定向斜孔鉆進工藝技術研究論文

　　摘要：

　　本文結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、鉆孔結構、鉆進技術參數等，確保羅圓井田鉆探施工鉆孔達到各階段質量標準要求。

　　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——穩斜段的孔身結構，其中增斜段和穩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，鉆進時由放置在Ф105mm無磁鉆鋌內的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系統計算機處理后顯示于監視屏及司鉆顯示儀隨時監測調整。

　　造斜鉆進時使用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Ф73mm鉆桿內進入螺桿鉆后，液體的壓力使鉆具中心的轉子旋轉，從而把回轉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Ф95mm適用孔徑Ф118——152mm，流量范圍7——12L/S，M馬達壓降3。2Mpa鉆頭轉速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擴孔器擴孔；

　　（4）定向造斜段：Ф118mm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；

　　（5）斜孔鉆進段：Ф94mm鉆頭+Ф89mm厚壁巖芯管（取煤管）+Ф68mm鉆鋌+Ф50mm鉆桿。

　　4、定向造斜鉆進技術。

　　（1）頂角和方位的控制。

　　在設計目的明確，孔內情況清楚的前提下，控制鉆孔方位和頂角都是依靠造斜鉆具實現的，兩者既聯系密切又相互制約。只有按預定的方位增﹙降﹚斜造斜才是最有效的；調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，是通過調整斜向器的裝置角即螺桿鉆的工具面向角來實現的，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整工具面向角是保證有效的造斜和控制方位的關鍵問題。

　　①定向方法。

　　為了對斜向器裝置到預定的方位上，在鉆進前準確測定斜向器在孔底的實際方位與預定裝置方位的偏差，并進行校正，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，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整后，打壓，開泵進行造斜鉆進。

　　②造斜鉆進定向。

　　造斜鉆進時利用斜向器和相應的鉆具組合在井眼中產生的彈性力矩，給鉆頭造成一個垂直起軸線的連續作用的側向力，使鉆頭側向切削巖石，從而實現造斜鉆進。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，能達到預定的造斜施工目的。

　　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，以利于穩斜鉆進和減少復雜情況。造斜率一般控制造02－——0.3°/m較為合適，能順利的進行造斜鉆進穩斜鉆進測井等作業，即使出現孔內事故也較容易處理。

　　造斜鉆進時，調整好工具面后，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選擇。鉆進時，工具面和鉆壓一般要同時達到，根據鉆進速度和底層，以工具面控制為主，反扭矩是螺桿鉆帶動鉆頭旋轉式生產的反作用力，反扭矩的存在會影響定向精度，因此在定向作業時要考慮反扭矩的影響。調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取得了較高的鉆進效率和造斜效果，據不完全統計：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和鉆頭選型等方面加強研究并加以應用。

　　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，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。

　　（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；鉆孔在較短的距離內形成很大的斜度，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易損壞鉆機傳動系統；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，易發生掉塊卡埋鉆等孔內事故。

　　①鉆具級配。

　　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，使用了Ф89mm鉆鋌特制坡口鉆鋌接頭，厚壁巖芯管及相應的厚壁取芯鉆頭。

　　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，以減少上下鉆具阻力，達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。

　　②鉆進工藝。

　　根據我隊現有鉆頭到設備和斜孔取芯的要求及操作習慣，我們選擇了以下的鉆進參數：

　　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，降低了因起下鉆具可能發生的孔壁拉槽掉塊卡阻鉆具的機率，臺月效率達到310米，經濟技術效果顯著。

　　5、結束語。

　　運用該項技術，在進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行了淮南礦業集團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水平能力得到了提高。

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