钻孔环状间隙的合理选择范文

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《科技创业月刊杂志》2015年第四期

1适应深孔绳索取心金刚石钻进

相关专家建议的钻孔结构见表12。从表12可以看出，简单地层开孔口径Φ122mm，下Φ114mm孔口管，理论环状间隙为4mm，Φ114×6孔口管与Φ96mm口径的环状间隙为3mm，Φ96mm口径与Φ91×4．5套管的环状间隙是2．5mm，与Φ89×5钻杆的环状间隙是3．5mm，Φ91×4．5套管与Φ76mm口径钻头处间隙是3mm，与Φ71×5钻杆的外环间隙是5．5mm。显然，专家推荐的钻孔结构比较合理，深孔绳索取心金刚石钻进应推广采用。为保证套管下管顺利，除提高套管加工精度外，应以地层岩石可钻性级别不同，孔深不同，确定钻孔外环间隙大小，岩性较软，需要环状间隙较大，如下Φ108mm套管，可选Φ113mm、Φ115mm或Φ122mm钻头成孔，商丘虞城一带铁矿磁异常普查钻孔，因覆盖层太厚，需下套管近千米，为保证Φ108mm套管下管顺利，我单位曾选用Φ133mm钻头开孔。不同地层对套管起拔产生影响。详见表13，从表上可看出，下套管是否顺利与套管起拔力大小均受地层因素影响，不同地层对套管外壁单位面积的摩阻力大小不同。施工实践证明，套管深度增加，总摩阻力增加，套管起拔力需增加，下套管时，套管自重可以抵消部分摩阻力。

2应用实例

根据以往施工经验，舞钢矿区一般用四级结构完孔，即开孔Φ130mm，下Φ127mm孔口管，换径Φ113mm口径钻进，下Φ108mm套管，再换Φ97mm口径，下Φ89mm套管，最后换Φ78mm口径至终孔。遇地层简单，也采用三级钻孔结构，即用Φ113mm口径开孔，Φ97mm钻进，Φ78mm终孔。若选用孔径再大，所需管材笨重，成本加大，因此选孔径不能过大，而受终孔口径限制，又不能再小。采用套管系列为Φ108×4．5、Φ89×4．5，创新点是套管连接改传统内接箍为外接箍，以增大套管内通径，由此钻头外径可增大1～2mm，其钻孔外环状间隙调整为2．5mm左右，基本保证钻进过程中泵压不致太高。满足2000m以内孔深，可保证钻机原配套泥浆泵正常应用。

2．1舞钢矿区ZK10808钻孔选择舞钢经山寺矿区ZK10808钻孔，结构见图1，设计孔深1700米，直孔，采用XY－6B钻机，配套BW320泥浆泵，2011年10月3日开钻，应用三级钻孔结构，开孔Φ113mm钻头，覆盖层下Φ108×4．5mm套管，换径Φ97mm，过破碎带后下入Φ89×4．5mm套管，换Φ78口径运用无固相冲洗液钻进，2012年2月12日结钻，历时129天，终孔井深1729．50m，钻孔经地质验收认定为一级钻孔，实践证明，钻孔结构基本合理，钻孔外环间隙增大2mm，1300m以下钻进泵压为4．5－7MPa，施工较顺利。该孔纯钻1274h，铺助时间1220h，机故时间122h，其他480h，日最高进尺为36．2m，全孔平均时效为1．36m／h，平均台效为402．21m／台效。

2．2舞钢铁山矿区ZK20700钻孔设计孔深1150m，采用XY－6B钻机，BW250泥浆泵，2011年10月29日开钻，0~30m用Φ130mm钻头钻进第四系地层，下Φ127×4．5mm井口管后，换Φ113mm口径，至170m钻穿第一不稳定层后，下入Φ108×4．5mm套管，换径Φ96mm钻头，至530m钻穿第二破碎层，下入Φ89×4．5mm技术套管护壁，再换径Φ76mm钻头钻进，694－726m又遇强蚀变代，岩粉较多，改泥浆钻进，因泥浆性能维持不好，调整不及时，泵压较高，2012年1月14日至孔深861m时在蚀变带孔段发生断钻事故，因蚀变带孔段钻孔扩经，钻杆在该孔段找不到断头，经多方法多日处理无效，不得已作了报废处理。挪孔后2012年2月29日再次开钻，2012年8月15日左右结束，结钻孔深1204m。该孔教训是，一是泥浆性能调整不到位，性能差，泵压长期在高位上运转，护壁效果不好；二是钻孔结构不合理，钻孔在350－530m左右鉆遇厚层的混合岩，因石英含量高而强度较硬加之破碎，钻进效率较低，Φ89mm套管被迫提前下入，改变了原定的把Φ89mm套管下至730m左右的初衷，受终孔口径限制，在强蚀变带孔段水泥浆封护多次，待凝与扫孔误时较多，至效率低，成孔周期较长，效益差。

3结论

（1）绳索取心金刚石钻探钻孔外环间隙大小决定深孔施工成败。传统金刚石钻孔外环间隙偏小，不适于深孔钻探施工。使用加大钻头，增加环状间隙，可降低上返速度，降低环空压力损失，从而增加泥浆泵适应孔深。解决了钻孔环状间隙问题，一是可以保证现有配套泥浆泵在1500～2000m孔深段能正常使用，二是保证深孔下套管相对顺利及套管较易起拔（对套管口部外环间隙采取密闭措施）。（2）深孔施工钻孔结构必须优化设计，使用新系列口径与新套管系列比较合理，目前情况下，创新应用传统套管改为内平连接，使用加大钻头，基本适应舞钢矿区整装勘查深部钻孔施工地质需求。

作者：胡延海姚改委袁明文单位：河南省有色金属地质矿产局第六地质大队