对反井钻机钻井工艺的认识与实践

・技术经验・

文章编号:1003-496X(2002)12-0027-03

对反井钻机钻井工艺的认识与实践

魏献昌1,张宝红2,夏孝明1

(1.兖矿集团鲍店煤矿,山东邹城273513;2.山东科技大学工程学院,山东泰安271021)

摘　要:文章针对钻机钻井工艺中的钻机稳装、钻进控偏和导孔防堵三个比较突出的问题,进行

分析研究,指出了在反井施工中易出现的事故,提出了相应的预防措施与处理方法。关键词:反井钻机;钻井工艺;事故预防处理中图分类号:TD421.3　　　文献标识码:B　　在煤矿井下的反井施工中,由于机械钻井具有劳动强度低、成井质量好、成井速度快、工效高,尤其重要的是人身安全有可靠的保证,因而,反井钻机在煤矿井下反井施工工程中得到了普遍的应用。鲍店煤矿自1987年应用反井钻机施工反井以来,累计施工反井54个,并且反井钻机钻井工艺也得到了不断改进和提高。但在反井钻进作业中,要处理好许多工艺问题,才能使钻井工作顺利进行。这些工艺问题有:钻机稳装、导孔开孔、钻进控偏、导孔防堵、钻头换接、扩孔开孔等等,其中以钻机稳装、钻进控偏与导孔防堵这三个工艺问题比较突出。1　钻机稳装

且要有足够的强度,井字型框架在离扩孔直径的地基上用14根底脚螺栓紧固,螺栓紧固的形式可根据现场岩石(煤)情况而定,但每根螺栓的锚固力不得低于4t,螺栓与井字框架以及井字框架与钻机底脚板的连接必须紧固;基础混凝土厚度不得小于300mm,强度不得低于150#标准的强度。因本钻机没有顶部支撑,钻机的自重及钻机在作业中的反扭矩、反钻压全靠基础承受。基础的施工好坏直接影响成井质量,甚至造成稳装失效,因此,基础的浮渣必须彻底清除干净,浇灌时必须捣固,仔细找平。对于井位是煤层或破碎地层及对井筒偏斜率要求较高的深井,应适当加大基础的面积和厚度。一般可将面积增至3.0m×3.0m,混凝土基础厚度可增至0.8m以上。

(2)稳装注意事项。稳装的好坏,对钻机工作十分重要。钻进时,如果稳装失效,往往会引起钻机偏移,机器振动急剧加大,钻进效率显著降低,严重时损坏钻杆、钻头,损坏钻机各部件以及迫使钻进中断。

鲍店煤矿十多年来的钻井实践中,在钻机的稳装问题上,曾经出现过几起事故,其一是在1304的1#溜煤眼施工中,曾因井位底板是煤层

反井钻机在开钻前,必须将其固定在基础上或钻进峒室中,以承受因钻进而产生的推拉力和扭矩,以防止机器偏移和振动,这种对钻机的固定方法称之为钻机稳装。

鲍店煤矿目前主要应用的反井钻机是ZFYD-1500型反井钻机,该型反井钻机是由ATY-1500反井钻机改造而成。改造后的ZFYD-1500钻机是一种低矮型的反扩式钻机,采用双伸

缩油缸,钻进时工作高度小于2.8m,不用开拓专用峒室。其稳装形式与ATY—1500型反井钻机相同,均为混凝土基础锚杆式。

(1)技术要求。选定钻孔地点后,按主机基础图进行基础施工。该基础必须水平,特别是在基础坑峒上预设的“井字”架的上平面必须水平,而

而基础面积和厚度不够,又在基础不牢的清况下

提前开钻,导致钻进中井架位移,稳装失效;其二是在五采1#区段煤仓的施工中,由于基础混凝土的质量不符合要求,造成基础松动,基础螺栓被拔出,被迫停止钻进进行处理;其三是在10301轨顺的溜煤眼施工中,由于基础螺栓与螺母质量差,施

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②用短钻杆、低轴压、慢钻速开孔,直至第一

根稳定钻杆全部进入导孔后,可酌情加大轴压,提高钻速,在钻进深度超过3m后,再按正常参数钻进;

③导向孔开孔使用导向器;④开钻前短钻杆必须与钻头连接丝扣拧紧;⑤开钻前短钻杆处可安一根稳定器,以后在3m、6m、10m处各安一根稳定器,此后随钻进深度的增加,每钻10m左右加一根稳定器;

⑥在钻进过程中,密切注意岩层的变化,在不均质岩层中钻进应作低轴压钻进;⑦采用刚性大的稳装构件,杜绝因变形引起的偏移;

⑧钻进时,经常检查,及时紧固松动的稳装构件。如果一旦发生了超偏斜,必须进行及时校正,禁止强行蛮干。如果超偏斜不是发生在井口,而又严重影响钻机工作时,应报废已钻的导向孔,另作处理。3　导孔防堵

(1)堵钻原因分析。钻进中当排渣压力水在

工人员又没有很好地检查处理,造成在导向孔钻

进施工中基础螺栓与螺母脱扣,基础井字框架位移稳装失效。针对事故情况,我们采用千斤顶强行控制井架位移,校正钻孔,并在井字框架四角用直径不小于200mm的圆木打上立柱,有效地防止了事故的发展,使得反井施工如期完成。可见,对于钻机的稳装必须给于高度的重视,不得有丝毫的马虎。

实践证明,为了不使稳装失效,必须做好以下工作:第一是安装钻机前的钻机基础准备工作,必须严格按照钻机基础设计施工,混凝土质量符合技术要求,底脚螺栓质量、基础井字框架质量必须在基础施工前作好认真的检查,发现损坏的应及时更换,决不能敷衍凑数;第二,安装时,要按规定将所有紧固件固紧,特别是基础底脚螺栓与基础井字框架及基础井字框架与钻机底脚板上螺栓螺母,一定要逐一检查紧固;第三,钻进工作开始后,当班辅助工要根据钻机的工作状况,经常注意检查关键性紧固件,发现稍有松动,务必及时紧固处理。2　钻机控偏

(1)钻机偏斜概述。在钻进过程中,由于种种

原因造成已钻孔(反井)中心线与钻机主轴轴线相交,或者主机偏移而使这两条线相交,这样钻机便产生了偏斜。如果在钻进中偏斜率(钻导向孔中心线与钻机主轴轴线的斜率)超过了允许值,就产生了超偏斜。

反井钻机在正常情况下和偏斜情况下的工作状态是不相同的。偏斜后,要达到正常钻进速度时,所需要的推拉力及扭矩都大大增加,振动加剧,往往造成钻机机件损坏,钻进工作被迫停止。即使勉强也能钻完导向孔,也会因钻不到预定的地点而增加下部峒室的工程量,甚至为其他井下设施和工作造成麻烦。在此问题上鲍店煤矿也是有深刻的教训的,在4303运顺1#溜煤眼的施工过程中,由于导向孔发生偏斜,透孔偏离了设计位置,扩孔钻头的换接无法进行,被迫在导向孔透孔地点放炮处理。

(2)控偏技术。根据鲍店煤矿的钻井实践,实施以下措施可以有效地预防钻井超偏斜的发生:

①采取有效的稳装;・28・

钻杆水孔、牙轮喷嘴、钻杆与导孔岩壁间环形空间

等处不再流通或循环时,这种情况即为堵钻。

堵钻后,或者岩渣返不上来,或者钻杆不能旋转,即使能钻进也是进尺甚微,钻进工作因而中断,一般情况下,牙轮喷嘴被岩渣堵塞属轻微堵塞,而堵钻严重时,除牙轮喷嘴外,下部钻杆水孔及下部钻孔与孔壁间的环形空间也被堵塞。在此情况下,如果堵塞时间长,细粒岩渣堵满水的通道,并且与钻杆粘接起来,使钻杆难以回转,有时无法升降。

鲍店煤矿在施工1304运输2#溜煤眼时,曾发生堵埋钻事故。该溜煤眼总深度31m,在导向孔施工13m时,由于突然停水,施工人员没能及时发现而继续施工,待发现无水时,施工人员便停止施工并将钻杆提升至井口0.6m,也就是说,三牙轮钻头距井底0.6m,当再次送水开机后,已发现钻机无法旋转,钻杆已无法升降,钻头喷嘴堵塞,已沉积井底的大量岩渣也已无法排出孔外,造成了严重的堵埋钻事故。

从发生堵埋钻事故来看,其原因主要有以下

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就显得困难,因此,当钻孔深度超过20m后,每钻

完一根钻杆,需连续冲井1～3min方可钻进。

③严格遵守操作规程。钻机换接钻杆时,一定要先冲洗,后停钻,再停水,最后卸扣,接入钻杆后,先打开水阀再旋转给进。

(4)堵钻处理。堵钻发生后,应根据不同的情况,采取相应措施进行处理,如果堵钻较轻微时,可以加大冲水量进行冲洗井底,或者在钻机上的水头上再接入一路压风,采取边冲洗边用压风吹动,将进入牙轮喷嘴、钻杆输水孔中的岩渣顺导向孔与井壁环形空间吹出,使孔道疏通,达到排除堵钻的目的。

当堵钻比较严重时,风水搅动已不足以排除事故,必须松开钻杆,将一根长风管顺钻杆输水孔插至被堵塞处的上部,先注水后送风,反复交替,使岩渣逐步排出。此法对50m以内的反井是适合的。

当堵钻非常严重时,往往因岩渣细、粘性大,堵钻时间长,岩渣就会固结,这种情况处理起来就比较麻烦。鲍店煤矿在处理1304运顺2#溜煤眼的堵埋钻事故中,上述方法已不能奏效,被迫采用了TXU—75A钻机进行打小孔的方法,将小孔的透孔位置设计在反井导向孔钻头以下至0.6m的范围,并制定了严格的施工措施,通过该方法施工小孔3个,并分别进行大水量冲孔,才将堵埋钻事故排除。4　结　论

方面:

①排渣供水突然中断,或停水时间过长;②钻机输水管突然爆裂;③水量太少,不足以全部返渣。

当供水突然中断时,钻进时产生的岩渣无法排出孔外,钻孔中正在上返的岩渣也因停水而逐渐沉积孔底,埋住牙轮及部分钻杆,堵住输水通道,造成堵钻。钻进越深,停水时间越长,越易堵钻,其后果也越严重。当水量小时,正常钻进产生的岩渣不能全部清离孔底和排出孔外造成重复破碎,岩渣越磨越细,水砂浓度越来越大。此时,如不增大供水量,就可能导致输水通道阻塞,钻进工作被迫停止,造成严重堵钻。

因此,为了防止堵钻,一方面要保证供水量,使岩渣能顺利而又全部地清离孔底并返出孔外;另一方面,要严格管理供水系统,保证管路及其连接质量,注意按操作规程接通和关闭水源。(2)排渣水量的确定。用三牙轮钻头钻进导向孔时,如果排渣的水量合适,就可清除孔底的岩渣,避免重复破碎,提高钻进速度。同时,也能减少岩渣对钻头的磨损,延长钻头使用寿命,从而降低成本。一般情况下洗井排渣的水压应为0.686～0.98MPa,水流量为30～35m3/h。

(3)为了及时清除钻进中产生的岩渣,保证排渣水量是十分必要的。但除此之外,根据钻进工作的实践,还应采取以下防堵措施:

①严格管理供水系统,注意管路、管路连接及控水阀门的质量,防止管路爆裂,避免供水泄漏。供水管路应尽量少用软管,当使用软管时,应使用钢丝编织的高压胶管,软管接头采用高压快速接头,连接要牢靠;控水阀门开启和关闭要灵活,且不泄漏。当管路爆裂或泄漏时,应及时处理,缩短停水时间。同时,应根据停水时的钻进情况,迅速将钻杆从导向孔中上提或起出1～2根钻杆。供水系统应杜绝无计划停水,计划停水时,应事先通知钻井工作人员,以便做好提前停钻的各项准备。

②增加冲洗排尘的时间。当钻进达到一定深度后,应在每根钻杆卸扣前,视水量情况增加冲洗排渣的时间,此时钻机仍回转,但不给进,以加强搅动而利于排渣。通常,随钻孔深度的增加排渣

对反井钻机钻井工艺的认识与实践,是一个反复的认识实践的过程,只有在反井施工的实践过程中,不断的认识、研究和总结,才能更进一步地提高钻井工艺水平,提高钻井效率和成井率,保证钻井质量,才能更好地服务于矿井生产。

作者简介:魏献昌(1964-),男,山东嘉祥人,1999年毕业于山东矿业学院,现在兖矿集团鲍店煤矿防尘工区工作,一直从事综合防尘、防灭火、井下钻探(钻井)及机电技术的应用与探索,曾先后发表论文5篇。

(收稿日期:2002-03-11;责任编辑:高淑娟)

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