倾斜易塌钻孔的扶正成孔技术研究.pdf

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1、2010年第2期能源技术与管理doi：10．3969~．issn．1672—9943．2010．02．039倾斜易塌钻孔的扶正成孔技术研究刘荣茂(太原东山煤矿有限责任公司，山西太原030001)[摘要]根据太原东山煤矿在施工煤层底板水情观测钻孔的过程中遇到孔壁掉块和孔斜卡钻事故，连续造成多孔报废的问题，研制了一套特殊钻孔扶正装置，有效防止了钻孔弯曲和卡钻事故。[关键词]钻孔；卡钻；扶正器[中图分类号]TD421．25[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2O10)020872声，且在加压时钻机出现抖动和顶钻现象，钻至0引

2、言12．30m时，岩粉返不上来而卡钻，用3t道链仍然倾斜钻孔的坍塌埋钻一直是地质钻探过程的无法将钻具拔出，造成钻孔报废。孔2倾角56。，一项技术难题，为了防塌，许多技术人员多采用泥127mm开孔，钻进5．7m后下127mm孔口管，浆护壁等措施，但收效甚微，孔壁坍塌、掉块、孔斜再用89mm无岩芯钻头钻进，钻至25m时，钻卡钻甚至废孔就成为难以避免的事故。最近太原具被卡，无法提钻，强行提钻后，在钻杆与钻头交东山煤矿们在施工煤层底板水情观测钻孔的过程接处发生断裂，此孔报废。孔3与孔1情况大致相中遇到了孔壁掉块和孔斜卡钻事故，连续造成多同

3、，无岩芯钻进，钻至11．70m时，钻具无法提升孔报废。为了解决这一难题，研制了一套钻孔扶正而最终将钻具弃于孔内，钻孔报废。装置，避免了在钻孔孔壁掉块的情况下发生卡钻2钻孔报废原因分析的现象，并起到了有效的纠斜作用，确保了工程的顺利进行。经力学分析和工程地质分析，钻孔报废有两钻孔扶正器是钻探过程中用来控制钻孔方个原因：①孔壁掉块。由于钻窝附近构造复杂，高向，确保钻孔正直的装置，在地面深孔防偏和定向角度裂隙发育，岩层破碎，致使在钻头研磨的过程钻孑L中应用较广[，特别是在石油钻探防止抽油中将会发生掉块，甚至局部孔径变粗，形成陡坎。管偏磨

4、方面应用更为广泛[]，在大口径灌注桩工又因倾斜钻孔在重力的作用下，钻杆连同钻头压程中也有所应用_5]，但是把钻孔扶正器用来防止在孔壁的下方，使得钻头卡在陡坎处难以拔出。②卡钻的方法鲜为报告，因此本文提出的扶正器防钻孔弯曲。在煤层及砂质页岩和细砂岩等相对较塌孔和纠斜技术对地质钻探工程具有很大的借鉴软的岩层中，钻头可按设计的角度和轨迹钻进。遇作用和推广价值。坚硬岩层后，钻机给钻杆施压，钻杆弯曲，钻头偏离预定轨迹，使钻孑L弯曲，在钻孔的弯曲处形成一1工程概况个“坎”，导致返浆不畅，岩粉带不出孔外，发生堵太原东山煤矿“突水灾害监测预警系统

5、的研钻和埋钻现象。而在提钻时，钻头与钻杆的径差部究”项目需要在71505工作面材料巷施工2个倾分卡在“坎”上，使钻具无法提升。角为56。的俯斜孔，钻孔深度均为50m，以埋设上述两种情况表明：钻孔弯曲造成卡孔时，钻预警系统所需的传感器。钻孔位于底板高角度裂头则被卡在上孔壁，钻孔笔直造成卡孔时，钻头被隙发育的水文地质异常区，钻孔从15煤层的中卡在钻孑L的下壁。因此，两种情况所造成钻具无法底层开孔，在施工过程中因钻孔发生了孑L壁掉块提升的现象都是钻头被卡紧所造成，如图1、2所卡钻现象和钻孔弯曲造成报废。例如，孔1倾角示。56。，108m

6、m开孔，再用89mm取芯钻头钻钻头与孔壁的作用关系属于纯剪状态，满足进，采用泥浆循环液。孔1钻至12m时遇坚硬石下列公式：英砂岩，同时孔内因孔壁掉块而发出“咔咔”的响=C+o-tg~88刘荣茂倾斜易塌钻孔的扶正成孔技术研究2010年第2期式中，为岩石的剪切强度，MPa；or为正应扶正器缩小了钻杆与孑L壁的间隙，阻止了钻力，纯剪为0，MPa；为内摩擦角(。)；C为内聚杆的弯曲，钻头可按设计的角度和轨迹钻进。扶正力，MPa。器上相距约55cm的球状物使得钻头作用在孑L壁现已知太原东山煤矿砂岩的内聚力为37．12MPaLo岩“坎”正应力

7、，变为球状物与岩“坎”的滑动摩擦如果被卡孑L壁剪切破裂面的面积仅为10cm力，显著地减小了提升阻力。如果用传统的圆柱形(5cm厚的岩层可达到)，那么将需要36．40kN的扶正块，必将造成圆柱底面与岩坎相撞，造成钻孑L提升力方可破坏。一般情况下，东山煤矿砂岩的厚在扶正器处被卡，起不到防卡的作用。如果采用度都大于2m，剪切破裂面的面积远大于10cm，“花鼓状”扶正块，尽管可以防卡，但将增加冲洗液使得孑L壁破坏而提出钻杆的拉力也要远大于该破的阻力，影响冲洗液的循环，造成岩粉过多的沉坏力，因此在钻头被卡的情况下提升钻杆是不可淀，甚至造成钻

8、孔的抱死。因此，球状扶正物是最能的。佳防卡钻设计。使用扶正器，避免了卡钻，使得提放钻具能够正常。使用扶正器后施工的孔4和孔5倾角均为56o，地层条件及钻孔结构与孔2相同，在进尺到13In、26ITI、33113_处分别遇坚硬的含黄铁矿条带砂岩，进尺