鉆孔環狀間隙的合理選擇范文

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《科技創業月刊雜志》2015年第四期

1適應深孔繩索取心金剛石鉆進

相關專家建議的鉆孔結構見表12。從表12可以看出，簡單地層開孔口徑Φ122mm，下Φ114mm孔口管，理論環狀間隙為4mm，Φ114×6孔口管與Φ96mm口徑的環狀間隙為3mm，Φ96mm口徑與Φ91×4．5套管的環狀間隙是2．5mm，與Φ89×5鉆桿的環狀間隙是3．5mm，Φ91×4．5套管與Φ76mm口徑鉆頭處間隙是3mm，與Φ71×5鉆桿的外環間隙是5．5mm。顯然，專家推薦的鉆孔結構比較合理，深孔繩索取心金剛石鉆進應推廣采用。為保證套管下管順利，除提高套管加工精度外，應以地層巖石可鉆性級別不同，孔深不同，確定鉆孔外環間隙大小，巖性較軟，需要環狀間隙較大，如下Φ108mm套管，可選Φ113mm、Φ115mm或Φ122mm鉆頭成孔，商丘虞城一帶鐵礦磁異常普查鉆孔，因覆蓋層太厚，需下套管近千米，為保證Φ108mm套管下管順利，我單位曾選用Φ133mm鉆頭開孔。不同地層對套管起拔產生影響。詳見表13，從表上可看出，下套管是否順利與套管起拔力大小均受地層因素影響，不同地層對套管外壁單位面積的摩阻力大小不同。施工實踐證明，套管深度增加，總摩阻力增加，套管起拔力需增加，下套管時，套管自重可以抵消部分摩阻力。

2應用實例

根據以往施工經驗，舞鋼礦區一般用四級結構完孔，即開孔Φ130mm，下Φ127mm孔口管，換徑Φ113mm口徑鉆進，下Φ108mm套管，再換Φ97mm口徑，下Φ89mm套管，最后換Φ78mm口徑至終孔。遇地層簡單，也采用三級鉆孔結構，即用Φ113mm口徑開孔，Φ97mm鉆進，Φ78mm終孔。若選用孔徑再大，所需管材笨重，成本加大，因此選孔徑不能過大，而受終孔口徑限制，又不能再小。采用套管系列為Φ108×4．5、Φ89×4．5，創新點是套管連接改傳統內接箍為外接箍，以增大套管內通徑，由此鉆頭外徑可增大1～2mm，其鉆孔外環狀間隙調整為2．5mm左右，基本保證鉆進過程中泵壓不致太高。滿足2000m以內孔深，可保證鉆機原配套泥漿泵正常應用。

2．1舞鋼礦區ZK10808鉆孔選擇舞鋼經山寺礦區ZK10808鉆孔，結構見圖1，設計孔深1700米，直孔，采用XY－6B鉆機，配套BW320泥漿泵，2011年10月3日開鉆，應用三級鉆孔結構，開孔Φ113mm鉆頭，覆蓋層下Φ108×4．5mm套管，換徑Φ97mm，過破碎帶后下入Φ89×4．5mm套管，換Φ78口徑運用無固相沖洗液鉆進，2012年2月12日結鉆，歷時129天，終孔井深1729．50m，鉆孔經地質驗收認定為一級鉆孔，實踐證明，鉆孔結構基本合理，鉆孔外環間隙增大2mm，1300m以下鉆進泵壓為4．5－7MPa，施工較順利。該孔純鉆1274h，鋪助時間1220h，機故時間122h，其他480h，日最高進尺為36．2m，全孔平均時效為1．36m／h，平均臺效為402．21m／臺效。

2．2舞鋼鐵山礦區ZK20700鉆孔設計孔深1150m，采用XY－6B鉆機，BW250泥漿泵，2011年10月29日開鉆，0~30m用Φ130mm鉆頭鉆進第四系地層，下Φ127×4．5mm井口管后，換Φ113mm口徑，至170m鉆穿第一不穩定層后，下入Φ108×4．5mm套管，換徑Φ96mm鉆頭，至530m鉆穿第二破碎層，下入Φ89×4．5mm技術套管護壁，再換徑Φ76mm鉆頭鉆進，694－726m又遇強蝕變代，巖粉較多，改泥漿鉆進，因泥漿性能維持不好，調整不及時，泵壓較高，2012年1月14日至孔深861m時在蝕變帶孔段發生斷鉆事故，因蝕變帶孔段鉆孔擴經，鉆桿在該孔段找不到斷頭，經多方法多日處理無效，不得已作了報廢處理。挪孔后2012年2月29日再次開鉆，2012年8月15日左右結束，結鉆孔深1204m。該孔教訓是，一是泥漿性能調整不到位，性能差，泵壓長期在高位上運轉，護壁效果不好；二是鉆孔結構不合理，鉆孔在350－530m左右鉆遇厚層的混合巖，因石英含量高而強度較硬加之破碎，鉆進效率較低，Φ89mm套管被迫提前下入，改變了原定的把Φ89mm套管下至730m左右的初衷，受終孔口徑限制，在強蝕變帶孔段水泥漿封護多次，待凝與掃孔誤時較多，至效率低，成孔周期較長，效益差。

3結論

（1）繩索取心金剛石鉆探鉆孔外環間隙大小決定深孔施工成敗。傳統金剛石鉆孔外環間隙偏小，不適于深孔鉆探施工。使用加大鉆頭，增加環狀間隙，可降低上返速度，降低環空壓力損失，從而增加泥漿泵適應孔深。解決了鉆孔環狀間隙問題，一是可以保證現有配套泥漿泵在1500～2000m孔深段能正常使用，二是保證深孔下套管相對順利及套管較易起拔（對套管口部外環間隙采取密閉措施）。（2）深孔施工鉆孔結構必須優化設計，使用新系列口徑與新套管系列比較合理，目前情況下，創新應用傳統套管改為內平連接，使用加大鉆頭，基本適應舞鋼礦區整裝勘查深部鉆孔施工地質需求。

作者：胡延海姚改委袁明文單位：河南省有色金屬地質礦產局第六地質大隊