大口径煤矿定向排水井钻探及完井施工技术.pdf
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1、2 0 0 7 年第 4 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 4 7 大口径煤矿定向排水井钻探及完井施工技术 刘炳志, 韩成彬 , 王英 ,王永丰 ( 山东省煤田地质局第三勘探队, 山东 泰安 2 7 1 0 0 0 ) 摘要: 介绍了大口径煤矿排水井在较复杂地层中的成孔、 完井的施工技术。从多个角度详细介绍 了利用正循环 钻进工艺施工过程中, 对于一些复杂地层的处理方法和处理工艺。利用泥浆处理技术 , 成功克服了大口径排粉的 困难; 应用塔式钻具及减压钻进技术保证了钻孔垂直度。建议在类似工程中推广应用气举反循环钻进工艺技术。 关键词: 煤矿定向排水井; 塔式钻具; 减压钻进 ; 组合式牙轮钻头;
2、 气举反循环 中图分类号 T I Y 4 5 文献标识码: B 文章编号: 1 6 7 2- 7 4 2 8 ( 2 0 0 7 ) 0 40 o 4 7 0 2 临沂矿务局邱集煤矿为解决矿井水问题 , 委托 我队施工 了一 口井径较大的定 向排水井 , 该井终孔 深度 4 2 5 m, 终孔直径 5 0 8 m m 。由于钻孔直径大, 地质条件复杂, 垂直度要求高, 成井难度大。为此, 我单位组织相关技术人员研究制定 了一系列技术保 障措施 , 最终达到了设计要求, 受到了业主的好评。 1 地质条件 ( 1 ) 第四系: 以砂土、 砂质粘土为主, 夹有多层 粉砂、 细砂及中砂层, 底部为一层
3、不稳定的含砾或含 砾粘土, 局部为砾石层, 与下伏第三系呈不整合接 触 ; ( 2 ) 第三 系: 以粘土、 钙 质粘 土为主, 层底埋深 3 0 0 m左右 ; ( 3 ) 二叠系石盒子组: 以灰绿色砂岩、 杂质粘土 岩为主, 局部夹灰色至深灰色粘土岩及粉砂岩; ( 4 ) 二叠系山西组: 以深灰色、 灰黑色粉砂岩及 泥岩和灰色、 白色砂岩为主, 含薄煤层 3层 ( 2 、 3 、 4 煤 ) ; ( 5 ) 石炭系: 主要由深灰色、 灰黑色粉砂岩, 泥 岩, 灰色砂岩, 石灰岩组成, 为主要含煤地层。 排水孔的终孔层位为 1 0煤顶板。 2 钻 井施工设备及器具 施工设备 : G Z一1
4、0 0 0型钻机 ; 2 4 m 角塔井架 ; T B w一 8 5 0 5 0型泥浆泵 2台; Z D一 1 型振动筛除砂 器 1台; 1 1 0 k W l O 0 k W发电机 3台。 钻具 : 2 0 3 mm钻铤 4 5 m, 1 1 5 9 mm钻铤 2 7 m, 0 1 2 7 m m钻杆 4 3 0 m。 钻头: 6 o 4 m m钢齿牙轮钻头 1 个, 组合式 镶齿牙轮钻头 1 个; I 5 0 8 m m组合式镶齿牙轮钻头 2个。 3 井身结构设计 本排水井设计为二开。一开采用 6 o 4 m m 孔径 , 钻入基岩不少于 1 0 m, 深度 3 2 0 m, 下入 5 6
5、 0 m m表层套管 , 水 泥全 固井。表层套管 主要 是封隔 第四系地层, 钻进中重视泥浆质量管理, 防止孔壁坍 塌。二开采用 I 5 0 8 m m孔径, 钻至设计孔深4 2 5 m, 全井下入 0 4 2 6 m m抽水管, 水泥全固井封闭。 4 钻进工艺的选择 根据地质资料显示, 该孔地层复杂, 裂隙发育, 容易产生坍塌、 掉块而造成卡钻、 埋钻等孔内事故, 因此成孔过程中孔壁维护难度较大; 另外, 由于孔径 较大, 携粉及排粉困难; 对孔的垂直度要求高。因 此, 本井采用以下技术措施 , 保证施工的顺利进行。 4 1 利用塔式钻具 和减压钻进技术解决孔斜问题 4 1 1 塔式钻具
6、塔式钻具是指钻具组合中从粗径加重钻铤到小 径钻杆的级配要合理, 同心连接, 每一级组合要平缓 过渡, 尽量避免应力集中, 造成钻具的损坏。这样的 钻具组合具有在高速旋转中钻具的同心度好、 受力 分散 、 从而能起 到钻孔孔径规则 、 防斜作用好 , 延长 钻具寿命的作用。本孔采用的塔式钻具组合为: 钻 头 + 0 3 m m钻铤 ( 长 4 5 m)+1 1 5 9 m m钻铤 ( 长 2 7 m)+0 1 2 7 mm钻杆 +主钻杆。 4 1 2 减压钻进技术 收稿 日期 : 2 0 0 6一l l一1 4; 改 回日期 : 2 0 0 7-0 32 9 作者简介: 刘炳志( 1 9 6 8
7、一 ) , 男( 汉族) , 山东高密人, 山东省煤田地质局第三勘探队工程师, 探矿工程专业, 从事煤田地质勘探、 深水井、 地热 井及煤层气井等方面的钻探技术工作, 山东省泰安市泰山大街 8 6 9号, l b z h 1 9 6 8 1 6 3 C O I l 1 。 维普资讯 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 0 0 7年第 4期 利用孔底部分钻铤加压, 钻压不超过钻铤重力 的 7 O 。 4 2 携粉及排粉 施工使用优质低 固相泥浆 , 选用正循环钻进工 艺, 采用2台 T B W 8 5 0 5 0型泥浆泵并联使用, 增大 泥浆的人口泵量, 从而提高泥浆的孔内上返速度, 达 到携粉及排
8、粉的目的。 4 3 钻进规程参数及注意事项 针对不同的地层, 采用不同的钻压、 转速、 泵量 等工艺参数 。由于本孔要求垂直度很高 , 所 以采用 塔式钻具减压钻进技术 , 实现垂直钻进的 目的。钻 压一般为 8 0 1 0 0 k N , 转速较低, 一般用 4 8 r m in , 尽量采用大泵量。实践证明, 这种钻进技术在该孔 成孔过程 中应用非常成功 , 控制 了钻孔顶 角 O 1 。 ( 4 1 0 m) , 远远小于允许的偏斜要求, 达到了设计 目 的。 钻进过程中, 实行定深测斜 , 每 2 0 m测斜 1次, 发现井斜及时纠正, 要求孔斜2 ; 采用“ 塔式钻 具” 防斜, 严
9、禁弯曲钻具下人孔内; 二开时加扶正器 纠斜、 稳直; 坚持每钻程扫孔。 5 泥浆处理技术 5 1 泥浆性能参数 由于钻孔孔径大, 产生的岩粉多, 钻杆与孔壁的 环状间隙大, 用正循环钻进工艺, 能及时地将井底岩 粉排出孔外是调整泥浆性能的主要依据。 在开孔第 四系地层 和第 三系地层的钻进过程 中, 由于第四系地层主要以砂土、 砂质粘土为主, 含 砂量较高, 所以, 采用优质粘土配制聚丙烯酰胺低固 相泥浆, 添加腐植酸钾、 纤维素等外加剂, 稳定孔壁。 泥浆性能参数为 : 粘度 2 63 2 s , 密度 1 1 01 2 0 k g L , 失水量1 5 m lM( 3 0 m i n )
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