郓城风井钻井法凿井快速施工分析

《郓城风井钻井法凿井快速施工分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、郓城风井钻井法凿井快速施工分析蔡鑫（中煤矿山建设集团有限责任公司钻井工程处）摘　要：通过郓城风井钻井法凿井施工情况介绍，对加快施工速度的各种因素进行了认真地分析，提炼出了提高钻井法施工成井速度应采取的一些措施，以供以后施工时参考。关键词：钻井法凿井　钻进速度　竖井钻机1　概况郓城煤矿为设计生产能力2.4Mt/a的大型矿井。其中央风井采用钻井法凿井，由中煤特殊凿井集团公司采用AS-9/500竖井钻机施工。井筒设计井深921.9m，钻井深度为565.6m，设计净径为φ6.0m。自2006年1月20日正式开钻

2、到2007年5月8日完成充填固井，总施工工期15.6月，平均月成井36.25m，偏斜率0.154‰，有效圆直径5.912m，井壁预制质量和壁后充填质量均达到或超过设计要求。1.1　地质条件中央风井所穿过的第四系冲积层厚533.39m，基岩厚32.21m。冲积层主要由粘土、砂质粘土及砂组成。其中粘土层普遍较厚，粘性好，呈硬塑性，含钙质，遇水膨胀，自然造浆能力强，钻进时易泥包钻头和缩径。基岩段主要由砂岩和泥岩构成，上部风化严重。1.2　钻井设计方案及钻进情况原设计钻井方案为1级超前，2级扩孔。超前钻孔直径为

3、4.0m，第1级扩孔为φ7.8m，2级扩孔为φ9.0m。当第1级超前孔φ4.0m完成后，进行φ7.8m扩孔钻进，但当钻至324.24m时进尺较为缓慢，且掏孔次数频繁，严重影响钻进速度，经研究改为φ6.1m钻进。最后用φ9.0m钻头扩孔。该井自2006年1月20日开钻至2007年3月17日钻进工作全部结束，总钻进时间421天，平均钻进速度为40.3m/月。2　影响施工速度的主要因素在钻井法凿井施工过程中，钻进的速度是影响施工速度的主要因素：2.1　科学合理的钻进工艺改进前1级超前，2级扩孔，其破岩面积分别

4、是12.56，35.2和15.83m2；改进后2级扩孔的破岩面积分别为16.66和34.4m2。通过改进前后对比，我们只是调整了扩孔的破岩面积，但对钻井速度的影响却非常大。就其原因分析，改进前，一级扩孔破岩面积为超前钻的2.8倍，钻碴在小孔内很快就填满了。而改进后，一级扩孔破岩面积仅为超前钻的1.3倍，二级扩孔破岩面积为前两级钻孔破岩面积的1.17倍。由此可见，改进后的分级方案更科学合理。因此，科学合理的钻进工艺是影响钻进速度的一个重要原因。2.2　设备AS-9/500竖井钻机使用的控制系统是改造后的由

5、西门子公司生产的直流调速系统，实现了从模拟到全数字质的飞跃，可靠性大大提高了。故障率低，机械效率高，维修时间和辅助时间少加，从而提高了平均钻速。除此之外，我们还对该钻机的水龙头、转盘，绞车进行了改造，加大了提升力和扭矩。3　施工中采取的措施为加快施工速度，除按常规工艺施工外，我们还采取了一些改进措施。3.1钻进施工措施：3.1.1钻井参数优化选择：（1）、转速：一般控制钻头外沿切线速度为原则，国际：μ线=0.67~1.83，m/s；国内：μ线=0.9~1.308，m/s；μ线极=2.355，m/s。转速

6、计算按下式：rpm/s；其中，n值计算如表1所示。表1各级钻头转速计算表钻头级别钻头直径最高转速建议转速Ⅰ4.0011.156.16Ⅱ6.106.333.5Ⅲ9.05.172.86高转速会对洗井、钻进有一定好处，但是其巨大的转动惯量，一旦受阻，很易扭断钻杆。（2）、钻压：钻压按下式计算：,KN；其中K—刀刃重复系数，一般中硬岩取1.4~2.0；超前孔取1.5；扩孔一取2；扩孔二取3。式中：R－r—钻井半径差，m；а—井底角，超前钻头为平底，а=0º，cosа=1；扩孔钻头а=15o，cosа=0.965

7、9；q—刀刃单位长度上的钻压值，对ƒ=8岩石，q=300kg/cm。钻压按泥浆中钻头重量的60%计算，见表2。表2：钻压取值表钻头级别钻头直径m空气中重量t泥浆中重量t钻压值KNⅠ4.00160135.8815.0Ⅱ6.10150127.5765.0Ⅲ9.0150127.5765.0特别是在钻进软硬交接带时，钻压应再降50~60%，以保持垂直度。3.1.2、洗井参数优化选择。（1）、洗井液（泥浆）流量：，m3/h最大破岩面积：S=0.7854×9.02=63.62，m2；钻进最高速度：Vmax=0.9，

8、m/h；携矸率：暂按а=4%计；Q=63.62×0.9/0.04=1431.35，m3/h。①岩屑上升临界速度：，cm/s；式中K1--系数，K1=38~50，取50；r1--岩石密度，取2.6，g/cm3；r—泥浆密度，取1.3，g/cm3；d—岩屑粒径，cm；计算结果见表3。表3岩屑上升临界速度岩屑径cm临界速度V1/m•s10.520.7074161.22581.414101.581151.9362020236403.162②钻杆内泥