螺杆钻定向钻进在急倾斜地层中的应用

2018-09-25 12:08 [矿山论文] 来源于：互联网作者：互联网

导读：摘要：常规直孔和初级定向斜孔很难解决急倾斜地层煤层标高的控制，采用液动螺杆钻人工受控定向钻进可以有效地解决这一难题，达到地质目的。本文介绍了我队在煤田地质勘察中采用螺杆钻人工受控定向钻进工艺及施工中的钻进工艺、施工效果和注意的问题。关键

　　摘要：常规直孔和初级定向斜孔很难解决急倾斜地层煤层标高的控制，采用液动螺杆钻人工受控定向钻进可以有效地解决这一难题，达到地质目的。本文介绍了我队在煤田地质勘察中采用螺杆钻人工受控定向钻进工艺及施工中的钻进工艺、施工效果和注意的问题。

　　关键词：急倾斜地层；定向；螺杆钻定向钻进；靶区

　　一、使用地质条件

　　地层倾角大于70°至直立倒转。

　　二、受控定向孔设计

　　1.定向孔的设计

　　鉴于地层倾角大，岩层软硬互层和设备、器具的实际情况，为确保钻孔顺利达到地质目的，我们将地质设计的初级定向斜孔设计为人工受控定向斜孔。钻孔轨迹型式为斜直线―曲线―斜直线三段组成。

　　2.设计时要注意到以下几个因素

　　（1）开孔顶角：既要方便起下钻具又要尽可能减少造斜工作量。

　　（2）造斜段的设计：根据钻孔所穿过的地层和所选择的设备、螺杆钻具，造斜段应尽量设计在岩石较软和900米以浅的地层中进行。

　　（3）终孔最大顶角：必须不大于现有测斜仪器的测量最大顶角范围；

　　（4）钻孔弯曲强度：钻孔的弯曲强度必须确保正常钻进和套管的顺利下入；

　　三、定向钻进施工工艺

　　1.主要设备与器具

　　XY-5、XY-44型钻机；

　　BW-250型泥浆泵；LZ-65型液动螺杆钻；

　　BD-14型摆锤式定向仪；

　　KXP-2X型数字罗盘测斜仪；

　　普通钻具。

　　2.施工工艺

　　（1）钻孔结构

　　开孔口径150 mm，见基岩后下入直径146mm孔口管后换径稳斜钻进。保证造斜段钻孔口径在75mm以上。

　　（2）钻具结合

　　从上到下：钻机立轴-钻杆（普通50mm钻杆）-专用定向接头- LZ-65型液动螺杆钻-弯外管-造斜钻头

　　（3）钻进方法

　　为保证钻稳斜段钻孔的顶角和方位不发生较大变化，稳斜段采用金刚石钻进。为保证造斜质量和提高造斜效率，造斜时采用金刚石钻进。造斜钻进以清水为冲洗液。

　　（4）工艺措施

　　①小径造斜、大径扩孔：在94mm口径孔段中，使用LZ-65型液动螺杆钻（配直径78mm钻头）定向造斜钻进，待回次造斜完毕后进行修孔钻进（修孔钻具组合一般采用73mm的短岩心管）。最后用94mm钻具扩孔到底。

　　②技术参数：钻压5-7KN，水量150-200L/min，泵压2.0-4.0MPa。

　　③造斜钻进循环流程：测斜-磨孔-计算安装角-确定反扭转角-调整定向仪-下钻及定向-合立轴、开泵启动螺杆钻-修孔及扩孔延深钻进-测斜计算-钻孔轨迹跟踪设计。

　　④稳斜钻进：在人工受控定向钻进前和钻进工作结束后的稳斜钻进阶段，要加强测斜工作（一般25m测一次斜，特殊情况下加密到10m），使其始终在控制范围内。稳斜过程要采用稳斜钻具组合（一般配3根立根）。若在稳斜钻进阶段需钻孔自然上漂，可加大钻压并采用短钻具钻进。

　　四、综合应用效果

　　1.地质效果

　　从我队施工的南桐接替资源勘查项目NZK11、NZK13号孔，天府磨心坡接替资源勘查项目ZK1、ZK3、ZK9号孔，南川水溪深部资源勘探ZK15号孔的使用情况来看，均实现了对钻孔孔斜、方位的有效控制，使钻孔钻达了设计靶区。

　　2.技术效果

　　实现了中靶标高最小误差5m，钻孔水平位移350m，人工受控定向弯曲孔段880m，单孔造斜27.8°终孔顶角31.5°，定向钻进最大孔深996.08m。

　　3.经济效果

　　应用螺杆钻定向钻进技术控制钻弯曲所获得的经济效益和社会效益十分明显，主要在以下几个方面：

　　（1）解决了用直孔和初级定向斜所无法解决的问题。如南川水溪深部资源勘探项目的ZK12、ZK15号孔，采用直孔是无法达到地质目的，而使用定向钻进，将煤层标高控制在了地质设计的-300m、-500m左右。

　　（2）避免了因纠正孔斜而可能出现的报废进尺和孔台时。如天府磨心坡ZK3号孔，如用普通的纠斜方法，将报废钻探进尺约300m，采用人工受控定向钻进，在不报废进尺的情况下将钻钻孔方位纠正了近70°，达到了地质设计要求。

　　（3）确保了控煤标高，探明了地质构造，提高了钻孔施工质量。

　　五、存在的问题

　　1.泥浆泵

　　泥浆泵是液动螺杆向的动力源，其排量和泵压的高低直接关系到液动螺杆钻的工作正常与否，也决定了液动螺杆的工作深度，也关系到造斜钻进的钻效。为充分利用现有的设备减少投入，我队现使用的泥浆泵排量和压力偏小（这也是我队为什么选择LZ-65型液动螺杆钻的原因）。

　　2.BD-14型摆锤式定向仪

　　该定向仪定向条件是钻孔顶角必须大于3°，这使其定向钻进受到限制。同时定向仪外径太小（定向接手与之配套），造成过水面积减小，使其泥浆泵的压力损耗增大，泵量减小。

　　3. 受岩石硬度的影响较大。一般情况下岩石硬度小于6级，造斜效果和造斜效率较高。岩石硬度大于7级，造斜效果和造斜效率很低。我队一般将造斜段选择在相对较软的飞仙关和龙谭组地层。

　　4.受冲洗液的限制。螺杆钻造斜钻进时，只能用清水作为动力，也给造斜工作增加了难度。如必须使用泥浆钻进的煤系地层我们就不考虑在此造斜，如下部继续造斜，就必须用套管隔住煤系地层后，换用清水钻进。

　　六、结语

　　我队通过近十年对定钻进的试验与研究，摸索出了一套适合煤田地质勘探的液动螺杆钻进技术，并应用这一技术有效地控制了钻孔轨迹，达到了地质设计目的，取得了较好的地质、技术和经济效益，完成了国土资源部下达我队的定向钻进课题研究。同时我队还将这一技术应用到了事故处理、煤心补就和分枝上，也取得一定的经济效益。

（编辑：东北亚）

螺杆钻定向钻进在急倾斜地层中的应用

友情链接