[建筑]鄆城風井鉆井法鑿井快速施工分析

1、.鄆城風井鉆井法鑿井快速施工分析蔡 鑫（中煤礦山建設集團有限責任公司 鉆井工程處）摘 要：通過鄆城風井鉆井法鑿井施工情況介紹，對加快施工速度的各種因素進行了認真地分析，提煉出了提高鉆井法施工成井速度應采取的一些措施，以供以后施工時參考。關鍵詞：鉆井法鑿井鉆進速度豎井鉆機*;1概況鄆城煤礦為設計生產能力2.4Mt/a的大型礦井。其中央風井采用鉆井法鑿井，由中煤特殊鑿井集團公司采用AS-9/500豎井鉆機施工。井筒設計井深921.9m，鉆井深度為565.6m，設計凈徑為6.0m。自2006年1月20日正式開鉆到2007年5月8日完成充填固井，總施工工期15.6月，平均月成井36.25m，偏斜率0.

2、154，有效圓直徑5.912m，井壁預制質量和壁后充填質量均達到或超過設計要求。1.1地質條件中央風井所穿過的第四系沖積層厚533.39m，基巖厚32.21m。沖積層主要由粘土、砂質粘土及砂組成。其中粘土層普遍較厚，粘性好，呈硬塑性，含鈣質，遇水膨脹，自然造漿能力強，鉆進時易泥包鉆頭和縮徑。基巖段主要由砂巖和泥巖構成，上部風化嚴重。1.2鉆井設計方案及鉆進情況原設計鉆井方案為1級超前，2級擴孔。超前鉆孔直徑為4.0m，第1級擴孔為7.8m，2級擴孔為9.0m。當第1級超前孔4.0m完成后，進行7.8m擴孔鉆進，但當鉆至324.24m時進尺較為緩慢，且掏孔次數頻繁，嚴重影響鉆進速度，經研究改為6

3、.1m鉆進。最后用9.0m鉆頭擴孔。該井自2006年1月20日開鉆至2007年3月17日鉆進工作全部結束，總鉆進時間421天，平均鉆進速度為40.3m/月。2影響施工速度的主要因素在鉆井法鑿井施工過程中，鉆進的速度是影響施工速度的主要因素：2.1科學合理的鉆進工藝改進前1級超前，2級擴孔，其破巖面積分別是12.56，35.2和15.83m2；改進后2級擴孔的破巖面積分別為16.66和34.4m2。通過改進前后對比，我們只是調整了擴孔的破巖面積，但對鉆井速度的影響卻非常大。就其原因分析，改進前，一級擴孔破巖面積為超前鉆的2.8倍，鉆碴在小孔內很快就填滿了。而改進后，一級擴孔破巖面積僅為超前鉆的1

4、.3倍，二級擴孔破巖面積為前兩級鉆孔破巖面積的1.17倍。由此可見，改進后的分級方案更科學合理。因此，科學合理的鉆進工藝是影響鉆進速度的一個重要原因。2.2設備AS-9/500豎井鉆機使用的控制系統是改造后的由西門子公司生產的直流調速系統，實現了從模擬到全數字質的飛躍，可靠性大大提高了。故障率低，機械效率高，維修時間和輔助時間少加，從而提高了平均鉆速。除此之外，我們還對該鉆機的水龍頭、轉盤，絞車進行了改造，加大了提升力和扭矩。3施工中采取的措施為加快施工速度，除按常規(guī)工藝施工外，我們還采取了一些改進措施。3.1鉆進施工措施：3.1.1鉆井參數優(yōu)化選擇：（1）、轉速：一般控制鉆頭外沿切線速度為原

5、則，國際：線=0.671.83， m/s；國內：線=0.91.308， m/s； 線極=2.355， m/s。轉速計算按下式： rpm/s；其中，n值計算如表1所示。表 1 各級鉆頭轉速計算表 鉆頭級別鉆頭直徑最高轉速建議轉速4.0011.156.166.106.333.59.05.172.86高轉速會對洗井、鉆進有一定好處，但是其巨大的轉動慣量，一旦受阻，很易扭斷鉆桿。（2）、 鉆壓：鉆壓按下式計算：, KN；其中K刀刃重復系數，一般中硬巖取1.42.0；超前孔取1.5；擴孔一取2；擴孔二取3。式中：Rr 鉆井半徑差，m；井底角，超前鉆頭為平底，=0º，cos=1；擴孔鉆頭=15o

6、，cos=0.9659；q刀刃單位長度上的鉆壓值，對=8巖石，q=300 kg/cm。鉆壓按泥漿中鉆頭重量的60%計算，見表2。表2：鉆壓取值表 鉆頭級別鉆頭直徑m空氣中重量t泥漿中重量t鉆壓值KN4.00160135.8815.06.10150127.5765.09.0150127.5765.0特別是在鉆進軟硬交接帶時，鉆壓應再降5060%，以保持垂直度。3.1.2、洗井參數優(yōu)化選擇。（1）、洗井液（泥漿）流量：，m3/h最大破巖面積：S=0.7854×9.02=63.62， m2；鉆進最高速度：Vmax=0.9， m/ h；攜矸率：暫按=4%計；Q=63.62×0.9/

7、0.04=1431.35， m3/h。巖屑上升臨界速度： ， cm/s；式中 K1-系數，K1=3850，取50；r1-巖石密度，取2.6 ， g/cm3；r泥漿密度，取1.3 ， g/cm3；d巖屑粒徑，cm； 計算結果見表3 。 表3 巖屑上升臨界速度 巖屑徑cm臨界速度V1/ms10.520.7074161.22581.414101.581151.9362020236403.162鉆桿內泥漿實際上升速度。， m/s；式中: Q泥漿循環(huán)量，Q=1337.6 m3/h；S鉆桿內截面積，S=0.7854×0.3662=0.1052 m2；V2=1337.6/（0.1052×

8、3600）=3.53 m/s。V2在舉升巖屑直徑50cm以內均允許。只是鉆桿內徑所限沒有必要了。揚程低時，可適當少開壓風機。（2）、 所需最大供風量：，m3/min；Q=1337.6 m3；風漿比：(正常鉆進時)， m3/m3；式中:K1系數，K1=2.17+0.016×18.5=2.46；r泥漿密度，r=1.3 g/cm3；h揚程，h =18.5 m；H0風管理深，m；P供風壓力，MPa；P管路損失，P=3 kg/cm2；H0=(15-3/1.3)×10=92.3 m；H實=13.5 kg/cm2；V0=2.46×1.3×18.5/23lg(1.3&#

9、215;13.×10+10)/10 =59.3073/29.1719=2.033 m3/m3；總供風量：V總=1337。6×2.033/60=45.32 m/min；(3)、泥漿調控工藝開孔鉆進時，配制高粘土和適量化學藥劑，防止塌孔。正常鉆進時，采用化學藥劑處理泥漿，提高其性能，增強護壁效果。降低含砂率，利用沉淀池靠重力作用沉降粒徑較大的巖屑；增加振動除砂裝置，使泥漿保持良好的性能參數。用旋流器排除較小巖屑；進而用三聚磷酸鈉絮凝沉降較細小巖屑及粉砂。降低失水量：若泥漿粘度超過24s，先加水稀釋至24 s以下（失水量可能會升高，但泥皮已形成，不會造成太大危害）再加CMC，把失

10、水量降下來。深井泥漿參數控制原則：以控制失水量、放寬密度值為手段，以形成孔壁內側液柱壓力大于孔壁外側的液柱壓力，泥漿密度值即P1=1.3(Kg/cm3)>實測地壓值P2=1.1(Kg/cm3)。也大于井壁設計時采用的側壓值P3=1.2(Kg/cm3)，所以井壁是安全的。 龍固礦井鉆井泥漿護壁的成功經驗，為鄆城煤礦采用鉆井法鑿井提供了保證條件。但是，在借鑒經驗的同時，還應積極試驗與探索，不斷創(chuàng)造與積累新的技術經驗，解決好鉆井泥漿遇到的新問題。3.1.3防偏措施每級鉆頭在鉆進前均保證其自由狀態(tài)下對準轉盤中心，其偏差控制在5mm以內。各級鉆孔所使用的鉆壓均小于鉆頭在泥漿中重量的60%。在各地層

11、交接帶和風化帶鉆進時，鉆壓在原有的基礎上再適當減小5-10T。采用SKD型超聲波測井儀，對各級鉆孔的垂直度和井徑進行及時的測量，以便及時采取糾偏措施，并繪制鉆孔偏斜圖和有效斷面圖。3.1.4鉆孔縮徑防治措施在鉆進通過膨脹地層時，因這些地層遇水后體積要膨脹，極易使鉆孔產生縮徑，導致鉆具無法起升，為防止此事故發(fā)生，我們采取以下措施：(1)、調制優(yōu)質的泥漿進行護壁。（2）根據地層膨脹狀況，我們定期起鉆檢查，以防因鉆孔縮徑卡住鉆頭。（3）布置兩把反向刀具，一旦出現縮徑卡鉆時，可用反向刀具切削縮徑面。3.1.5泥包鉆頭防治措施（1）、改進鉆頭結構，優(yōu)化刀具布置方式。（2）、在粘土層鉆進時，適當控制鉆壓，

12、提高轉速，減少進給速度。（3）、盡量加大泥漿的沖洗量 。（4）、每次下鉆時鉆頭在距井底1.01.5m時進行掃孔后緩慢進入工作面。3.2井壁施工措施：在井壁施工中，我們?yōu)榧涌焓┕に俣龋饕扇×艘韵聨醉棿胧?.2.1 采用鋼制組合模板，加快了模板安裝速度，提高了井壁的外觀質量。3.2.2 采用泵送混凝土，加快了井壁預制速度，減輕了工人的勞動強度。3.2.3 安裝三臺門吊，其中兩臺用于井壁施工，一臺80t門吊專門用于井壁法蘭盤和鋼板筒加工，一臺200t門吊專門用于井壁施工，這樣減少了與鉆井交叉作業(yè)的時間，提高了井壁施工速度。3.2.4 為確保井壁制作不受混凝土冬季施工技術的影響，我們制作了養(yǎng)護井

13、壁用的保溫罩，并安裝了蒸汽鍋爐用于養(yǎng)護井壁及加熱混凝土拌合水。在冬季成功地進行了高標號井壁制作，確保了井壁預制質量和整個鉆井工期。3.2.5在預制井壁施工中采用了混凝土攪拌站及混凝土輸送泵施工工藝，大大縮短了井壁制作時間，節(jié)約了人力和材料，同時電腦控制計量使混凝土質量得到了保證。3.2.6預制井壁的混凝土采用高性能混凝土配合比設計。高性能混凝土是在普通混凝土的傳統組分中摻入化學外加劑及礦物外加劑用常規(guī)的混凝土生產工藝配制的。它具用低水膠比，新拌混凝土具用良好的流變特性，不離析，不泌水的特點。在硬化過程中體積穩(wěn)定，水化熱少，溫升低，冷卻時溫度收縮及干燥收縮小。高性能混凝土具用結構致密，抗?jié)B性、抗動融、抗炭化及化學侵蝕能力好的特點。3.2.7以前預制井壁時，經常出現由于外模下部跑漿，致使某些井壁下部出現麻面，俗稱“爛根”，影響井壁外觀質量。采取先澆肥漿鋪底的措施，徹底根除了此現象。3.3下沉井壁和壁后充填施工措施：3.3.1 下沉井壁期間，我們采用了井壁專用吊具，減少了輔助作業(yè)時間，提高了工效。3.3.2 壁后充填采用10個100t散裝水泥罐，并配以螺旋輸送器，減輕了工人的勞動強度，提高了工效。3.3.3 我們改進