盘塌陷的危害 G E ?! 钻孔坍塌 ! 表土段砂层结构松散 $ 孔壁较难维护 $ 易发生 钻孔坍塌 % 钻孔坍塌的危害主要表现在以下几个 方面 ! " # 影 响 钻 孔 的 正 常 钻 进& 测斜和冻结管下 ) 放% # 由于冻结孔间距较小 $ 钻孔坍塌部位易出 " 现孔与孔之间连 通 现 象 $ 致使坍塌钻孔邻近的钻 孔钻进时泥浆泄漏 $ 不能正常返浆 $ 严重影响钻孔 的正常施工 % " # 钻孔坍 塌 破 坏 了 坍 塌 部 位 附 近 原 有 地 层 0 使 得 钻 孔 垂 直 度 难 以 控 制$ 易发生钻孔偏 结构$ 斜% " # 钻孔坍塌部位涌出物量大时 $ 表明坍塌空 / 间大 $ 易造成上覆地层塌落 $ 严重时会造成地表灰 使钻机安装 & 移位和钻孔施工难以正常 土盘塌陷 $ 进行 % 灰土盘塌陷的防治措施 G E @! 钻孔坍塌 ! " # 确保泥浆性能指标满足钻进和护壁要求 % ) " # 钻孔漏水时 $ 及时采取相应的堵 & 封措施 $ 保证钻进时泥浆正常循环 % " # 钻 孔 施 工 期 间$ 起钻时用泥浆将钻孔灌 0 满% " 冻 结 管& 测 温 管 下 入 孔 内 后$ 壁外充填满 /# 泥浆或粘土水泥浆等材料 % " # 钻孔坍 塌 部 位 用 粘 土 或 粘 土 水 泥 浆 等 材 2 料充填 % H! 结 !! 语 从目前已完工的几个超深冻结钻孔工程施工 情况看 $ 钻孔施工质量均能满足要求 $ 单机钻进效 率一般为 ). (月 % 这 说 明 超 深 冻 结 , ,"-, , E 钻 孔施 工工艺和 技术已 基本成 熟 $ 但对钻孔的防 " 下转 * 页 #
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