合理選擇鉆孔環(huán)狀間隙的方法研究.doc

合理選擇鉆孔環(huán)狀間隙的方法研究 胡延海，姚改委，袁明文 （河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊(duì)河南鄭州） 摘要：為解決目前深孔鉆探施工中，存在傳統(tǒng)口徑、傳統(tǒng)管材系列與繩索取心金剛石鉆進(jìn)口徑、管材系列不匹配，鉆孔外環(huán)狀間隙偏小，泵壓損耗大，液流不暢，泵壓偏高或蹩泵及套管下不到位，導(dǎo)致以后無(wú)法正常鉆進(jìn)和套管起拔時(shí)易拉斷的突出問(wèn)題，文章對(duì)鉆孔環(huán)狀間隙的合理性及選擇方法，進(jìn)行了對(duì)比研究并提供實(shí)例加以說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：深孔鉆探；鉆孔環(huán)狀間隙；選擇方法 ：TG937：50338 ：1411-28 礦產(chǎn)資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)多年來(lái)大規(guī)模強(qiáng)力開(kāi)發(fā)，我國(guó)礦資源優(yōu)勢(shì)正在削弱和喪失。淺部礦床已基本開(kāi)采殆盡，資源保有儲(chǔ)量不足，保障能力下降，已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的約束和瓶頸。為增加礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量，增強(qiáng)礦產(chǎn)資源對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的保障能力，提高礦產(chǎn)資源管理宏觀調(diào)控水平，應(yīng)對(duì)資源保障程度不足的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)家近幾年先后出臺(tái)了“關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)工作的決定”、“設(shè)立中央地質(zhì)勘查基金”、“危機(jī)礦山接替資源探邊摸底”等政策，加大了國(guó)家財(cái)政對(duì)礦產(chǎn)資源勘查投入力度，鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會(huì)資金投入，建立礦產(chǎn)資源勘查投入良性循環(huán)機(jī)制。“攻深找盲”有了新認(rèn)知、新思路、新戰(zhàn)略，國(guó)土資源部及時(shí)提出了找礦新機(jī)制和“”找礦目標(biāo)。 廣泛開(kāi)展深部礦產(chǎn)勘查是增加資源儲(chǔ)量的重要途徑，而深部鉆探是勘查深部礦床資源的最直接手段。深部鉆探技術(shù)材料設(shè)備又是進(jìn)行深部鉆探的強(qiáng)有力保障。以下通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)管材和繩索取心金剛石管材的比較研究，旨在深孔施工中選擇合理、配套的管材，保證合理的鉆探施工中的環(huán)狀間隙，從而能夠保障正常鉆進(jìn)，避免事故，提高效率和效益。 傳統(tǒng)地質(zhì)管材和繩索取心金剛石管材規(guī)格、系列 分別見(jiàn)表1表10。 傳統(tǒng)地質(zhì)管材和金剛石管材對(duì)比 我國(guó)繩索取心金剛石鉆進(jìn)管材系列比較混亂，原因是多渠道多部門(mén)的多系列引進(jìn)，及原地礦部和冶金部都頒布有管材系列。系列不統(tǒng)一，互換性差，導(dǎo)致使用十分不便。 傳統(tǒng)鉆探系列口徑一般為、等，使用套管系列一般是、；使用鉆桿基本是鉆桿，孔壁間隙大，加之施工孔深相對(duì)較淺，可以說(shuō)基本不存在泵壓高問(wèn)題。這實(shí)際正是復(fù)雜地層泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)時(shí)仍改用傳統(tǒng)鉆具鉆進(jìn)的重要原因。 從上述表看出系列的鉆桿體外徑，與成孔口徑，環(huán)狀間隙為，接頭處只有，鉆桿接頭處環(huán)狀間隙偏小，擴(kuò)大鉆頭外徑左右，最大成孔口徑為，泵壓即可改善，而鉆桿與套管環(huán)狀間隙是沒(méi)有問(wèn)題的，實(shí)際施工中有遇較特出情況用鉆桿或鉆桿做技術(shù)套管的先例，口徑鉆進(jìn)則不能用擴(kuò)大鉆頭；目前繩索取心最常用的是與系列，系列鉆桿或鉆桿與套管之間環(huán)狀間隙是匹配的，套管采用內(nèi)平連接，此時(shí)鉆頭可加大到，鉆桿與鉆孔環(huán)狀間隙增加到，泵壓得到良好改善，保證了泥漿泵的適應(yīng)孔深增加；系列采用鉆頭，鉆桿，套管內(nèi)平連接時(shí)，鉆桿與套管間隙在，鉆頭擴(kuò)大受到限制，擴(kuò)孔器加大到后可能通不過(guò)套管。而地層因素需要鉆孔間隙不能太小，這正是所用系列與傳統(tǒng)管材的不匹配之處，有套管會(huì)更適合，單獨(dú)訂購(gòu)又太不經(jīng)濟(jì)，從而限制了使用。 地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程規(guī)定了鉆孔公稱(chēng)口徑系列，即、。新口徑系列比較合理，適于深孔繩索取心金剛石鉆進(jìn)選用。專(zhuān)家推薦的套管系列為（在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上）： 從表看出，新系列尺寸相對(duì)合理。 適應(yīng)深孔繩索取心金剛石鉆進(jìn) 相關(guān)專(zhuān)家建議的鉆孔結(jié)構(gòu)見(jiàn)表。從表可以看出，簡(jiǎn)單地層開(kāi)孔口徑，下孔口管，理論環(huán)狀間隙為，孔口管與口徑的環(huán)狀間隙為，口徑與套管的環(huán)狀間隙是，與鉆桿的環(huán)狀間隙是，套管與口徑鉆頭處間隙是，與鉆桿的外環(huán)間隙是。顯然，專(zhuān)家推薦的鉆孔結(jié)構(gòu)比較合理，深孔繩索取心金剛石鉆進(jìn)應(yīng)推廣采用。 為保證套管下管順利，除提高套管加工精度外，應(yīng)以地層巖石可鉆性級(jí)別不同，孔深不同，確定鉆孔外環(huán)間隙大小，巖性較軟，需要環(huán)狀間隙較大，如下套管，可選、或鉆頭成孔，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，為保證套管下管順利，我單位曾選用鉆頭開(kāi)孔。 不同地層對(duì)套管起拔產(chǎn)生影響。詳見(jiàn)表，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(duì)套管外壁單位面積的摩阻力大小不同。施工實(shí)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(shí)，套管自重可以抵消部分摩阻力。 應(yīng)用實(shí)例 根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，舞鋼礦區(qū)一般用四級(jí)結(jié)構(gòu)完孔，即開(kāi)孔，下孔口管，換徑口徑鉆進(jìn)，下套管，再換口徑，下套管，最后換口徑至終孔。遇地層簡(jiǎn)單，也采用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，即用口徑開(kāi)孔，鉆進(jìn)，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(guò)大，而受終孔口徑限制，又不能再小。采用套管系列為、，創(chuàng)新點(diǎn)是套管連接改傳統(tǒng)內(nèi)接箍為外接箍，以增大套管內(nèi)通徑，由此鉆頭外徑可增大，其鉆孔外環(huán)狀間隙調(diào)整為左右，基本保證鉆進(jìn)過(guò)程中泵壓不致太高。滿足以?xún)?nèi)孔深，可保證鉆機(jī)原配套泥漿泵正常應(yīng)用。 舞鋼礦區(qū)鉆孔 選擇舞鋼經(jīng)山寺礦區(qū)鉆孔，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖，設(shè)計(jì)孔深米，直孔，采用鉆機(jī)，配套泥漿泵，年月日開(kāi)鉆，應(yīng)用三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔鉆頭，覆蓋層下套管，換徑，過(guò)破碎帶后下入套管，換口徑運(yùn)用無(wú)固相沖洗液鉆進(jìn)，年月日結(jié)鉆，歷時(shí)天，終孔井深，鉆孔經(jīng)地質(zhì)驗(yàn)收認(rèn)定為一級(jí)鉆孔，實(shí)踐證明，鉆孔結(jié)構(gòu)基本合理，鉆孔外環(huán)間隙增大，以下鉆進(jìn)泵壓為，施工較順利。該孔純鉆，鋪助時(shí)間，機(jī)故時(shí)間，其他，日最高進(jìn)尺為，全孔平均時(shí)效為，平均臺(tái)效為臺(tái)效。 舞鋼鐵山礦區(qū)鉆孔 設(shè)計(jì)孔深m，采用鉆機(jī)，泥漿泵，年月日開(kāi)鉆，m用鉆頭鉆進(jìn)第四系地層，下井口管后，換口徑，至鉆穿第一不穩(wěn)定層后，下入套管，換徑鉆頭，至鉆穿第二破碎層，下入技術(shù)套管護(hù)壁，再換徑鉆頭鉆進(jìn)，又遇強(qiáng)蝕變代，巖粉較多，改泥漿鉆進(jìn)，因泥漿性能維持不好，調(diào)整不及時(shí)，泵壓較高，年月日至孔深時(shí)在蝕變帶孔段發(fā)生斷鉆事故，因蝕變帶孔段鉆孔擴(kuò)經(jīng)，鉆桿在該孔段找不到斷頭，經(jīng)多方法多日處理無(wú)效，不得已作了報(bào)廢處理。挪孔后年月日再次開(kāi)鉆，年月日左右結(jié)束，結(jié)鉆孔深m。該孔教訓(xùn)是，一是泥漿性能調(diào)整不到位，性能差，泵壓長(zhǎng)期在高位上運(yùn)轉(zhuǎn)，護(hù)壁效果不好；二是鉆孔結(jié)構(gòu)不合理，鉆孔在m左右鉆遇厚層的混合巖，因石英含量高而強(qiáng)度較硬加之破碎，鉆進(jìn)效率較低，套管被迫提前下入，改變了原定的把套管下至左右的初衷，受終孔口徑限制，在強(qiáng)蝕變帶孔段水泥漿封護(hù)多次，待凝與掃孔誤時(shí)較多，至效率低，成孔周期較長(zhǎng)，效益差。 結(jié)論 （）繩索取心金剛石鉆探鉆孔外環(huán)間隙大小決定深孔施工成敗。傳統(tǒng)金剛石鉆孔外環(huán)間隙偏小，不適于深孔鉆探施工。使用加大鉆頭，增加環(huán)狀間隙，可降低上返速度，降低環(huán)空壓力損失，從而增加泥漿泵適應(yīng)孔深。解決了鉆孔環(huán)狀間隙問(wèn)題，一是可以保證現(xiàn)有配套泥漿泵在孔深段能正常使用，二是保證深孔下套管相對(duì)順利及套管較易起拔（對(duì)套管口部外環(huán)間隙采取密閉措施）。 （）深孔施工鉆孔結(jié)構(gòu)必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用新系列口徑與新套管系列比較合理，目前情況下，創(chuàng)新應(yīng)用傳統(tǒng)套管改為內(nèi)平連接，使用加大鉆頭，