楊世杰
(龍煤地質(zhì)勘探有限公司鶴崗地質(zhì)隊,黑龍江 鶴崗 154100)
定向鉆進(jìn)工藝30年代應(yīng)用于石油鉆井,經(jīng)過70多年的發(fā)展,目前已經(jīng)能夠施工大位移、鉆井技術(shù)不斷完善,鉆井技術(shù)不斷完善。2012年我們成功造斜,完成雙鴨山市新安煤礦瓦斯避難硐室救生鉆孔軌跡修正。
定向鉆井是“使井眼在預(yù)定的方向偏轉(zhuǎn),鉆到地下目標(biāo)的科學(xué)和技術(shù)”,定向井技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的工程洞,定向鉆井技術(shù)突飛猛進(jìn),在鉆探施工發(fā)揮著極其重要的作用,尤其是定向鉆井的優(yōu)越性螺絲鉆更明顯,由于工程的需要,2011年,定向鉆探技術(shù)在黑龍江地勘公司得到應(yīng)用。
2011年,雙鴨山地質(zhì)隊承擔(dān)雙鴨山分公司新安煤礦井下救生倉鉆孔施工項目,鉆孔設(shè)計深度為700m,由于礦方失誤,地面坐標(biāo)給定平距偏差8.75m,造成鉆進(jìn)至620m孔深時鉆孔穿透至井下巷道,下部鉆孔無法繼續(xù)施工,已經(jīng)完成的620m鉆孔面臨報廢。
新安煤礦井下救生倉孔定向鉆進(jìn)是首先確定躲開井下已知巷道并留有3米安全距離,并能達(dá)到指定終孔靶點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn),反推造斜起始點(diǎn)坐標(biāo),保證造斜點(diǎn)孔斜度在1.5°~2°之間,盡量減少拐點(diǎn)彎度利于井管下入,鉆孔軌跡設(shè)計是根據(jù)上述要求進(jìn)行的,可抽象為已知空間一直線和直線外一點(diǎn),可確定出空間的一個平面P,如將P平面設(shè)定為造斜工具對稱面,則保持P面不動,鉆孔軌跡必是該平面上的一條曲線。
定向井目的是造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜,首先我們用素水泥(水灰比!:0.55)比重在1.75~1.80之間,素水泥漿泵注由535~450之間,達(dá)到一個細(xì)膩的穩(wěn)定的定向空間,定向工作就在此段素水泥中進(jìn)行,灌注過程要求由泥漿泵注入,配制過程中要求罐罐測其比重,以達(dá)到符合要求才泵注,泵注結(jié)束一周后,我們開始進(jìn)行定向施工。
定向井最重要的方面是高精度傾斜儀(單點(diǎn)光測斜儀)。指導(dǎo)準(zhǔn)確偏斜軌跡。最常用的斜鉆具組合是采用單彎螺桿和動態(tài)電機(jī)組合,用于定向偏轉(zhuǎn)或扭體結(jié)構(gòu)。該總成是用彎曲的次底鉆、一種彈性扭矩力井下鉆具(螺桿鉆具或渦輪)驅(qū)動鉆頭側(cè)邊切割,從原鉆孔軸線上鉆出新的鉆孔偏差,達(dá)到定向扭轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)方位角、定向鉆削的目標(biāo),嚴(yán)格按要求加壓,送鉆要均勻。螺桿鉆具是以泥漿為動力的一種井下工具,其由傳動軸總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成、防掉總成和旁通閥總成五大部分組成。
采用以下鉆具組合∶215.9mm鉆頭+165mm單彎螺桿+158.8mm無磁鉆鋌1+158.8mm鉆鋌3柱+89mm鉆桿。
將螺鉆、非磁性鉆桿和鉆頭組裝在一起,檢查螺桿鉆是否運(yùn)行良好,是否起動和運(yùn)行泵壓力正常。偏轉(zhuǎn)點(diǎn)擊開始于473.8米,1.5度首先介紹了單彎螺桿,S2000鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤的鎖還在鉆探過程中,單彎螺桿固定軸承,旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩方向偏轉(zhuǎn)這個階段需要完成平穩(wěn)緩慢滲透,在每次和鉆桿記下單一彎曲方向,在添加鉆桿之后將是一個單彎螺桿回到原來的方向,因為新安礦巖石硬,偏轉(zhuǎn)點(diǎn)擊形成穩(wěn)定,可可性好的鉆間隔。經(jīng)過近10天的現(xiàn)場操作,我們逐漸進(jìn)入了503米的巖石,524米完全進(jìn)入了巖石。我們的團(tuán)隊成功地完成了這個方向井的施工工作。
定向井最重要的部分是使用高精度傾斜儀(單點(diǎn)攝影測斜儀)來指導(dǎo)精確的偏差軌跡。攝影測斜儀精密薄板和多點(diǎn)攝影測斜儀精度一般0.3°角誤差,方位誤差為0.5°。測斜儀測斜時,鐘擺總是指向重力線的方向,重力和儀器軸線角度是指鐘擺的角度偏離了記錄的投影位置。井的測量擺角位于軸的垂直方向和儀器的軸線(井眼方向線)。井的垂直和水平面的交點(diǎn)是井斜線。在羅盤平面上擺的投影位置與羅盤的N極之間的夾角是井的方向角,如圖1所示。(注∶在礦井中,羅盤方位與實(shí)際位置相反)。
圖1 井下測量儀角度
膠片數(shù)據(jù)的讀取∶圓形膜被清除,在地面上沖洗和閱讀。當(dāng)閱讀角度值時,你應(yīng)該通過垂直的線從同心環(huán)的中心畫一條射線。這個井的角度是從中心到十字架的圓的數(shù)目,方位角是經(jīng)過插入在周邊的半徑線中得到,膠片數(shù)據(jù)的讀取井斜方位角NE48°,井斜角5°。
鉆機(jī)在螺桿鉆鉆進(jìn)中的作用是提下鉆具,控制鉆壓,也可用來固定鉆柱周向轉(zhuǎn)動。①由于螺桿鉆的輸出扭矩有限,要求鉆機(jī)軸向施壓平穩(wěn)均勻,否則將導(dǎo)致螺桿鉆制動,鉆機(jī)應(yīng)具備緩慢均勻的給進(jìn)能力,同時應(yīng)配備一定精度的孔底壓力表。②一旦螺桿鉆在孔內(nèi)制動,要迅速卸除螺桿鉆上的鉆壓,并迅速將鉆具提離孔底,否則將可能破壞馬達(dá)定子,因此要求鉆機(jī)有迅速短距離提升鉆具的能力。③螺桿鉆定向鉆進(jìn)時,鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器與升降機(jī)均不用工作,如鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)與回轉(zhuǎn)器,升降機(jī)動力分置,將大大節(jié)約能耗。
螺桿鉆工作需要較常規(guī)鉆進(jìn)更大泵排量,大排量介質(zhì)在孔內(nèi)循環(huán)必產(chǎn)生較正常鉆進(jìn)大得多的流動損失,介質(zhì)通過螺桿鉆時也會產(chǎn)生較大的壓降,因此,相對于常規(guī)鉆進(jìn)來說,螺桿鉆鉆進(jìn)對泥漿泵有更嚴(yán)格的要求。泥漿泵的額定排量大,額定壓力高。螺桿鉆要求泵送的動力介質(zhì)流動穩(wěn)定,否則就不能正常工作。泵壓是判斷孔內(nèi)狀況的重要參數(shù),必須為泥漿泵配置靈敏度搞、分辨率大的泵壓表。根據(jù)上述要求,我們選用BW-850/5-7泥漿泵,基本可以滿足要求。
所謂造斜件,即是組裝在螺桿鉆上能使鉆頭產(chǎn)生側(cè)向力的器件,我們采用了可調(diào)或造斜件,鎖定造斜角度(2.5°~1.75°之間),當(dāng)上部鉆壓通過鉆柱傳至鉆頭,螺桿鉆工作扭距通過造斜件組合傳給鉆頭,而造斜件角度被鎖定不動,從而完成造斜定向工作。
當(dāng)螺旋鉆是定向鉆時,所有的鉆柱只顯示電機(jī)驅(qū)動軸和旋轉(zhuǎn)鉆頭。的方向總是指向一個給定的鉆頭側(cè)向力,側(cè)向力主要取決于偏轉(zhuǎn)外傾角的大小,在一定偏轉(zhuǎn)回時間,造斜截面抗彎強(qiáng)度可以被看作是一個常數(shù),這兩個決定了鉆孔基本上是一個空間的曲率半徑是一個常數(shù)的平面圓形軌跡。
孔底造斜鉆具的反扭距對安裝角的影響,螺桿鉆反扭轉(zhuǎn)角是定向時必須考慮的一個因素,鉆具的反向扭轉(zhuǎn),是因為開泵時螺桿馬達(dá)定子對鉆柱作用了一個與鉆頭回轉(zhuǎn)方向相反的扭距產(chǎn)生的,因而帶動造斜件朝反時針方向扭轉(zhuǎn)一個角度,從而改變了造斜工具的原來安裝角。
準(zhǔn)備工作。下入螺桿鉆前首先下鉆探明鉆孔下部水泥封孔堅固情況,是否符合造斜所必須的水泥強(qiáng)度。泥漿采用水解聚丙烯酰胺(水解聚丙烯酰胺),在混凝泥、劣質(zhì)粘土、改善泥漿流動性、減少摩擦、提高鉆井速度等方面進(jìn)行鉆屑。性能指標(biāo):粘度18~20S,PH值7~8;密度1.04~1.08,失水量30L/30min;含砂量〈1%。
加重鉆鋌選用?214mm、?178mm、?159mm。
鉆頭:為了便于定向造斜,根據(jù)螺桿鉆和無磁鉆廷直徑,一開、選用?215.9mm三牙輪鉆頭。二開、選用?280mm擴(kuò)孔鉆頭。三開、選用?320mm三牙輪擴(kuò)孔鉆頭。①下入螺旋鉆前,必須確認(rèn)孔內(nèi)干凈,清理循環(huán)系統(tǒng)保證泥漿性能。②檢查高壓管密封和聯(lián)結(jié),檢查泥漿泵工作性能及泵壓表準(zhǔn)確性和靈敏度。③組裝螺桿鉆,設(shè)定偏斜角度,鎖死偏斜鉆具。④螺旋鉆在表面上進(jìn)行了測試,記錄了螺旋鉆的位移、壓力和運(yùn)行情況。⑤下鉆時逐根檢查鉆桿內(nèi)的清潔和暢通情況,防止螺桿鉆轉(zhuǎn)子卡死。⑥將鉆具下到孔底懸高孔底0.1m~0.2m的位置稱重。將泵量調(diào)至螺桿鉆鉆進(jìn)所需檔位,開泵對螺桿鉆進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn),同時記錄泥漿泵的排量及壓力。
應(yīng)用該項技術(shù),2012年我們成功造斜,完成雙鴨山市新安煤礦瓦斯623m進(jìn)尺損失,并使定向鉆進(jìn)工藝得到引進(jìn)。
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