定向斜孔鉆進工藝技術研究

1、定向斜孔鉆進工藝技術研究             摘要：本文結(jié)合在羅圓井田的定向斜孔勘查鉆探施工，介紹施工設備、鉆具組合、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進技術參數(shù)等，確保羅圓井田鉆探施工鉆孔達到各階段質(zhì)量標準要求。 關鍵詞：定向  斜孔  工藝技術  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

2、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定方向（頂角，方位）鉆進。為達到此目的，首先要有一個合理的軌跡，在鉆進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問題。     2 造斜設備與機具     造斜時使用DST隨鉆檢測系統(tǒng)，鉆進時由放置在105mm無磁鉆鋌內(nèi)的DST25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

3、斜鉆進時使用5LZ95螺桿鉆，它是一種容積式井底馬達（PDM）由旁通閥總成馬達總成萬向軸總成等部件組成。工作時，高壓鉆井由73mm鉆桿內(nèi)進入螺桿鉆后，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，達到鉆井的目的。5LZ95×7.0型單彎螺桿鉆，外徑95mm適用孔徑118-152mm，流量范圍712L/S，M馬達壓降3.2Mpa鉆頭轉(zhuǎn)速90195r/min工作扭矩1100N.M，輸出功率10.422.5KW，鉆壓25KN，常用彎角0.75，1，1.25，1.5等幾種，如表1所示，造斜強度0.180.56/M，造斜效果較好。    

4、0;3 鉆具組合      3.1 一開：110mm矛式鉆頭（110mm肋骨鉆頭+89mm巖芯管）+68mm鉆鋌+50mm鉆桿，鉆至可下套管的完整基巖;     3.2 擴孔：190mm牙輪鉆頭+121mm鉆鋌+68mm鉆鋌+50mm鉆桿；     3.3 二開：94mm鉆頭+89mm巖芯管（取煤管）+68mm鉆鋌+50mm鉆桿鉆至造斜起始深度，換118mm擴孔器擴孔；     3.4&

5、#160;定向造斜段：118mm金剛石復合片鉆頭+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；     3.5 斜孔鉆進段:94mm鉆頭+89mm厚壁巖芯管（取煤管）+68mm鉆鋌+50mm鉆桿。     4 定向造斜鉆進技術     4.1 頂角和方位的控制 在設計目的明確，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。只有按預定的方位增

6、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鍵問題。     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)，當測斜儀底部引流鞋的缺口進入定向鍵并定位后，即可在監(jiān)視屏上讀取鉆孔的頂角方位角和工具面向角，與設計的工具面向角對比調(diào)整后，打壓，開泵

7、進行造斜鉆進。              造斜鉆進是使鉆孔在人工控制下向預計的方位和頂角鉆進。斜孔段應盡量保持均勻的造斜率，避免急彎，以利于穩(wěn)斜鉆進和減少復雜情況。造斜率一般控制造0.20.3°m較為合適，能順利的進行造斜鉆進穩(wěn)斜鉆進測井等作業(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工藝，羅圓井田造斜鉆進采用的鉆進參數(shù)選擇如表2所示。   

8、;  鉆進時，工具面和鉆壓一般要同時達到，根據(jù)鉆進速度和底層，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參數(shù)取得了較高的鉆進效率和造斜效果，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；石英砂巖只鉆進一次，效率只達到0.3-0.5m/h；今后我們將會在硬巖造斜的造斜鉆進參數(shù)和鉆頭選型等方面加強研究并加以應用。

9、     鉆完一個單根時，一般要認真劃眼2-3次，以消除因鉆進速度快孔壁不規(guī)則而形成的臺階凸凹不平等影響鉆進的因素。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。重復以上程序直至完成造斜施工。     4.2 斜孔取芯鉆進技術 到底斜孔取芯鉆進與直孔取芯鉆進的不同在于：斜孔取芯鉆進既要取芯，滿足地質(zhì)要求，又要保持鉆孔軌跡達到定向斜孔設計目的；鉆進時，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

10、離內(nèi)形成很大的斜度，同時又有方位的變化，在彎曲應力作用下，鉆具易折斷；在鉆孔彎曲的影響下，鉆機回鉆載荷增大，提升鉆具困難，長時間的大負荷運轉(zhuǎn)易損壞鉆機傳動系統(tǒng)；因孔斜形成的重力分力作用下，鉆壓到達不了鉆頭見煤反應不明顯，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。     鉆具組成：94mm厚壁取芯鉆頭+89 mm鉆鋌+68mm鉆鋌+50mm鉆桿。     特制坡口鉆鋌接頭是在普通83mm鉆鋌接頭上加工18°的倒數(shù)，以減少上下鉆具阻力，達到降低孔壁拉槽危險的目的

11、，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。              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391斜孔和直徑312孔同為800米時，39-1孔采用以上的鉆進步工藝和鉆具級配平均回次進尺4.16米，平均回次鉆進時間2：40小時，顯著降低了鉆進成本，提高了時間利用率，增加了鉆進時間，回次進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率，臺月效率達到310米，經(jīng)濟技術效果顯著。     5 結(jié)束語