尹德戰(zhàn)，余大有，胡 曦

(安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南232052)

0 引言

1 小口徑鉆孔有線隨鉆定向技術(shù)研究

有線隨鉆定向儀器包括定向測(cè)量探管、傳輸電纜、地面絞車及數(shù)字顯示儀等組成。探管由電纜通過絞車，從鉆桿內(nèi)送至無磁鉆鋌并通過定向鍵固定，實(shí)現(xiàn)受控定向鉆進(jìn)。我們經(jīng)過調(diào)研和分析，并進(jìn)行了多輪改進(jìn)，完成了一套電纜與儀器之間的濕接頭的研究與試制，從而形成了一套可在小通孔鉆桿內(nèi)使用的有線隨鉆定向儀。其具體方案為:把測(cè)量探管和傳輸電纜分開，定向測(cè)量探管事先與鉆具連接，隨鉆具下放到預(yù)定深度，電纜連接加重桿和地面信號(hào)上接頭由鉆桿內(nèi)腔下入，與探管頂部的井下信號(hào)下接頭在鉆井液中實(shí)現(xiàn)電氣連接(如圖1所示)和信號(hào)傳輸，完成定向作業(yè)。

圖1 連接部分示意圖

1．1 關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)難點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)將孔底測(cè)斜儀的測(cè)試數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到地表，用以指導(dǎo)地面的定向施工作業(yè)、檢測(cè)定向鉆進(jìn)的實(shí)施效果，必須解決以下關(guān)鍵技術(shù):

(1)與地表連接的信號(hào)傳輸裝置如何在千米深孔內(nèi)沖洗液中實(shí)現(xiàn)電信安全順利對(duì)接;

(2)對(duì)接后兩個(gè)信號(hào)源在10 MPa液柱壓力下、螺桿鉆進(jìn)振動(dòng)和泥漿流動(dòng)等復(fù)雜條件下，如何保證線路連通、絕緣可靠并且信號(hào)正常。

1．2 儀器裝置研究設(shè)計(jì)

1．2．1 井下信號(hào)下接頭

井下信號(hào)下接頭設(shè)計(jì)(如圖2所示)包括:導(dǎo)電針頭、針頭上絕緣套、絕緣尼龍球頭、楔形桿體、外殼導(dǎo)電彈簧等。

圖2 井下信號(hào)下接頭

(1)導(dǎo)電針頭。由于螺桿鉆進(jìn)時(shí)鉆具有較強(qiáng)的振動(dòng)，故要求導(dǎo)電針頭不僅要是導(dǎo)體，而且要有較高的強(qiáng)度和硬度。經(jīng)試驗(yàn)，采用不銹鋼制作針頭部分，針頭的下部覆蓋上一層絕緣體。針頭穿過橡膠時(shí)，針尖部分與軟連接導(dǎo)體接觸，包裹絕緣體部分與橡膠緊密接觸，保證了密封與絕緣。

(2)尼龍球頭。導(dǎo)電針頭從絕緣尼龍?bào)w里穿過。絕緣尼龍球頭體不僅固定針頭，而且使針頭與楔形桿體絕緣。針穿過橡膠時(shí)，地面信號(hào)上接頭利用其配重下壓，使得尼龍球頭部分與橡膠緊密接觸，實(shí)現(xiàn)了二次密封與絕緣。為順利對(duì)接且緊密接觸，絕緣尼龍?bào)w設(shè)計(jì)成球形，和楔形桿體絲扣連接。

(3)楔形桿體。楔形桿體的主要作用是對(duì)地面信號(hào)上接頭起固定和導(dǎo)向作用。在上接頭配重桿的重力作用下，使得兩部分緊密固定，保護(hù)了針頭，楔形桿體下端直接用絲扣與定向儀器連接。

(4)外殼導(dǎo)電彈簧設(shè)。地面信號(hào)上接頭與井下信號(hào)下接頭對(duì)接后，其外殼必須有效連接，否則定向儀器不能工作，故采用壓縮彈簧連接。外殼導(dǎo)電彈簧安裝在楔形桿體底部。

1．2．2 地面信號(hào)上接頭

地面信號(hào)上接頭(如圖3所示)包括:橡膠絕緣密封塞、尼龍絕緣套、軟連接構(gòu)件、橡膠塞外殼、上連接針頭、不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油。

圖3 地面信號(hào)上接頭

(1)橡膠絕緣密封塞。橡膠絕緣密封塞是重要關(guān)鍵部件。橡膠具有良好的彈性，針尖突破橡膠的阻力并穿過橡膠時(shí)，針與橡膠緊密接觸，空氣或水(泥漿)無法從其接觸面通過。在配重桿的壓力下，針尖能穿透并密封。

(2)尼龍絕緣套。尼龍絕緣套的作用是安裝固定軟連接構(gòu)件，同時(shí)使得軟連接構(gòu)件與外殼絕緣。

(3)軟連接構(gòu)件。軟連接構(gòu)件包括一簇細(xì)銅絲、石墨粉。采用的銅絲，單根銅絲的直徑為0．2 mm，一簇細(xì)銅絲靠近橡膠絕緣密封塞一端涂抹約3 mm厚的石墨粉以及細(xì)銅絲間隙充填石墨粉。石墨粉是很好的非金屬導(dǎo)電物質(zhì)，還具有潤滑性、耐高溫、導(dǎo)熱等性能。

(4)外殼。地面信號(hào)上接頭(包括配重桿)必須從鉆具內(nèi)孔通過，充分考慮50、60 mm鉆桿及接頭內(nèi)徑，其外殼外徑設(shè)計(jì)為22 mm。

(5)上針頭。上針頭沒有什么特別的要求，其作用是連接銅絲與地面信號(hào)傳輸電纜，保證信號(hào)的聯(lián)通。

(6)不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油的選擇。在橡膠絕緣密封塞下部裝入約20 mm厚的不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油，導(dǎo)電針頭穿透橡膠塞時(shí)，黃油隔離開了針尖和外殼，實(shí)現(xiàn)三次密封與絕緣。選擇大于60℃的耐高溫潤滑劑黃油，稠度等級(jí)為1的粘稠狀膠體黃油，不流淌。

1．2．3 引導(dǎo)管及配重桿

(1)引導(dǎo)管設(shè)計(jì)。為保證順利對(duì)接，在井下信號(hào)下接頭上安裝引導(dǎo)管。引導(dǎo)管上端擴(kuò)成“喇叭”口，下端車扣與楔形桿體連接，使地面信號(hào)上接頭順利的進(jìn)入。為防止堵水以及泥漿中的砂子淤埋井下信號(hào)接頭上的針頭，引導(dǎo)管外壁開槽和鉆眼。同時(shí)也為地面信號(hào)上接頭進(jìn)入時(shí)暢通排漿。上端“喇叭”口最大外徑等于或略小于無磁鉆鋌內(nèi)徑。

(2)配重桿設(shè)計(jì)。配重桿連接于地面信號(hào)上接頭之上，其上連接電纜，外徑和地面信號(hào)上接頭外徑相同，其質(zhì)量為針尖穿過橡膠所需壓力的基礎(chǔ)上增加3～5 kg重。一是保證了針尖與銅絲的接觸，二是保證了尼龍球頭與橡膠絕緣密封塞緊密接觸。

1．2．4 組裝說明

(1)不銹鋼針尖與尼龍球頭之間間隙用101(或502等)膠固定;尼龍球頭中心孔兩端打適當(dāng)?shù)膬?nèi)坡口，抹上AB膠，加強(qiáng)針頭固定效果。

(2)橡膠絕緣密封塞外殼與尼龍?zhí)淄鈿ぶg絲扣連接時(shí)必須涂抹密封膠，以防進(jìn)水。

(3)橡膠絕緣密封塞利用絲扣的壓力壓緊，但壓力≯90 N。可通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整絲扣的長度來實(shí)現(xiàn)。

(4)從橡膠絕緣密封塞底部加入的厚度20 mm的不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油，當(dāng)尼龍球頭與橡膠絕緣密封塞充分接觸后，不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油呈環(huán)形，充填在空隙，起到絕緣封閉作用。

(5)實(shí)際上在不導(dǎo)電機(jī)械潤滑黃油下部還存在一定厚度的壓縮空氣，更進(jìn)一步起到絕緣封閉作用。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用實(shí)例

2．1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2014年6月20日，在國投新集楊村煤礦DF33斷層地面探測(cè)及注漿工程XT－1孔進(jìn)行試驗(yàn)，將95 mm螺桿、105 mm無磁鉆鋌連接好井下信號(hào)下接頭的定向測(cè)量探管組裝連接后，隨同60 mm鉆桿一同下入孔深520 m處，然后將地面信號(hào)上接頭組裝好，用電纜從60 mm鉆桿內(nèi)下入，到位后順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)接，并且定向儀器信號(hào)反應(yīng)正常。拉起放下6次，儀器信號(hào)依然正常。開泵使螺桿鉆具工作，此時(shí)能明顯感覺鉆具的跳動(dòng)，泥漿泵持續(xù)工作40 min，儀器顯示無任何異常。

2．2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

(1)國投新集楊村煤礦DF33斷層地面探測(cè)及注漿工程XT－1孔原設(shè)計(jì)地面位置因有建筑物，無法安裝施工設(shè)備，故將孔位移動(dòng)22 m，為此需要實(shí)施定向鉆進(jìn)對(duì)目的層進(jìn)行勘查。鉆孔造斜段為570～770 m，采用 7LZ95DW7．0，1．25°螺桿鉆具，造斜方位267°，因采用的60 mm鉆桿，其最小內(nèi)徑30～34 mm，YST－25型有線隨鉆儀從鉆桿內(nèi)無法下入。2014年8月15日—9月8日，采用小直徑電纜濕接頭對(duì)接的方法順利地完成了該孔的定向鉆進(jìn)作業(yè)任務(wù)，期間對(duì)電纜濕接頭進(jìn)行4次的投放對(duì)接，每次均獲得成功，且施工中未出現(xiàn)信號(hào)中斷和數(shù)據(jù)失常等現(xiàn)象。

(2)國投新集蓮塘李井田煤炭勘探24－12孔揭露為推覆系統(tǒng)內(nèi)地層，煤層及構(gòu)造不十分明確。增補(bǔ)附屬定向斜孔24－12X，設(shè)計(jì)孔深740 m，直孔段300 m，開始造斜至550 m，方位角182°、頂角35°，造斜段后全取心鉆進(jìn)至終孔。造斜段采用小直徑電纜濕接頭對(duì)接的方法施工。鉆具組合:95 mm全面鉆頭+5LZ73DW7．0螺桿+85 mm無磁鉆鋌(1～2根)+50 mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿+隨鉆通纜水龍頭。配320 L/min泥漿泵。

2014年10月24日—11月12日完成了定向造斜工作，2015年1月20日鉆孔全部完工。經(jīng)高精度JJX－3型測(cè)斜儀終孔測(cè)井校驗(yàn)，數(shù)據(jù)基本吻合(見表1)。

3 結(jié)語

(1)小直徑電纜濕接頭是濕接頭測(cè)量技術(shù)在小口徑地質(zhì)勘探孔中的創(chuàng)新應(yīng)用，解決了隨鉆定向儀器無法從小通孔鉆桿內(nèi)腔下入及在鉆井液中實(shí)現(xiàn)電信號(hào)可靠連接的技術(shù)難題，與傳統(tǒng)小口徑單點(diǎn)定向比具有:定向精度高、可靠性好，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。無需更換大直徑鉆具就可實(shí)現(xiàn)隨鉆受控定向鉆進(jìn)，降低了施工成本，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

表1 24－12X孔實(shí)際定向與終孔測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比

(2)操作方便，易于推廣應(yīng)用。

(3)可安全實(shí)現(xiàn)連續(xù)定向，實(shí)時(shí)監(jiān)控，更方便單點(diǎn)定向測(cè)量操作。

［1］ 趙金洲，張桂林．鉆井工程技術(shù)手冊(cè)［M］．北京:中國石化出版社，2005．

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