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        TMC-90鉆機在神東布爾臺煤礦貫通孔施工中的應(yīng)用

        2018-12-22 07:19:50楊衛(wèi)平吳德山崔春蘭
        地質(zhì)裝備 2018年6期
        關(guān)鍵詞:水泥砂漿鉆具鉆桿

        楊衛(wèi)平,吳德山,崔春蘭

        (神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司,北京 102209)

        1 項目概況

        1.1 項目來源

        神東煤炭集團布爾臺煤礦為神東集團重點礦井之一,為滿足生產(chǎn)輸電需要,布爾臺煤礦擬在三盤區(qū)1-2上主運大巷與輔運大巷之間的新掘電纜措施巷范圍內(nèi)施工1-4號電纜鉆孔。神東煤炭集團根據(jù)工程部署先委托神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司對1號電纜孔進行工程設(shè)計并組織施工。

        項目名稱:神東煤炭集團布爾臺煤礦明安木獨風(fēng)井場地1#電纜鉆孔工程。項目地點:內(nèi)蒙古伊旗烏蘭木倫鎮(zhèn)明安木獨村。

        1.2 工程量及要求

        1.2.1 主要工程量

        (1)套管及鉆機選用

        表層護管?425 mm×8 mm×9.9 m螺旋焊管;生產(chǎn)套管為無縫鋼管?219 mm×7 mm×329.85 m;使用設(shè)備為TMC-90型鉆機。

        (2)鉆探工程

        一開采用直徑215.9 mm鉆頭鉆先導(dǎo)孔,后用直徑550 mm鉆頭擴孔至9.8 m;二開先采用直徑215.9 mm鉆頭打先導(dǎo)孔施工至貫通巷道,后用直徑375 mm反提擴孔鉆頭擴孔,深度9.80~328.85 m。

        (3)上下井口安裝作業(yè)

        鉆孔井口為1 m×1 m×20 mm鋼板1塊,預(yù)埋螺栓M20×630 mm 4套,20 mm肋板4塊;鉆孔井下托盤為1 m×1 m×10 mm鋼板1塊,4塊300 mm×300 mm×12 mm四角托盤,17.8×8000 mm錨索4套。

        (4)下管作業(yè)

        直徑425 mm表層套管、直徑219 mm無縫鋼管采用電焊連接,要求密實、不滲水、不漏水。

        (5)固井作業(yè)

        固井水泥砂漿強度為M10,環(huán)空灌注水泥砂漿(保證施工連續(xù)性);混凝土基礎(chǔ)墩混凝土強度為C25。

        1.2.2 工期要求

        工期約定每個孔從開鉆之日算起,累計施工時間20天。

        2 施工區(qū)地質(zhì)條件

        2.1 地質(zhì)

        2.1.1 地層(見表1)

        表1 鉆孔鉆遇地層表

        鉆孔表層為第四系土層所覆蓋。據(jù)BK58號鉆探揭露及地質(zhì)填圖資料,預(yù)測鉆孔地層由老到新有:侏羅系下統(tǒng)延安組(J1-2y);侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z);侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a);白堊系下統(tǒng)志丹群(K2z);第四系。

        2.1.2 構(gòu)造

        孔位位于較平緩的背斜一翼,地層傾角<4°,未發(fā)現(xiàn)巖漿侵入。

        2.1.3 煤層

        該鉆孔鉆遇煤層主要為12上,該煤層為三盤區(qū)主采煤層,平均厚度2 m,頂板以上有無編號的幾層薄煤層。

        2.2 施工區(qū)水文地質(zhì)

        2.2.1 地形地貌及地表溝系

        鉆孔及周邊區(qū)域地形起伏較緩,其北部為干涸地表溝系,無積水。

        2.2.2 含水層

        鉆孔含水層主要表現(xiàn)為第四系松散層含水層和中生界碎屑巖類裂隙含水層。

        3 技術(shù)要求

        3.1 地質(zhì)技術(shù)要求

        3.1.1 鉆井性質(zhì)

        電纜孔(貫通孔),設(shè)計井深為328.85 m。

        3.1.2 終止層位

        鉆孔終止層位延安組,標(biāo)高為+1007.00。

        3.1.3 井斜要求

        鉆孔施工中要求每鉆進20 m及達到終止井深時各測斜1次,確保井身的垂直度達到設(shè)計要求,終孔時井身最大偏移不能影響下生產(chǎn)套管后安裝止水托盤。終孔測斜后要計算出井底的方位和坐標(biāo)。

        3.2 工程技術(shù)要求

        3.2.1 鉆探工程

        (1)首先施工直徑215.9 mm先導(dǎo)孔;

        (2)本孔為電纜孔,與巷道貫通,嚴格控制孔斜,鉆孔終孔最大水平位移不超過1 m;

        (3)0~9.8 m孔段:鉆孔孔徑550 mm,下入?425 mm×8 mm表層套管9.9 m,并用強度為M10的水泥砂漿固井;

        (4)9.80~328.85 m孔段:鉆孔孔徑375 mm;施工至終孔層位貫通后,全孔下入?219 mm×7 mm無縫管329.85 m,并用強度為M10的水泥砂漿固井。

        3.2.2 鉆探設(shè)備配套

        本項目采用TMC-90型全液壓鉆機及配套鉆桿;配備單點測斜儀;采用直徑127 mm鉆桿,并配備足夠數(shù)量的鉆鋌;使用阿特拉斯QAS325發(fā)電機組。

        3.2.3 鉆孔結(jié)構(gòu)與套管結(jié)構(gòu)

        鉆孔結(jié)構(gòu)與套管結(jié)構(gòu)見表2。

        表2 鉆孔井身結(jié)構(gòu)參數(shù)表

        4 施工流程及設(shè)備

        4.1 施工流程

        施工流程見圖1。

        圖1 施工流程圖

        4.2 設(shè)備選擇

        工程擬投入的主要施工設(shè)備和儀器詳見表3。

        表3 施工主要設(shè)備一覽表

        4.3 施工現(xiàn)場布置

        施工現(xiàn)場布置見圖2。

        圖2 施工現(xiàn)場布置圖

        5 施工工藝

        5.1 鉆進工藝

        5.1.1 鉆進方法

        為保證鉆孔垂直度,本工程采用“塔式鉆具吊打防斜工藝”鉆進。上部松散層及全風(fēng)化基巖段采用“一開二(次)擴導(dǎo)向正循環(huán)施工工藝”,穩(wěn)定基巖段采用“二開一(次)反提導(dǎo)向擴孔施工工藝”。

        5.1.2 鉆具組合

        (1)松散層及全風(fēng)化基巖段

        一開鉆具組合:?215.9 mm鉆頭+接頭+?178 mm無磁鉆鋌+?178 mm鉆鋌+接頭+?159 mm鉆鋌+接頭+?127 mm鉆桿;一開一擴鉆具組合:?375 mm導(dǎo)向正循環(huán)擴孔鉆頭+接頭+?178 mm 鉆鋌+接頭+?159 mm鉆鋌+接頭+?127 mm鉆桿;一開二擴鉆具組合:?550 mm導(dǎo)向正循環(huán)擴孔鉆頭+接頭+?178 mm鉆鋌+接頭+?159 mm鉆鋌+接頭+?127 mm鉆桿。

        (2)穩(wěn)定基巖段

        二開鉆具組合:?215.9 mm鉆頭+接頭+?178 mm無磁鉆鋌+?178 mm鉆鋌+接頭+?159 mm鉆鋌+接頭+?127 mm鉆桿;二開一擴鉆具組合:?375 mm反提擴孔鉆頭+接頭+?127 mm鉆桿。

        5.1.3 鉆頭選擇

        導(dǎo)向孔采用?215.9 mm PDC鉆頭,擴孔采用導(dǎo)向牙輪組合鉆頭擴孔。

        5.1.4 鉆進參數(shù)

        為了保證鉆進安全,提高鉆進效率和防止孔斜,根據(jù)孔深、孔徑和巖性,綜合選擇鉆進參數(shù)。

        (1)小徑導(dǎo)向孔鉆進

        小徑導(dǎo)向孔鉆進參數(shù)見表4。

        表4 小徑導(dǎo)向孔鉆進參數(shù)表

        (2)大口徑擴孔鉆進

        大口徑導(dǎo)向擴孔鉆進參數(shù)見表5。

        表5 大口徑擴孔鉆進參數(shù)表

        5.2 泥漿工藝

        根據(jù)該地區(qū)的地層特點,地層泥巖和砂巖較多且膠結(jié)不好,鉆開后地層穩(wěn)定性差,地層破碎易發(fā)生坍塌,對泥漿的護壁、攜砂能力提出較高要求。在保證泥漿較好流型的前提下,應(yīng)提高剪切稀釋性能,提高攜砂能力;在施工過程中采用大排量的泥漿泵,提高泥漿環(huán)空上返速度,保證井底干凈。施工大口徑鉆孔,好的泥漿性能,才能保證鉆進及成井安全(見表6)。

        表6 泥漿性能參數(shù)表

        在施工中要嚴格控制泥漿的黏度、密度、濾失量、含砂量及pH,在泥漿的調(diào)配中要適量加入部分降濾失劑和護壁劑,以確保施工的順利進行和下套管的一次性成功。松散層的泥漿配方見表7。

        表7 松散層泥漿配方表材

        基巖一般選用雙聚低固相泥漿,具有除砂好、流變性好、配制簡單的特點,泥皮薄而堅韌,可防止地層垮塌。

        5.3 固井工藝

        使用強度為M10的水泥砂漿注入套管外環(huán)空。

        5.3.1 水泥漿設(shè)計

        水泥漿配方為強度為M10的水泥砂漿,并適量加入速凝劑或早強劑。

        5.3.2 套管底部止水

        下完直徑219 mm生產(chǎn)套管后,安裝底部止水托盤,填充止水材料,上提套管,封堵底部縫隙。

        5.3.3 灌漿

        套管環(huán)狀空隙灌注水泥砂漿至返出地面。

        5.4 反提擴孔技術(shù)措施

        5.4.1 鉆井技術(shù)措施

        反提擴孔鉆進時,鉆頭反裝,從巷道頂板開始從下往上擴孔,發(fā)現(xiàn)排渣不暢、鉆頭激烈晃動、壓力不穩(wěn)、鉆進困難時,可能是大掉塊落在刀盤上磨擠刀具所致,此時將刀具下放一定距離,多次高速旋轉(zhuǎn),將掉塊甩掉,若無效果時,把鉆頭下放到底進行處理。

        5.4.2 反提擴孔冷卻鉆頭方法

        因鉆孔與巷道貫通,無法建立循環(huán),間斷從孔口注入少量清水,達到冷卻鉆頭目的即可。

        6 結(jié)語

        TMC90型高端多功能鉆機,為全液壓、頂驅(qū)式高速成孔車裝鉆機,采用伸縮桅桿技術(shù),可滿足泥漿、空氣、泡沫鉆進工藝要求,可鉆煤礦垂直貫通孔,能解決點對點準(zhǔn)確貫通的難題;自動化程度高,提高了鉆探效率,減輕了工人的勞動強度;液壓系統(tǒng)可靠,故障率低;配備10×10全驅(qū)重型軍工越野底盤車,越障能力強,適用于礦山救援、煤礦貫通孔施工;施工周期短,經(jīng)濟效益好。

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