71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔偏斜(繞障）施工技術(shù)

首照兵，盧文華，李躍成，李德新

(四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì)，四川達(dá)州 635006）

71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔偏斜(繞障）施工技術(shù)

首照兵，盧文華，李躍成，李德新

(四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì)，四川達(dá)州 635006）

針對采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝施工中深孔和深孔時會經(jīng)常遇到處理難度很大的復(fù)雜孔內(nèi)事故和補(bǔ)采巖礦心(煤心）的情況，經(jīng)反復(fù)實(shí)踐、完善、總結(jié)出了鉆孔同徑偏斜(繞障）施工技術(shù)。重點(diǎn)介紹了同徑開口式導(dǎo)斜楔的加工制作、下井前校驗(yàn)、孔底架橋、投送方法、鉆具組合、鉆進(jìn)注意事項(xiàng)及修孔操作要點(diǎn)。采用該項(xiàng)技術(shù)可以減少鉆孔報廢鉆尺、節(jié)約施工成本和縮短施工工期。

中深孔;深孔;同徑開口式導(dǎo)斜楔;偏斜(繞障）

1 概述

在采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝施工的中深孔和深孔，鉆孔直徑一般為75～78 mm，經(jīng)常會遇到處理難度很大的復(fù)雜孔內(nèi)事故和補(bǔ)采巖礦心(煤心）的情況。復(fù)雜孔內(nèi)事故(漏水孔起下鉆過程中跑鉆事故、超徑段斷鉆具無法摸頭事故）的處理要耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力、耽誤工期，設(shè)備損壞甚至鉆孔報廢;補(bǔ)采巖礦心(煤心）以往需拔起套管后擴(kuò)孔再下異徑(大徑換小徑）導(dǎo)斜楔偏斜施工，使用繩索取心鉆桿擴(kuò)孔時斷鉆桿頻繁(原因?yàn)殂@桿與鉆孔孔壁間隙過大），有時甚至誘發(fā)新的嚴(yán)重孔內(nèi)事故。我隊(duì)探礦工程技術(shù)人員經(jīng)過近2年的反復(fù)實(shí)踐、摸索和逐步完善，總結(jié)出了 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔偏斜(繞障）施工技術(shù)。

2 偏斜(繞障）施工準(zhǔn)備及導(dǎo)斜楔制作加工

2.1 偏斜(繞障）施工準(zhǔn)備

(1）使用42.5號(或以上）硫鋁酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥作架橋材料，水灰比0.4～0.5;

(2）孔內(nèi)灌注前應(yīng)清洗鉆孔，把孔內(nèi)低固相泥漿或無固相泥漿中的高聚物排出孔外，否則會影響水泥的凝固強(qiáng)度;

(3）先計(jì)算好水泥用量(水泥灌注高度應(yīng)在事故頭以上15～20 m），經(jīng)充分?jǐn)嚢柽^濾后采用泵壓法將水泥漿灌注至導(dǎo)斜楔下放的目標(biāo)位置(壓完水泥漿后須注入經(jīng)事先計(jì)算好的頂替水量）;

(4）為了縮短水泥凝固時間，可加速凝劑，無水氯化鈣3%～5%，灌注后候凝72 h后方可下鉆具將多余的水泥塞掃掉;

(5）再投入碎石適量，用鉆具連接巖心管接手下至目標(biāo)位置將碎石蹾實(shí)、蹾緊，其目的是保證架橋牢固，防止導(dǎo)斜楔在鉆具的撓動作用下移位;

(6）補(bǔ)采巖礦心(煤心）也可以采用廢舊鉆具剛性連接架橋;

(7）機(jī)械加工好下列備用材料: 28 mm×2 mm反絲螺母，1 m長 30 mm正反扣圓鋼(配套正細(xì)扣鎖接手或用焊接鎖接手）， 77 mm切鐵器及導(dǎo)向，77 mm巖心管接手，400 mm長 77 mm錐形工具，長度為0.3、0.5、1.0、1.5、2.0 m 73 mm巖心管;

(8）購買好 77 mm繩索取心平底金剛石鉆頭(HRC40～45）、 75 mm繩索取心平底金剛石鉆頭(HRC40～45）及 60 mm單管金剛石鉆頭若干; 50 mm鉆桿若干。

(1）用一根3 m長的廢 71 mm繩索取心鉆桿(要求有一端絲扣完好，便于連接下部穩(wěn)定鉆具）做為導(dǎo)斜楔母體，另用一根1.8～2.2 m長的廢 89 mm繩索取心鉆桿做導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面(此方法主要是利用 89 mm繩索取心鉆桿的內(nèi)徑半圓弧，便于 77 mm金剛石鉆頭能順利通過又不磨傷導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面），經(jīng)精確畫線后用氧焊切割好，將熱變形消除后，再將焊疤用角磨機(jī)打磨平后用電焊焊接而成。

(2） 89 mm繩索取心鉆桿外徑圓柱面與導(dǎo)斜楔母體( 71 mm繩索取心鉆桿內(nèi)徑圓柱面）要盡量緊密貼實(shí)并焊接牢固，焊接過程中要防止熱變形并將熱變形及時消除。

(3）焊接完成后，要求 89 mm繩索取心鉆桿導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面上無焊疤，影響鉆頭通過的焊疤必須用角磨機(jī)將其磨掉;導(dǎo)斜楔頂部外層 71 mm繩索取心鉆桿比 89 mm繩索取心鉆桿外徑圓柱面短100～200 mm，并將外層 71 mm繩索取心鉆桿頂端外表面用砂輪機(jī)盡量磨掉2～3 mm，保證下井后鉆頭能順利通過此處。如圖1所示。

圖1 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔示意圖

(4）再將加工好的絲扣為 28 mm×2 mm反絲螺母焊接在離導(dǎo)斜楔頂部800 mm位置的內(nèi)斜面上(先用氧焊將 89 mm繩索取心鉆桿做的導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面吹出螺母大小的孔，注意不能傷及 71 mm繩索取心鉆桿母體），焊接反絲螺母時要注意同軸度，必須將加工好正反扣的 30 mm圓鋼連接的反絲扣(絲扣為 28 mm×2 mm）同螺母連接好，先將螺母點(diǎn)焊，檢驗(yàn)后再焊牢。目的是保證圓鋼與導(dǎo)斜楔保持同軸度，方能保證導(dǎo)斜楔下井順利。

(5）最后用加工好正反扣的 30 mm圓鋼連接(絲扣下反上正，上部也可用舊 65 mm鎖接手焊接），見圖2。

3 偏斜(繞障）施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 導(dǎo)斜楔下井前校直處理及投放注意事項(xiàng)

(1）導(dǎo)斜楔在下井前必須認(rèn)真校直，將架橋用的1～2根鉆桿(最底部可切成馬蹄形，在孔內(nèi)主要起防止導(dǎo)斜楔轉(zhuǎn)動作用）用管子鉗用力扳緊，用小榔頭將導(dǎo)斜楔頂部3 cm往 71 mm鉆桿外徑方向敲一定角度，再放入 89 mm套管內(nèi)檢查能否順利通過，并且檢查導(dǎo)斜楔頂部兩層鉆桿壁接觸重疊處與 89 mm套管內(nèi)壁的間隙情況，檢查能否轉(zhuǎn)動自如。

(2）要求導(dǎo)斜楔頂部兩層鉆桿壁接觸重疊處與 89 mm套管內(nèi)壁能直接接觸又能靈活轉(zhuǎn)動。如不能靈活轉(zhuǎn)動或不能通過 89 mm套管，必須重新校直處理導(dǎo)斜楔。此步是保證整個施工成功的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

(3）導(dǎo)斜前，先將普通鉆具下一趟至目的位置，確認(rèn)孔內(nèi)無掉塊或其他異常情況，以確保鉆具能正常下至目標(biāo)位置。然后用鉆具連接導(dǎo)斜器下至目的位置，緩慢開正車將導(dǎo)斜楔倒脫后留在目標(biāo)位置。

(4）注意必須保證導(dǎo)斜楔到達(dá)目的位置后才能開正車甩導(dǎo)斜楔，否則要提出全部鉆具重復(fù)上述操作。

3.2 偏斜鉆進(jìn)前孔內(nèi)導(dǎo)斜楔頂部技術(shù)處理及偏斜鉆具選擇

(1）用鉆具連接 77 mm巖心管接手(下接 65 mm舊尖接手作導(dǎo)向）或?qū)ｉT加工的錐形工具(如圖3所示，最大直徑77 mm，3個水口槽和3個合金槽，長度為400 mm，內(nèi)扣連接絲扣為 65 mm尖接手粗扣）勻速下入井內(nèi)目的位置上方0.5 m處。

(2）利用鉆機(jī)升降機(jī)操作讓鉆具上下輕蹾導(dǎo)斜楔頂部，提起0.3 m后再慢速輕壓開車掃孔，緩緩接觸導(dǎo)斜楔斜面頂部，再將鉆壓調(diào)至正常鉆進(jìn)壓力的2/3，掃3～5 min后起鉆。

(3）起鉆后用游標(biāo)卡尺測量巖心管接手或錐形工具上的磨痕直徑，以此來判斷導(dǎo)斜楔頂部處鉆孔內(nèi)空位直徑，并以此確定下一步偏斜鉆進(jìn)使用的鉆具。

(4）若鉆孔內(nèi)導(dǎo)斜楔頂部處空位直徑小于77 mm，必須先使用小一級的 60 mm鉆具先鉆進(jìn)一段小孔作為先導(dǎo)孔，再用 77 mm金剛石鉆頭(HRC40～45）連接切鐵器導(dǎo)向修、擴(kuò)孔的方法反復(fù)修擴(kuò)導(dǎo)斜楔頂部處空位，盡量增加此處間隙。必須保證 77 mm鉆頭能順利通過導(dǎo)斜楔頂部處空位后方能開始偏斜鉆進(jìn)操作，否則可能會將導(dǎo)斜楔頂部掃進(jìn)鉆頭內(nèi)前功盡棄，該環(huán)節(jié)是偏斜鉆進(jìn)能否成功的關(guān)鍵;若空隙處直徑大于77 mm，就可以用 77 mm鉆具直接偏斜鉆進(jìn)。

3.3 偏斜鉆進(jìn)鉆具組合、鉆進(jìn)參數(shù)及注意事項(xiàng)

(1）鉆具組合要求:不論用 60 mm鉆具還是用 77 mm鉆具鉆進(jìn)，必須堅(jiān)持先采用短鉆具鉆進(jìn)1～2回次，然后再逐回次加長粗徑鉆具，巖心管長度必須按先短后長的次序(0.3、0.5、1.0、1.5、2.0 m）逐回次加長巖心管，換用長巖心管時，必須保證巖心管接手位置在偏孔內(nèi)，以保證鉆具在鉆進(jìn)過程中粗徑鉆具不斷。巖心管接手上部用幾十米 50 mm鉆桿連接，方能保證導(dǎo)斜鉆進(jìn)成功。

(2）鉆進(jìn)參數(shù):轉(zhuǎn)速83 r/min、鉆壓4 kN、泵量35 L/min;若鉆機(jī)動力為柴油機(jī)驅(qū)動，還可將柴油機(jī)供油量調(diào)小，盡量降低轉(zhuǎn)速。

(3）注意事項(xiàng):在導(dǎo)斜鉆進(jìn)的前幾個回次(偏斜進(jìn)尺在2 m以內(nèi)）時，若不進(jìn)尺要注意活動鉆具，防止鉆具在同一位置長時間掃磨導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面將導(dǎo)斜楔斜面掃壞而達(dá)不到目的，遇長時間不進(jìn)尺、活動后仍不進(jìn)尺、孔內(nèi)有異常響聲時要及時起鉆檢查鉆具、鉆頭內(nèi)外徑磨損情況，并仔細(xì)分析井內(nèi)情況。

(4）若偏斜井段地層較軟，建議使用硬質(zhì)合金鉆頭;若偏斜井段地層較硬，建議使用金剛石鉆頭。

3.4 小徑偏斜后修、擴(kuò)孔關(guān)鍵步驟操作要點(diǎn)

(1）在完整井壁段采用導(dǎo)斜楔施工，必須先采用直徑小一級的 60 mm鉆具先鉆進(jìn)一段小徑先導(dǎo)孔后，再采用 77 mm鉆頭連接切鐵器導(dǎo)向進(jìn)行修、擴(kuò)孔作業(yè)。

(2）修、擴(kuò)孔時鉆頭接觸 71 mm導(dǎo)斜楔頂端時轉(zhuǎn)速一定要慢、壓力要輕，此時 71 mm導(dǎo)斜楔頂端與孔壁間隙很小， 77 mm鉆頭很可能要將導(dǎo)斜楔頂部疊合處本體磨掉2～4 mm才能順利通過，要使用慢速低壓反復(fù)修、擴(kuò)孔，直到換用新鉆頭能一次順利通過導(dǎo)斜楔頂端為止。

(3）起鉆后一定要用游標(biāo)卡尺測量鉆頭的外徑，此項(xiàng)工作是關(guān)系到偏斜施工能否成功的關(guān)鍵步驟。3.5 71 mm同徑導(dǎo)斜楔投放后焊接螺母的處理

(1） 71 mm同徑導(dǎo)斜楔投放在井內(nèi)目標(biāo)位置后，用繩索取心金剛石鉆頭或單管金剛石鉆頭采用輕壓慢轉(zhuǎn)的方法將其掃掉即可。

(2）需特別注意的是，不要采用密集硬質(zhì)合金鉆頭去掃焊接螺母，因?yàn)橛操|(zhì)合金鉆頭遇鐵質(zhì)阻礙較易將導(dǎo)斜楔內(nèi)斜面掃穿導(dǎo)致無法偏斜施工。

4 偏斜施工沖洗液性能控制

在偏斜施工中，若鉆孔孔深較淺、孔內(nèi)干凈可直接采用無固相沖洗液護(hù)壁;若鉆孔井深較深、孔內(nèi)有掉塊或垮塌現(xiàn)象必須采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，其性能指標(biāo)控制如下:密度1.05～1.08 g/cm3，漏斗粘度24～28 s，失水量8～10 mL，pH值8～9。在采用低固相泥漿護(hù)壁時，一定要預(yù)先將CMC充分水化，優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土要充分?jǐn)嚢瑁乐箾]水解的CMC和沒攪散的土堵塞鉆桿或雙管鉆具，導(dǎo)致沖洗液不暢通。

5 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例

5.1 開江縣河井溝煤炭普查項(xiàng)目ZK10－3號鉆孔補(bǔ)煤偏斜施工

開江縣河井溝煤炭普查項(xiàng)目ZK10－3號鉆孔在井深434.00～435.00 m間將煤層打薄，測井時煤層底板井深為434.67 m，厚度為0.49 m，項(xiàng)目部地質(zhì)組要求補(bǔ)煤或移孔重新施工。該孔鉆孔結(jié)構(gòu)為:0～17.85 m，孔徑為130 mm;17.85～101.12 m，孔徑為110 mm;101.12～196.97 m，孔徑為91 mm，因該段掉塊嚴(yán)重用 89 mm繩索取心鉆桿做技術(shù)套管隔離;196.97～590.00 m，孔徑為76 mm。補(bǔ)煤井段巖性以三疊系上統(tǒng)須家河組六段石英砂巖為主，夾少許深灰色泥質(zhì)粉砂巖，鉆孔井壁完整，無超徑現(xiàn)象。鉆機(jī)接補(bǔ)煤通知后，準(zhǔn)備拔套管擴(kuò)孔但套管拔不動，后采用了 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔偏斜施工技術(shù)。先用30包42.5號水泥加30包氯化鈉作早強(qiáng)劑，水灰比為0.45，將鉆孔下部封閉架橋，候凝后將多余水泥塞掃掉，投入碎石蹾緊后投送 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔，將導(dǎo)斜楔頂部固定在井深400.5 m處。按照前述方法掃孔后，因該段巖石堅(jiān)硬，鉆孔孔壁無超徑現(xiàn)象，先采用小一級的 60 mm鉆具鉆進(jìn)3.0 m的先導(dǎo)孔，再采用 76 mm金剛石鉆頭連接切鐵器導(dǎo)向擴(kuò)孔，用了2個 76 mm金剛石鉆頭，順利解決了 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔頂端與孔壁間隙很小正常鉆具無法通過的難題。最后采用 76 mm普鉆鉆具逐漸加長粗徑鉆具鉆進(jìn)，成功將煤心補(bǔ)完，避免了移孔施工或處理套管后擴(kuò)孔工序，既節(jié)約了工期和鉆探成本，又減少了報廢進(jìn)尺，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 宣漢縣黃金口煤炭普查項(xiàng)目ZK9－1號鉆孔2次孔故繞障施工

宣漢縣黃金口煤炭普查基金項(xiàng)目ZK9－1號鉆孔采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝施工，施工至孔深1132.33 m時，發(fā)生了起大鉆途中斷鉆桿跑鉆事故。經(jīng)反絲處理半個月后井內(nèi)余3根立根和1套外管共41.5 m鉆具，后來用切鐵器去磨鉆桿事故頭時又發(fā)生卡鉆事故，經(jīng)處理半個月后孔內(nèi)又增加了6根立根、2根單根和1套推管器共80.7 m鉆具，導(dǎo)致孔內(nèi)鉆具處理難度加大。為了節(jié)約事故處理時間，經(jīng)研究決定采用 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔繞障偏斜施工。

第一次因?yàn)闆]有采取用反絲螺母連接鉆具送導(dǎo)斜楔，而是直接從孔口投送，導(dǎo)斜楔頂部降至孔深718.10 m時不再下降，用鉆具去追也原位不動，只好就在該位置進(jìn)行偏斜施工。采用前述的方法進(jìn)行偏斜施工取得成功，后期采用普鉆施工，施工至孔深1129.66 m時，偏孔軌跡與原繩索取心施工的鉆孔軌跡發(fā)生重合，導(dǎo)致發(fā)生卡鉆事故，在處理卡鉆事故時鉆具與原繩索取心施工的鉆孔軌跡交叉將原孔內(nèi)的繩索取心鉆桿劃破，直至無法繼續(xù)施工。

為節(jié)約處理孔底鉆具的時間和減少繼續(xù)施工的風(fēng)險，采用了第二次偏斜施工。這次施工吸取了前次導(dǎo)斜楔送不到位的教訓(xùn)，采用了反絲螺母連接鉆具送導(dǎo)斜楔至預(yù)定位置1104.71 m，按照前述步驟操作，再次偏斜成功，后來順利施工至終孔孔深1236.18 m。

6 結(jié)語

在繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝施工的中深孔和深孔中，采用 71 mm同徑開口式導(dǎo)斜楔導(dǎo)斜(繞障）施工技術(shù)可以繞過孔內(nèi)無法處理事故鉆具直接鉆進(jìn)和補(bǔ)采煤層，免于拔套管擴(kuò)孔等工序，可以減少報廢進(jìn)尺、節(jié)約施工成本和縮短施工工期，鉆探生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性和有效性。

［1］王世光，周聲振，劉濟(jì)生.鉆探工程［M］.北京:地質(zhì)出版社，1986.

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［3］國土資源部人力資源開發(fā)中心職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.固體礦產(chǎn)鉆探工［M］.北京:地質(zhì)出版社，1999.

［4］張文英，張延茂，吳德軍，等.側(cè)鉆技術(shù)在鉆孔事故處理中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程），2011，38(6）:10－12.

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Bypassing Barrier Construction Technique by Deviation with the Same Diameter of71mm Open Wedge

SHOU Zhao-bing，LU Wen-hua，LI Yue-cheng，LI De-xin(137 Geological Team of Sichuan Coalfield Geology Bureau，Dazhou Sichuan 635006，China）

According to the very complicated downhole accidents and supplement coring in medium-length and deep hole with wire-line diamond drilling，the bypassing barrier technique by wedge with same diameter of the borehole was summed up by repeated practice.The process of the wedge，the calibration before running down，hole-bottom bridging，setting method，bottom hole assembly，drilling attentions and hole-repairing operation points were emphasized.The technique is helpful to reduce abandoned drilling length with construction cost saving and short construction period.

medium-length hole;deep hole;open wedge with the same diameter of hole;deviation(bypassing barrier）

P634.7

:A

:1672－7428(2012）10－0036－04

2012－03－28;

2012－06－05

首照兵(1969－），男(漢族），重慶梁平人，四川省煤田地質(zhì)局一三七隊(duì)高級工程師，鉆探工程專業(yè)，從事探礦工程技術(shù)管理工作，四川省達(dá)州市華蜀南路200號，zhaobingshou2000@163.com。