刘塘坊充填站充填钻孔施工技术与体会

2016-07-04张文生朱恒银

地质装备 2016年3期

关键词：钻孔

张文生，朱恒银

(安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽　六安　237010)

刘塘坊充填站充填钻孔施工技术与体会

张文生，朱恒银

(安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安237010)

摘要：刘塘坊充填孔孔深、钻孔垂直度要求高，地层易偏斜，充填管刚性、下放难度大。施工中采用钻铤带扶正器加压钻进，反复测斜，发现钻孔超差及时纠斜，保证了钻孔垂直度。本文重点介绍了刘塘坊充填孔施工时设备与钻具的选择、施工工艺以及几点体会。

关键词:充填孔；钻孔；垂直度；纠斜；修孔

1概述

受中钢集团安徽刘塘坊矿业有限公司委托，安徽省地矿局313地质队施工了位于安徽省霍邱县周集的中钢集团刘塘坊矿业充填站4个充填钻孔。

1.1工程技术要求

(1)孔深424m，终孔孔径220mm。

(2)钻孔垂直度要求：钻孔偏斜率不超过0.5%。

(3)∅273mm×6mm无缝钢管及∅168mm×24mm双金属耐磨管安装到位，连接牢固，固井。

(4)钻孔成井结构要求：0～基岩下10m，孔径350mm，下入∅273mm×6mm钢管，外围用水泥固井；基岩下10～424m：孔径220mm，下入∅168mm×24mm钢管，外围用水泥固井。

1.2施工慨况

该区充填钻孔主要地层为：250m以浅为第四系，250m以深为基岩(片麻岩和混合岩为主)。充填孔上部0～265m孔径为350mm,下入∅273mm×6mm套管至265m，管外水泥固井；下部基岩孔径为220mm，孔深425m，下入∅168mm×24mm充填管至孔底，管外用42.5等级水泥固井，钻探总工作量1699.76m。

2施工设备及器具的选择

本工程根据施工现场条件与建设方工期要求，配备了2台套设备，主要施工设备如下：

2.1主要施工设备

(1)钻机：HXY-6、TSJ-2000钻机各1台套。

(2)泥浆泵：BW-850、TBW-850泥浆泵各1台。

(3)泥浆搅拌机：0.5m31台套。

(4)钻塔：SG-24四脚管子塔2部。

(5)泥浆除砂设备：旋流除砂器及振动筛各1套。

2.2主要机具

(1)钻杆：∅50mm外螺纹钻杆450m；∅73mmAPI钻杆900m；∅89mmAPI钻杆45m。

(2)钻铤：∅105mm钻铤2根，∅121mm钻铤4根和∅159mm钻铤10根。

(3)取心工具：①合金单管∅110/∅130mm取心钻具(用于第四系松散层钻进)，②金刚石单管∅110mm取心钻具(用于基岩钻进)。

(4)扩孔钻具：∅350mm合金扩孔钻具和∅220mm导向牙轮扩孔钻具，∅345mm、∅216mm、∅200mm三牙轮钻头及复合片钻头。

(5)主要仪器：KXP-2D测斜仪1套，泥浆性能测试仪1套。

3施工工艺

3.1钻进方法

一开：Z1、Z2、Z3、Z4四充填孔开孔均采用∅200mm三牙轮钻头加∅159mm钻铤(每根钻铤带∅200mm扶正器)全面钻进穿过第四系地层，进入基岩层15m至孔深265m，换用∅350mm带导向牙轮钻头加∅159mm钻铤钻具扩孔至265m，下入∅273mm×6mm护孔套管至265m，42.5水泥固井，候凝48h后扫除套管内水泥塞，大泵量冲孔、清孔。

二开：Z1、Z2、Z4采用∅220mm三牙轮钻头加∅159mm钻铤(每根钻铤带∅200mm扶正器)全面钻进至设计孔底标高下1.0m左右，修孔，因充填管接箍外径达194mm，为保证施工顺利进行，试下∅168mm×24mm充填管48m，试下顺利再一次性下入全部∅168mm×24mm充填管，然后用42.5标号水泥固井；候凝48h后，用∅50mm钻杆加∅105mm钻具扫孔、清孔到底，清除充填管内沉碴。Z3孔二开开始钻进方法与上相同，钻进至332m，测斜发现孔斜超差，随即纠斜作业，采用多种方法无效，后用超长∅110mm扶正钻具取心钻进，达到了纠斜、稳斜效果，用此方法钻进至425m，再用∅110mm/∅220mm导向牙轮钻头扩孔到底，修孔，试下∅168mm充填管到底；下入∅168mm充填管，42.5标号水泥固井。

3.2钻具组合

(1)第四系钻进钻具：∅200mm牙轮钻头→∅159mm钻铤(4～6根，每根带∅200mm扶正器)→∅73mm钻杆→主杆。

(2)基岩钻进钻具：∅220mm牙轮钻头→∅159mm钻铤(4～6根，每根带∅200mm扶正器)→∅121mm钻铤→∅73mm钻杆→主杆。

(3)第四系扩孔钻具：∅350mm牙轮扩孔钻头→∅159mm钻铤→∅89mm钻杆→∅73mm钻杆。

(4)保直取心钻具：∅110mm金刚石钻头→∅108mm长岩心管(中间带∅110mm扩孔器)→∅105mm钻铤(中间加∅110mm扶正器)2根→∅73mm钻杆。

3.3钻进用冲洗液

根据该区域地层情况，上部第四系及风化基岩采用KHm低固相泥浆。其泥浆性能为：密度1.05～1.10g/cm3，黏度30～40s,pH值9～10，失水量10～15mL/30min，泥皮厚0.5～1mm。基岩层采用无固相泥浆，其泥浆性能为：密度1.03 g/cm3左右，黏度18～22s,pH值9～10，含砂量小于1%。配方：黏土粉(泥浆体积)3%～5%，处理剂加量是黏土∶Na2CO3∶KHm=100∶3～5∶0.2。配制使用程序：黏土加水搅拌→加Na2CO3→浸泡24h→加KHm→搅拌→测性能调整→钻进使用旋流除砂→性能调整维护。

3.4测斜、防斜与纠斜

保证充填孔的垂直度和提供钻孔准确的孔斜数据是充填孔质量的关键，因此必须做好测斜、防斜与纠斜工作以保证充填孔顺利施工。

3.4.1测斜

(1)采用高精度KXP-2D测斜仪测量孔斜，测斜仪下孔前在校验台上进行校正。

(2)测量间距除10～25m测一次外，特殊地层和换径时加密测点。

(3)每钻一级口径均进行孔斜检测，每次测试要求对上次2～3点进行复测对比。

(4)钻孔每点孔斜测量不少于3次，如发现同点测量重复性差，要找出原因，进行误差消除，以提供准确的测斜数据，指导施工。

(5)钻孔终孔后、下管前、下管后，均进行全孔测斜。

3.4.2防斜

(1)把好设备安装关，钻机安装水平，天车、立轴和孔口三点一线。

(2)开孔用的粗径钻具要刚、直，其长度随钻孔加深而加长。

(3)开孔及第四系与基岩分层过渡处轻压慢转，采用小规程钻进参数。

(4)扩孔钻具带下导向,换径时钻具带上扶正，以防扩偏或偏斜。

(5)采用钻铤孔底加压钻进。

3.4.3纠斜

Z3孔二开钻进至332m，发现孔斜超差，因地层岩石硬，增斜幅度较小(狗腿度1.0～1.5°/30m)，上部孔径大，采用螺杆钻纠斜工作量大，且充填管刚性大，人工纠斜后易出现“拐点”，增加充填管下放难度。故现场研究决定采取高标号水泥封孔至260m后，先用∅245mm扶正管加∅110mm单管钻具钻导正孔，然后用∅105mm钻铤+∅110mm扶正器+长10m∅108mm岩心管(中间带∅110mm扩孔器)+∅110mm金刚石钻头钻具组合取心钻进，分别在340m、360m、380m、400m测斜，纠斜、稳斜效果明显，钻孔顶角稳定、方位变化小，满足要求。

4施工效果

4.1充填孔垂直度

Z1、Z2、Z3、Z4四孔均采用钻铤加压钻进，钻铤采用同径扶正器，保证钻孔垂直度，同时及时测斜，发现超差及时纠斜，所施工4孔孔斜、孔口及孔底坐标资料见表1。

表1　刘塘坊充填孔轨迹计算结果(均角全距法)

说明：Z坐标指施工地面下垂深，地面为0，向下为负。我方提供的孔底坐标与甲方开挖后所测充填管底坐标误差均小于1m。

4.2下管及固井

刘塘坊充填孔Z1、Z2、Z3、Z4四孔在上部第四系及风化基岩成孔后，及时修孔下入∅273mm套管。∅273mm×6mm套管采用加长外接箍(箍长600mm，箍外径292mm、内径276mm)对口焊接，下管孔口平台保持水平，焊接前吊直后方可焊接；焊接用两台焊机对角同时作业，焊好后上提套管查看上下两根套管垂直度，不合格须割除重焊。下放到位后循环冲孔，同时在池中搅好水泥浆(水灰比0.5～0.55)，采取泵送从管中注入全部水泥浆(理论环空体积乘以充盈系数1.05)，注入定量替浆水，关闭水泥头，待水泥凝固。48h后用∅250mm钻头透孔。

Z1、Z2、Z3、Z4四孔在265～424m基岩地层中采用∅220mm钻头钻进成孔。因充填管接箍外径达194mm，须先扫孔、修孔，试下∅168mm充填管(长48m)，试下不到位，须重新扫孔、修孔，直至充填管下放到位。充填管注水泥浆固井方法同上。

5几点体会

(1)上部第四系及风化基岩采用钻铤加扶正器(与钻头同径)钻导正孔，钻进中及时测斜，每个测斜点须多次复测求得真实孔斜数据，保证上部300m钻孔顶角≤0.5°，这是保证充填孔偏斜率不超标的关键。

(2)∅273mm×6mm套管下放直、正是保证后续施工与充填管顺利下放的关键。

(3)须严格控制钻压在钻铤自重80%以内，Z3钻孔在二开钻进中因钻压过大(超钻铤自重)，追求钻进时效，导致孔斜超差，造成纠斜返工、工期延长、施工成本增加。

(4)下部基岩地层为片麻岩和花岗岩为主的混合岩，钻进中易偏斜，施工中须控制钻进参数，控制顶角增幅在0.5°/30m以内，以便充填管顺利下入。

(5)充填孔钻进到底后，须用四翼或六翼钻头+带扶正器的钻铤+钻杆钻具组合修孔，使钻孔圆正。下管时不论是试下，还是正式下管，必须上紧充填管螺纹，下管要平稳，不可强窜。

(6)基岩地层充填孔宜先用加长满眼钻具钻导正孔，再扩孔钻进，这样保持钻孔垂直度效果更好。

参考文献：

[1]朱恒银,庞计来,漆学忠.矿山充填孔及尾砂充填回采技术的应用于探讨[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2009增刊:354-359.

[2]黄才启.充填钻孔的关键要素与施工技术[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2008(10):66-69.

[3]朱恒银,王强,杨凯华,等.深部岩心钻探技术与管理[M].北京:地质出版社,2014.