小倾角钻孔施工技术探析

张世仁

摘要:针对高质量要求小倾角钻孔施工,从钻探机械、钻具和仪器选择,钻头选型和钻进参数优化,冲洗液的使用,以及质量保证措施等方面作了介绍和总结,对小倾角钻孔孔有一定指导意义。

关键词:小倾角钻孔;HXY-42T钻机;NQ钻具;金刚石钻头选择;钻进参数;植物胶

中图分类号:TV74

文献标识码:A

文章编号:16723198(2009)20031401お

1钻孔设计及地质要求

ZK019设计孔深260m,倾角59.8 °,方位角340°,终孔直径75mm。质量要求按岩芯钻探六大指标执行,其中岩矿芯采取率和钻孔弯曲度要求很高,除浮土层外的岩矿芯采取率(岩芯任意5米段内,矿芯任意3米段内的平均值均要≥90%,每100米深度的钻孔方位角和倾角偏差不能超过2度,并要求用照相测量仪测量。

2主要设备、仪器和取心工具选择

(1)由于现使用的普通管子斜塔无法施工小倾角钻孔,根据任务要求,综合公司现状,我们选择了HXY-42T塔机一体钻机,该钻机的桅杆式塔体具备液压起降功能,结构简单,操作方便,钻塔调整角度大,钻塔底屋面积4×4米,占地较少,可施工45-90°倾角钻孔,钻机适用于420-850m孔深钻孔施工。

(2)测斜仪使用选择BZM照相测斜仪,使用证明,该仪器精度较高,记录简单,宜读易解释,胶片可永久保存,满足委托方要求。

(3)取芯工具使用高强度的75mm绳索取芯NQ钻具、钻杆。

3钻进方法和钻孔结构

开孔使用合金钻进,Ф130合金钻进至10.67m下入Ф127套管,Ф110合金钻进至14.3m下入Ф108套管,Ф91合金钻进至18.25m下入Ф89套管,用套管隔离残坡积层和风化、半风化层,然后换NQ(Ф75mm)金刚石绳取芯钻进至终孔263.02米。

4金刚石钻头选择和钻进参数

(1)在较完整的砂岩,粉砂岩中钻进使用40-60目、胎体硬度HRC28—30的齿轮型金刚石孕镶钻头钻进,钻头底唇面积较小,出刃效果好,钻进速度快。在换NQ钻具钻进后,从18.25米开始,一个钻头钻进至190米,没有起大钻。190米后进入构造破碎带,硅化带石英脉,换入40-60目、胎体硬度HRC15-20Ⅱ的尖齿型孕镶金刚石钻头,因岩石硬度大,钻进速度明显下降,但钻头能在坚硬的岩石钻进中出刃,到241米穿过这一层,直至终孔,由于岩石研磨性较强,这个钻头已经不能使用。

(2)钻进参数方面,钻压900-1200公斤,转速600-1000转/分,泵量50-70升/分。在硅化、带石英脉的地层中钻进,钻压取大值。因为钻孔弯曲度要求严,钻压相对较小。因为钻孔倾角较小,孔深在200左右,钻进中的摩擦阻力比80-90°倾角钻孔明显增加。平均钻速控制在2.5米/小时左右。

5冲洗液选择及护壁堵漏措施

(1)合金钻进残坡积层,风化、半风化层,使用清水作冲洗液,下入三层套管隔离护壁。

(2)小倾角钻孔钻进,一个主要要解决的问题是降低钻杆钻具与孔壁摩擦阻力。金刚石钻进,使用植物胶精粉配水作冲洗液,植物胶加量重量比为1.5%。这种冲洗液具有很好的护胶作用、粘弹性减振作用,减摩阻效应突出。从该孔的使用效果看,较好地解决了降摩减阻问题。

(3)钻进构造破碎带时,一开始全孔漏失,我们就地取料,利用当地的锯木糠,在冲洗液中加入木糠,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护壁堵漏作用以及木糠的物理堵漏作用进行堵漏,整个破碎带钻进冲洗液有70-80%的返回,效果较好。

(4)设置15m的循环槽和两个沉淀池,及时清除岩粉尽量减低冲洗液含砂量,降低回转阻力,减小钻杆磨损。

6保证岩矿芯采取率和钻孔弯曲度的措施

(1)保证岩矿芯采取率,绳索取芯金刚石钻进,主要要合理选择金刚石钻头,合理选择钻进参数;钻进破碎带时控制回次进尺不能超过1m,并用小压力、低转速、小泵量参数钻进;每个回次必须检查双管钻具总成的完好程度,如内管转动要灵活、弹卡要可靠、卡簧内径要比钻头内径小0.5mm,卡簧座与钻头内台阶保持合理间隙,一般为2-4mm。

(2)保证钻孔弯曲度,主要措施是把好开孔关,合金钻进时随孔深加长岩芯管,整个钻孔使用偏小的压力钻进,控制钻速。选用高强度的NQ钻杆钻具,与孔壁的间隙小,是保证钻孔弯曲度的前提。使用BZM照相测斜仪,方位角精度误差±0.5°、倾角精度误差±0.2°,满足钻孔弯曲测量要求。

7结论

(1)HXY-42T塔机一体钻机重量轻、可拆性好、基底占地面积小,比较适合山区小倾角钻孔施工。高强度NQ钻杆钻具和BZM照相测斜仪的使用对质量要求高的小倾角施工起了很重要的保证作用。

(2)优选金刚石钻头和选用较小钻进参数钻进,是施工质量要求高的小倾角钻孔的关键。

(3)植物胶精粉配水制作的冲洗液,具有很好的护胶作用、粘弹性减振作用,减摩阻效应突出,能降低小倾角钻孔钻进的回转阻力,减少钻杆磨损。