小傾角鉆孔施工技術(shù)探析

張世仁

摘要:針對高質(zhì)量要求小傾角鉆孔施工,從鉆探機(jī)械、鉆具和儀器選擇,鉆頭選型和鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)化,沖洗液的使用,以及質(zhì)量保證措施等方面作了介紹和總結(jié),對小傾角鉆孔孔有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞:小傾角鉆孔;HXY-42T鉆機(jī);NQ鉆具;金剛石鉆頭選擇;鉆進(jìn)參數(shù);植物膠

中圖分類號:TV74

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:16723198(2009)20031401お

1鉆孔設(shè)計(jì)及地質(zhì)要求

ZK019設(shè)計(jì)孔深260m,傾角59.8 °,方位角340°,終孔直徑75mm。質(zhì)量要求按巖芯鉆探六大指標(biāo)執(zhí)行,其中巖礦芯采取率和鉆孔彎曲度要求很高,除浮土層外的巖礦芯采取率(巖芯任意5米段內(nèi),礦芯任意3米段內(nèi)的平均值均要≥90%,每100米深度的鉆孔方位角和傾角偏差不能超過2度,并要求用照相測量儀測量。

2主要設(shè)備、儀器和取心工具選擇

(1)由于現(xiàn)使用的普通管子斜塔無法施工小傾角鉆孔,根據(jù)任務(wù)要求,綜合公司現(xiàn)狀,我們選擇了HXY-42T塔機(jī)一體鉆機(jī),該鉆機(jī)的桅桿式塔體具備液壓起降功能,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,鉆塔調(diào)整角度大,鉆塔底屋面積4×4米,占地較少,可施工45-90°傾角鉆孔,鉆機(jī)適用于420-850m孔深鉆孔施工。

(2)測斜儀使用選擇BZM照相測斜儀,使用證明,該儀器精度較高,記錄簡單,宜讀易解釋,膠片可永久保存,滿足委托方要求。

(3)取芯工具使用高強(qiáng)度的75mm繩索取芯NQ鉆具、鉆桿。

3鉆進(jìn)方法和鉆孔結(jié)構(gòu)

開孔使用合金鉆進(jìn),Ф130合金鉆進(jìn)至10.67m下入Ф127套管,Ф110合金鉆進(jìn)至14.3m下入Ф108套管,Ф91合金鉆進(jìn)至18.25m下入Ф89套管,用套管隔離殘坡積層和風(fēng)化、半風(fēng)化層,然后換NQ(Ф75mm)金剛石繩取芯鉆進(jìn)至終孔263.02米。

4金剛石鉆頭選擇和鉆進(jìn)參數(shù)

(1)在較完整的砂巖,粉砂巖中鉆進(jìn)使用40-60目、胎體硬度HRC28—30的齒輪型金剛石孕鑲鉆頭鉆進(jìn),鉆頭底唇面積較小,出刃效果好,鉆進(jìn)速度快。在換NQ鉆具鉆進(jìn)后,從18.25米開始,一個(gè)鉆頭鉆進(jìn)至190米,沒有起大鉆。190米后進(jìn)入構(gòu)造破碎帶,硅化帶石英脈,換入40-60目、胎體硬度HRC15-20Ⅱ的尖齒型孕鑲金剛石鉆頭,因巖石硬度大,鉆進(jìn)速度明顯下降,但鉆頭能在堅(jiān)硬的巖石鉆進(jìn)中出刃,到241米穿過這一層,直至終孔,由于巖石研磨性較強(qiáng),這個(gè)鉆頭已經(jīng)不能使用。

(2)鉆進(jìn)參數(shù)方面,鉆壓900-1200公斤,轉(zhuǎn)速600-1000轉(zhuǎn)/分,泵量50-70升/分。在硅化、帶石英脈的地層中鉆進(jìn),鉆壓取大值。因?yàn)殂@孔彎曲度要求嚴(yán),鉆壓相對較小。因?yàn)殂@孔傾角較小,孔深在200左右,鉆進(jìn)中的摩擦阻力比80-90°傾角鉆孔明顯增加。平均鉆速控制在2.5米/小時(shí)左右。

5沖洗液選擇及護(hù)壁堵漏措施

(1)合金鉆進(jìn)殘坡積層,風(fēng)化、半風(fēng)化層,使用清水作沖洗液,下入三層套管隔離護(hù)壁。

(2)小傾角鉆孔鉆進(jìn),一個(gè)主要要解決的問題是降低鉆桿鉆具與孔壁摩擦阻力。金剛石鉆進(jìn),使用植物膠精粉配水作沖洗液,植物膠加量重量比為1.5%。這種沖洗液具有很好的護(hù)膠作用、粘彈性減振作用,減摩阻效應(yīng)突出。從該孔的使用效果看,較好地解決了降摩減阻問題。

(3)鉆進(jìn)構(gòu)造破碎帶時(shí),一開始全孔漏失,我們就地取料,利用當(dāng)?shù)氐匿從究?在沖洗液中加入木糠,按一定比例加入聚丙烯酰胺水解液,利用聚丙烯酰胺水解液一定的護(hù)壁堵漏作用以及木糠的物理堵漏作用進(jìn)行堵漏,整個(gè)破碎帶鉆進(jìn)沖洗液有70-80%的返回,效果較好。

(4)設(shè)置15m的循環(huán)槽和兩個(gè)沉淀池,及時(shí)清除巖粉盡量減低沖洗液含砂量,降低回轉(zhuǎn)阻力,減小鉆桿磨損。

6保證巖礦芯采取率和鉆孔彎曲度的措施

(1)保證巖礦芯采取率,繩索取芯金剛石鉆進(jìn),主要要合理選擇金剛石鉆頭,合理選擇鉆進(jìn)參數(shù);鉆進(jìn)破碎帶時(shí)控制回次進(jìn)尺不能超過1m,并用小壓力、低轉(zhuǎn)速、小泵量參數(shù)鉆進(jìn);每個(gè)回次必須檢查雙管鉆具總成的完好程度,如內(nèi)管轉(zhuǎn)動(dòng)要靈活、彈卡要可靠、卡簧內(nèi)徑要比鉆頭內(nèi)徑小0.5mm,卡簧座與鉆頭內(nèi)臺階保持合理間隙,一般為2-4mm。

(2)保證鉆孔彎曲度,主要措施是把好開孔關(guān),合金鉆進(jìn)時(shí)隨孔深加長巖芯管,整個(gè)鉆孔使用偏小的壓力鉆進(jìn),控制鉆速。選用高強(qiáng)度的NQ鉆桿鉆具,與孔壁的間隙小,是保證鉆孔彎曲度的前提。使用BZM照相測斜儀,方位角精度誤差±0.5°、傾角精度誤差±0.2°,滿足鉆孔彎曲測量要求。

7結(jié)論

(1)HXY-42T塔機(jī)一體鉆機(jī)重量輕、可拆性好、基底占地面積小,比較適合山區(qū)小傾角鉆孔施工。高強(qiáng)度NQ鉆桿鉆具和BZM照相測斜儀的使用對質(zhì)量要求高的小傾角施工起了很重要的保證作用。

(2)優(yōu)選金剛石鉆頭和選用較小鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn),是施工質(zhì)量要求高的小傾角鉆孔的關(guān)鍵。

(3)植物膠精粉配水制作的沖洗液,具有很好的護(hù)膠作用、粘彈性減振作用,減摩阻效應(yīng)突出,能降低小傾角鉆孔鉆進(jìn)的回轉(zhuǎn)阻力,減少鉆桿磨損。