冻结孔施工中防斜与纠斜技术的分析与应用

2016-04-14李阳

地球 2016年2期

关键词：钻塔立井钻具

■李阳

（甘肃煤田地质局一四六队甘肃平凉744000）

冻结孔施工中防斜与纠斜技术的分析与应用

■李阳

（甘肃煤田地质局一四六队甘肃平凉744000）

在冻结孔施工中防斜与纠斜是保证钻孔质量的关键技术问题，有时甚至直接决定冻结孔施工的成败。本文结合核桃峪煤矿副立井冻结孔施工情况，对冻结孔钻进过程中如何防斜、纠斜进行分析总结，提出了一些有效的防斜、纠斜方法和措施，供冻结孔施工单位参考使用，以满足冻结施工对造孔工艺的要求。

冻结孔防斜纠斜测斜与定向

近年来，随着开采煤层的不断加深，冻结孔的应用范围也越来越广阔，特别是冻结深度的加深、范围的加大、孔间距的缩小，对冻结孔钻探技术提出了更高要求，而防斜与纠斜是保证冻结钻孔垂直度的关键技术问题，不仅影响钻进效益，更直接决定冻结孔的施工质量。为了提高冻结孔的施工质量，保证煤炭开采安全，本文结合核桃峪煤矿副立井冻结孔施工情况，对冻结孔钻进过程中如何防斜、测斜、纠斜的方法和措施进行了简单分析和总结。

1　钻孔防斜

钻探施工中造成钻孔偏斜的原因有很多，有地层软硬变化、地层倾角大小等客观因素；也有钻具组合、泥浆性能、钻进方法等主观因素。为防止钻孔偏斜，在施工中应采取以下措施防斜：

1.1把好开孔关

开孔前确保设备的安装质量，钻机底盘与钻机要达到水平、周正、稳固，做到三个中心在一条线上；开孔使用的钻具要直，增强钻具的导向性和稳定性，确保开好孔。

1.2把好地层关

钻进过程中要注意地层的软硬变化，由软地层向硬地层钻进时，要适当减轻钻压，降低转速，磨合钻进0.5～1.0m后恢复正常钻进；由硬地层向软地层钻进时，钻压要减至正常值的1/3～2/3，待完全进入软地层后恢复正常钻进。

1.3把好钻具关

不得使用弯曲变形的钻具，钻具连接后同心度要好，同时结合地层情况、设计要求选择科学的钻具组合。如我单位在核桃峪煤矿副立井冻结孔施工中选用的钻具组合钻压小、转速高，选择轻压吊打可以有效起到防斜的作用。

1.4把好泥浆关

钻孔泥浆的选择要综合考虑一个平台上钻机台数、进尺、地层等因素，适时调整优化泥浆性能，最好多采用独立式泥浆循环系统，使每个钻孔壁保持稳定，减少断脱事故，确保安全高效钻进。

2　钻孔测斜

冻结孔钻探施工中每钻进一定深度要测斜一次，以便及时掌握钻孔偏斜情况，实现防斜与纠斜相结合，确保钻孔质量。核桃峪煤矿副立井冻结孔施工中钻孔测斜手段有2种。

2.1灯光测斜

灯光测斜适用于钻孔浅部，一般在井深100m以内能够测出钻孔的偏斜程度和方向。我单位在50m以内，采用对点器、经纬仪及其配套设施进行测斜，计算出偏斜距、偏斜角和偏斜率，反映出钻孔的真实轨迹，为及时防斜、纠斜提供科学的依据。正常钻进中一般10～20m测斜一次，根据具体情况，可适当调整测点距离。

2.2陀螺测斜

陀螺测斜适用于钻孔深部。我单位在50m以下选用JDT-5A型陀螺仪进行测斜，直接测出偏斜距、偏斜角、偏斜率和方位角，绘出钻孔平面图，反映出钻孔的真实轨迹，为下一步钻进提供依据。正常钻进中一般30～50m测斜一次，根据具体情况，可适当调节测点距离，比如易偏地段需增加测点。

3　钻孔纠斜

在正常钻探施工中，受地质条件、钻进方法等因素影响，钻孔出现偏斜是不可避免的。为满足冻结孔施工技术要求，必须采取有效的纠斜手段，将钻孔轨迹控制在设计要求范围内，确保冻结孔质量。在实际生产中常采用以下纠斜方法。

3.1扫孔纠斜法

在钻孔偏斜变化较大，即钻孔轨迹呈“S”型时，比较适合用扫孔纠斜法，目的是把钻孔直径扫大，减小孔斜偏值，从而减小孔内抗劲和孔底摆幅空间，使钻孔趋于垂直。一般在表土层发生偏斜，多利用原有钻具自身重量进行高速慢扫，达到纠斜目的。

3.2扩孔纠斜法

在钻孔深度较浅，使用原钻具，换用比原钻头大的钻头扩大孔径，扩至原深度时更换原钻头，开钻前应将钻具吊离孔底约1m左右，然后慢速开出一个新孔，钻进1～2m钻孔已修直后，再转入正常钻进。

3.3垫、移钻塔纠斜法

发现孔斜时，通常的做法是先采用垫钻塔方法，如果不能及时纠斜，应及时采用移钻塔方法，其中垫钻塔是将钻孔偏斜方位的钻塔垫起，移钻塔是将钻塔朝着钻孔偏斜方位移动一定距离。该纠斜法是通过钻具的刚性及钻孔偏斜拐点的相互抑制作用控制下部钻孔轨迹，即利用钻孔上部孔段较直，以当时孔深的起点为支点，使钻孔向反方向钻进，以达到纠斜效果。但使用该方法纠斜时，垫、移钻塔要快速、稳妥，推架距离不宜过大，防止钻具变形。

3.4根据岩层特性控斜法

根据不同岩层特性合理操作,也是控斜的一种重要手段。当钻孔穿过软硬岩层界面时，由于软硬岩层的强度、硬度等物理学性质不同，其抗破碎阻力也不同，使钻孔发生偏斜。所以，精确的掌握岩层情况，应用合适的钻压、转速，可有效防止钻孔跑偏。

3.5采用井下动力钻具定向纠斜法

采用井下动力钻具定向纠斜是冻结孔施工中最常用有效的纠斜法。在核桃峪煤矿副立井冻结孔施工中，我们采用的是单弯螺杆钻具进行定向纠斜，其原理是利用螺杆钻和弯接头组成的弯钻具，向偏斜的反方向定向纠斜，达到稳斜控斜目的。单弯螺杆钻具纠斜的效果与许多因素有关，其中定向的精度直接决定纠斜的成败，纠斜的钻进长度直接影响纠斜的效果，纠斜后的钻具组合及钻进参数也会影响斜效果。因此，应注意以下事项：①定向前应对钻孔进行精确测斜，认真分析钻孔的偏斜情况，并确定纠斜点和纠斜方位角，以便精确定向；②下钻前认真检查动力钻具，并在孔口进行试运转，正常后下入孔内；③用螺杆钻具纠斜前，应充分循环并调整好泥浆性能，含砂量≤2.5%；④因螺杆钻进时扭矩大，下钻杆时应将每根钻具用双钳加力紧扣；⑤定向操作要细，把误差降到最小；陀螺仪下入孔内到位以后，要反复提放几次，确定键槽入键的准确性；⑥定向纠斜钻进中加压、送钻要均匀，纠斜中一般钻进10～20m,需进行测斜确认定向纠斜效果，如效果不好应重新定向纠斜。