常规钻探设备钻进高精度垂直孔施工技术

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1、常规钻探设备钻进高精度垂直孔施工技术【摘要】垂直定向钻孔近年来在煤矿生产中应用越来越广泛，特殊定向钻孔一经确定孔位，必须打到指定位置，否则无法满足设计要求，如何通过常规钻探设备钻进高精度垂直孔，从而有效减低工程投入，满足工程技术要求，我们在韩城矿业公司桑树坪煤矿施工的两口定向供水钻孔，钻进过程中通过采取有效的防斜措施，取得了良好的效果，可为同类工程施工提供借鉴依据。【关键词】定向钻孔；常规钻探设备；防斜1工程概况韩城矿业公司桑树坪煤矿，采区巷道内突发涌水，造成淹井，为了有效利用井下涌水，桑树坪煤矿决定从地面施工2个进入

2、涌水巷道的钻孔，然后由地面向巷道下设井泵进行取水，以解决矿区居民和工业用水。7桑树坪煤矿2个供水钻孔深度都在110米左右，孔间距为15米，钻孔终孔靶心必须进入涌水巷道内；巷道宽度为3米，因此终孔靶心偏高巷道中心线不得超过1.5米，既钻孔偏斜率≤3.4%，由于钻孔较浅和工程费用较少，采用特殊成井方法（如绳索取芯钻进法）虽能保证钻孔精度，但费用高，也未能逐级扩孔成井。为此，决定采用常规钻进方法施工。2013年7月我公司承担了该项施工任务。我们通过精心确定施工技术参数，合理配置钻具组合，严把成井工艺环节，成功实现了常规钻探设

3、备钻进高精度垂直孔。2钻孔弯曲的因素造成孔斜的因素，主要有地质因素和钻进工艺技术因素两方面：2.1地质因素2.1.1岩层倾角大，易造成钻孔孔斜岩层倾角的大小，是引起钻孔弯曲的主要原因之一。因为钻头在钻进不同的倾角层面是，能造成钻头上每个切削具之间的压力差，岩层本身的抗磨强度不同也能产生转速差，钻头承受的轴心压力处于不稳定状态，促使钻孔弯曲。2.1.2岩层软硬变化频繁，能引起钻孔孔斜煤系地层为层状结构，岩石软硬不均，对钻头切削具的反应也不同。从岩层结构来看，垂直于岩层方向硬度最小，斜交于层理方向次之，平行于岩层方向硬度最

4、大。软硬变层时，不同的岩性对钻头的切削产生的反作用力也不同，有时使粗径钻具偏离一方，造成钻孔弯曲。岩层倾角越大，反应更为明显。2.1.3地质构造复杂，孔斜较难控制7在复杂地层钻进，如断层破碎带、溶洞、裂隙、岩层节理发育等，孔斜度就较难掌握。因为该层段一般都是孔径增大，孔底岩石不均质，钻具回转不会稳定，极易偏离中心线，造成孔斜。2.2钻探工艺技术因素（1）设备安装工作不好。如基台铺设不平、不正；机械安装不稳固、不周正；天轮、立轴通孔、孔口中心不成一线；钻塔基础不实等。（2）开孔钻具弯曲；井口管下的不正；变换孔径不用导向钻

5、具；粗径钻具过长或太短。（3）孔壁间隙太大，钻进时钻具的横向摆动幅度也大，钻孔容易偏斜。（4）合金钻头的合金排列、形状不合适，镶焊质量不高。如出刃不一致，造成钻头在运转时不稳定，产生压力差。处轴向破损岩石外，还会径向破损岩石，扩大孔壁间隙。（5）钻进技术参数掌握不合理。如钻具结构、加压方式，在换层、复杂地层钻进时压力和转速的掌握等，均能影响到孔斜度。在桑树坪煤矿两口定向水井施工中，由于地质条件无法改变，我们通过控制工艺技术因素，确保井底顺利进入巷道。3施工设备及主要工具选择按照设计要求，钻孔的顶角必须控制在90°～90

6、.27°之间。由于钻孔精度要求较高，我们选用了导向性和回转同心度都较好的TXB-1000型钻机，配套设备及主要工具如下：17.5m四角钢钻塔7BW―850/50泥浆泵及配套柴油机泥浆搅拌机1台套φ63.5mm钻杆、φ89mm加长岩心管、φ89mm螺旋加重管、φ325mm扩孔钻头，测斜仪器。4钻机设备安装地盘安装基木卧枕，稳固、周正、水平.不出现填方，钻机安装用水准仪抄平，孔位中心偏差±0，孔口中心、立轴、天车三点成一线，用经纬仪较正主动钻杆和主轴导管的垂直度，钻塔塔件、螺栓齐全.提引水接头加设引导绳，钻机配备磁力线坠，

7、随时调整主动钻杆偏斜角度。从而杜绝了因设备安装原因造成的孔斜。5钻进工艺和防斜措施施工地段地层以石英砂岩、砂岩、泥岩、煤为主，岩石可钻性级别大都在7～8级以下，由于受采空区影响，地层较破碎，在泥页岩段有缩径现象。因此，我们采用了硬质合金钻头钻进，小径施工先导孔，然后用带引导管的扩孔钻头逐级在孔斜没问题的小径扩孔成井。5.1钻孔结构与钻头因孔深较浅，故采用Φ94mm一径到底的孔身结构，然后采用逐级扩孔的方法成井。钻头为针状硬质合金钻头，每组切削刃为双排6组针状合金，钻头底，内外出刃均不超过1.0～1.5mm。75.2防斜

8、措施施工中的钻孔偏斜，首先由于钻具级配不合理，使下部粗径钻具在孔内有较大的倾斜空间。因此在施工中采作Φ89mm，长9米的加长岩芯管，加重钻铤采用和岩芯管同级的螺旋加重管及Φ63.5mm的钻杆，从而增加了钻柱的刚度和稳定性，使粗径钻具的倾斜角大大减小，起到了防斜作用。选用螺旋加重管作钻铤，首先是因为螺旋加重管的顶角和岩芯管同级，与孔