煤矿井下钻探技术.ppt
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煤矿井下钻探技术,2,前言,1、不要昧着良心干活。
2、要考虑他人的安全。
3、杜绝
(1)真的“假孔”
(2)假的“真孔”,3,第一节岩石概念一、岩石概念岩石是一种或一种以上矿物组成的集合体,具有一定的结构、构造特征,是地质作用的产物。
岩石一般具有以下几个特点:
1、大多数岩石是矿物的天然集合体,由一种或多种矿物按一定方式结合而成。
2、岩石具有一定的结构、构造特征。
3、岩石是地球形成发展过程中地质作用的产物。
岩石的化学成分、矿物成分、结构、构造及外形特征等均与地质作用密切相关。
岩石也是构成各种地质构造和地貌的物质基础。
了解岩石的结构与构造特征,有助于分析钻孔钻进岩性、分析目标层位的地质、水文地质及瓦斯地质特征,有利于提前对水害防治及煤与瓦斯突出防治做准备。
第一章地质基础知识,4,第一节岩石概念二、岩石的分类岩石按照成因可以分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。
1、火成岩火成岩,亦称为岩浆岩,是高温熔融状态的岩浆侵入到地壳不同深度或喷出地表冷凝而形成的岩石。
2、沉积岩沉积岩是由早期形成的岩石(母岩,如岩浆岩、沉积岩、变质岩)经过风化、剥蚀、搬运后,在一定地质条件下沉积、固结成岩而形成的新岩石。
煤层是由古代植物的形成可以燃烧的沉积岩层。
沉积岩是煤矿地质研究的主要岩石。
3、变质岩地壳上已形成的岩石(岩浆岩、沉积岩和变质岩),由于高温、高压和外来物质的渗入,而引起其化学成分,结构及构造的改变形成的新岩石。
地球表面的岩石以沉积岩为主,约占地壳面积的75%,海洋底几乎全部为沉积岩覆盖。
地壳较深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。
火成岩占整个地壳体积的64.7%,变质岩占27.4%,沉积岩占7.9%。
虽然三大类岩石在成因和特征上有严格的区分界限,但相互之间存在过渡的关系。
例如在矿井井下火成岩侵入处,存在变质岩与沉积岩之间的渐变过程。
在地球的发展演变过程中,由于地质作用的复杂性、多期性和漫长性,三大类岩石之间可以相互转化的。
第一章地质基础知识,5,第一章地质基础知识,第一节岩石概念三、岩石的硬度岩石的硬度是反映岩石抵抗外部物体压入(侵入)其表面的能力。
硬度与抗压强度有联系,但又有很大区别。
抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力,而硬度则是固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。
因此,硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。
因为回转钻进中,岩石破碎工具在岩石表面移动时,是在局部侵入(可能非常微小)的同时使岩石发生剪切破碎。
工具压入岩石是很难的,而压入后剪切破岩却较容易。
所以我们说,硬度对钻掘工程而言是一个主要力学性能参数。
影响岩石硬度的因素也可分为自然因素和工艺因素两大类:
(1)岩石中石英及其他坚硬矿物或碎屑含量愈多,胶结物的硬度越大,岩石的颗粒越细,结构越致密,则岩石的硬度越大。
而孔隙度高,密度低,裂隙发育的岩石硬度将会降低。
(2)岩石的硬度具有明显的各向异性。
但层理对岩石硬度的影响正好与对岩石强度的影响相反。
垂直于层理方向的硬度值最小,平行于层理的硬度最大,两者之间可相差1.051.8倍。
岩石硬度的各向异性可以很好地解释钻孔弯曲的原因和规律,并可利用这一现象来实施定向钻进。
(3)在各向均匀压缩的条件下,岩石的硬度增加。
在常压下硬度越低的岩石,随着围压增大,其硬度值增长越快。
(4)一般而言,随着加载速度增加,将导致岩石的塑性系数降低,硬度增加。
岩石硬度可分为普氏硬度和摩氏硬度。
系数分为普氏硬度系数和摩氏硬度系数。
6,第一章地质基础知识,第一节岩石概念三、岩石的硬度岩石硬度可分为普氏硬度和摩氏硬度。
系数分为普氏硬度系数和摩氏硬度系数。
1、普氏硬度普氏硬度的大小是用坚固性系数表示,又叫硬度系数,也叫普氏硬度系数f值。
f=R/100式中:
f普氏硬度系数,无因次;R为岩石标准试样的单向极限抗压强度值,kg/cm2。
通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的,如:
(1)极坚固岩石f=1520(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等)
(2)坚硬岩石f=810(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等)(3)中等坚固岩石f=46(如普通砂岩,铁矿等)(4)软岩石f=0.83(如黄土、仅为0.3)矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质,但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。
7,第一节岩石概念三、岩石的硬度2、摩氏硬度摩氏硬度是由德国的矿物学家摩氏(FrederichMohs)首先提出来的,作为评判矿物硬度的标准。
应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕,用测得的划痕的深度分十级来表示硬度。
最软者为滑石,最硬者为金刚石,共有十种矿物,定为十级,分别为:
滑石1(硬度最小),石膏2,方解石3,萤石4,磷灰石5,正长石6,石英7,黄玉8,刚玉9,金刚石10。
硬度值并非绝对硬度值,而是按硬度的顺序表示的值。
莫氏硬度仅为相对硬度,比较粗略。
虽滑石的硬度为1,金刚石为10,刚玉为9,但经显微硬度计测得的绝对硬度,金刚石为滑石的4192倍,刚玉为滑石的442倍。
莫氏硬度应用方便,野外作业时常采用。
第一章地质基础知识,8,第一章地质基础知识,第一节岩石概念四、岩石的钻屑(岩芯粉)特征灰岩砂岩泥岩砂质泥岩与泥质砂岩,9,第二节地质构造一、地质构造的概念地质构造(简称构造)是指在地壳运动的作用下,岩层改变原始的埋藏状态(原始状态一般呈水平或近水平且在一定范围内连续完整)所产生的变形或变位的形迹。
二、地质构造的类型地质构造的表现形式是多种多样的,有简单的,也有复杂的。
就简单的而言,在一定范围(一个井田或一个矿区)内,可归纳为单斜构造、褶皱构造和断裂构造三种基本类型,如“图地质构造类型示意图”。
第一章地质基础知识,10,第一章地质基础知识,第三节岩层产状及其表示方法一、岩层产状要素岩(煤)层的产状是岩(煤)层在空间的产出状态和方位,可用岩层面在空间的方位与水平面的关系确定。
通常以岩(煤)层的走向、倾向和倾角表示,见“图岩层的产状要素”。
岩层产状要素就是用来说明岩层产状的参数。
走向、倾向和倾角称为产状三要素。
11,第一章地质基础知识,第三节岩层产状及其表示方法二、岩层产状要素的测定方法
(一)测量仪器地质罗盘,12,第三节岩层产状及其表示方法三、岩层产状要素的表示方法倾向可只表述方向,而不表述角度。
如岩层倾向南东,倾角为21时,用象限角表述其产状为N25E、SE21(即走向、倾向倾角)或N25E(或25)、21SE(即走向、倾角倾向)。
由于倾向与走向垂直且方位唯一,已知倾向就可以计算出走向。
因此,一般情况下只表述岩层的倾向和倾角,表述方法为“倾向倾角”,上述岩层产状一般表述为11521(或SE6521)。
第一章地质基础知识,13,第一章地质基础知识,第四节煤层底板等高线图一、煤层底板等高线及煤层底板等高线图煤层底板等高线是在勘探及矿井生产中,根据钻孔孔口标高及煤层深度计算或通过井上、下测量获得的煤层底板标高相等的点的连线。
煤层底板等高线图是将不同标高的煤层底板等高线按相等的标高差垂直投影到水平面上,并按照一定的比例尺绘制剖面图,比例尺范围一般1:
:
10001:
10000。
二、不同构造在煤层底板等高线图中的表现形式,14,第一章地质基础知识,第四节煤层底板等高线图二、不同构造在煤层底板等高线图中的表现形式,15,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识一、钻孔要素
(一)钻孔三要素井下钻孔参数主要有三个:
钻孔方位,钻孔倾角及钻孔深度,钻孔参数的表示方法为:
钻孔编号、钻孔方位、钻孔倾角及钻孔孔深的组合,如“图钻孔参数示意图”所示(由于钻孔布置平面图中方位一定,往往仅标明钻孔倾角与孔深两个要素),其次还有钻孔孔径等。
钻孔设计中必须明确钻孔的三个参数,井下现场施工中才能根据设计进行钻孔参数的标定及施工工作。
(二)钻孔其它参数1、孔口位置在井下进行重要钻探工程时,往往需要设计钻孔孔口(开孔)坐标,甚至钻孔终孔坐标(以X表示经线,Y表示纬线,Z表示海拔标高),以反映了钻孔开始位置以及终止位置。
对于矿井井下大量施工的钻孔,往往只标明钻孔的位置,如1#钻孔孔口位于某某巷道下顺槽5#测量点前21m迎头,距离左帮1.5m,距离顶板1.6m。
2、钻孔孔径钻孔设计中应注明钻孔孔径,钻孔孔径主要根据钻头规格确定,从小到大为75mm、91mm、110mm、130mm、150mm、170mm。
16,第二章井下钻孔,17,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识二、垂直投影法绘制钻孔垂直、水平平面图垂直投影是平面制图采用的一种几何投影方式,将空间钻孔沿铅垂线投影到水平面上,得到钻孔在水平面上的平面位置,构成水平面上的相应平面图形。
平面图形中钻孔投影较空间倾斜钻孔长度小,水平钻孔投影后与平面图中的大小一致。
垂直投影绘制图形的基本方法为,由钻孔开口点和终孔点向水平面(垂直面)作垂线,垂直于水平面,连接两点,即可得到钻孔的平面图形,如“图垂直投影法绘制钻孔竖直、水平平面图”所示。
18,第二章井下钻孔,第一节井下钻孔基础知识,19,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(一)钻孔方位设计
(二)钻孔倾角计算1、三角函数(配合作图)法
(1)垂直煤层走向钻孔的倾角、孔深计算1)顺层施工钻孔倾角计算顺层施工的钻孔倾角与地层倾角一致。
2)穿层施工钻孔倾角计算垂直于煤层走向的钻孔倾角、孔深H分布按下式计算,各参数如“图垂直煤层走向钻孔倾角、孔深计算参数图”所示。
20,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算,21,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算1、三角函数(配合作图)法
(2)斜交煤层走向钻孔倾角、孔深计算图斜交煤层走向的钻孔倾角、孔深H分别按下式计算,各参数如“图斜交煤层走向钻孔倾角、孔深计算参数图”所示。
22,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定一、钻孔要素确定
(二)钻孔倾角计算2、高差长度计算法在煤层底板等高线图上,根据钻孔终点煤层底板等高线的高程和钻孔孔口高程计算出高差L,在图上量出钻孔投影的长度h,则可计算出孔深H。
计算公式如下,各参数如“图高差-长度计算钻孔倾角、孔深参数图”所示。
23,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定二、井下现场钻孔要素标定方法1、钻孔方位井下标定井下标定钻孔方位,一般采用以下几种方法
(1)仪器测量法
(2)中线延伸法(3)三角函数法例如:
一钻孔方位为121,巷道施工方位为92,钻孔在巷道右帮开口。
则:
钻孔与巷道的夹角为29,sin29=0.48;井下使用钻杆长度为0.76m,则钻杆末端距离巷道右帮的距离为0.760.48=0.36m,该钻进方向即为钻孔设计方位。
2、钻孔倾角井下标定方法井下钻孔倾角一般采用坡度尺或罗盘直接进行测量标定,该方法方便、便捷,且易于操作。
24,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定三、钻孔孔深测量钻孔孔深是指从钻孔孔口到钻孔孔底的长度。
在井下钻探过程中一般采用进尺(钻杆长度)标明钻孔深度,钻孔进尺可分为钻孔总进尺、残尺和净进尺三类,如“图钻孔进尺示意图”。
孔深(净进尺)就是总进尺与残尺的差值。
1、总进尺总进尺是指从安装到钻机上的最后一根钻杆到钻孔孔底第一根钻杆长度之和。
2、残尺残尺是指从安装到钻机上的最后一根钻杆到钻孔孔口的长度。
3、净进尺(孔深)净进尺,也就是孔深,是指从钻孔孔口到孔底所有钻杆的长度。
三种进尺主要是井下现场用来记录加减钻杆情况,方便原始记录填写,是考核各施工小组(班)钻进情况的依据。
25,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定三、钻孔孔深测量,26,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定四、钻孔孔径
(一)防突钻孔孔径确定在进行瓦斯抽采时,钻孔流量与钻孔半径、钻孔抽采半径、煤层透气性系数和煤层厚度有以下关系:
钻孔直径应当根据煤层赋存条件、地质构造和瓦斯情况确定,一般为75120mm,地质条件变化剧烈地带也可采用直径4275mm的钻孔。
若钻孔直径超过120mm时,必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。
27,第二章井下钻孔,第二节井下钻孔要素确定四、钻孔孔径
(二)探放水钻孔孔径的确定钻孔孔径的确定是根据安全及生产相关要求确定的。
如煤矿防治水规定规定“探水钻孔除兼作堵水或者疏水用的钻孔外,终孔孔径一般不得大于75mm”。
但实际工作中疏放水钻孔的孔径是根据需要疏放的总放水量(Q)、放水时间(H)、单位时间的放水量(q)、放水地点的排水能力(Q排)等综合因素,进行确定放水钻孔孔径的。
一般说来,放水钻孔的孔径以不超过127mm宜。
单孔涌水量可采用下述公式计算:
28,第一节钻机一、ZDY系列钻机1、钻机型号释义型号:
ZDYXXXX(S)Z钻机D动力头式Y液压传动XXXX主轴最大额定转矩NmS双泵系统2、钻机结构钻机整体结构:
主机(座架、动力头、夹持器、立柱和钻具等)、操纵台、泵站三大部分组成。
第三章井下钻探设备,29,第三章井下钻探设备,主机,操作台,泵站,30,第三章井下钻探设备,第一节钻机一、ZDY系列钻机3、钻机型号主要型号:
ZDY750型、ZDY1200型、ZDY1250型、ZDY1900S型、ZDY-2300型等型号二、ZL(J)系列钻机1、钻机型号释义型号:
ZL(J)XXXXZ钻机L立轴式J机械式XXXX主轴最大额定转矩Nm2、钻机结构ZL系列钻机主要由动力头、变速箱、绞车、制动闸、底架、操纵台和钻具等七部分组成。
31,第三章井下钻探设备,32,第三章井下钻探设备,第一节钻机二、ZL(J)系列钻机3、钻机型号主要型号:
ZL750型、ZDY1200型、ZDY1250型、ZDY1900S型、ZDY-2300型等型号三、ZDY履带式钻机1、钻机型号释义型号:
ZDYXXXXL(D)Z钻机D动力头式Y液压传动XXXX主轴最大额定转矩NmL(D)履带式2、钻机结构本钻机采用整体式布置,全机由主机、泵站、操纵台和履带车体四大部分,各部分之间用软管连接。
33,第三章井下钻探设备,主机,泵站,操纵台,履带车体,34,第三章井下钻探设备,第一节钻机三、ZDY履带式钻机3、钻机型号主要型号:
ZDY1200L型、ZDY2600L型、ZDY3200L型、ZDY4200L型、ZDY6000L型等型号,35,第三章井下钻探设备,第二节钻头、钻杆及其它一、钻头
(一)分类1、根据用途分类取芯钻头和不取芯钻头2、根据破岩形式分类孕镶钻头、表镶钻头、牙轮钻头:
以研磨和压裂形式破碎岩石PDC钻头:
以剪切形式破碎岩石3、根据制造材料分类合金钻头、金刚石钻头、人造金刚石(PDC钻头)4、PDC钻头胎体式PDC钻头、刚体式PDC钻头。
PDC钻头制造工艺简单,生产效率高。
PDC钻头主要由钻头体、切削齿、喷嘴、保径面和接头等组成主要适用于中硬及软岩石。
36,第二节钻头、钻杆及其它一、钻头
(二)钻头规格岩芯钻探中使用的钻头规格只要有:
46、59、75、91、110、130、150、170mm等多种规格。
二、钻杆1、钻杆主要有外平式钻杆及螺旋钻杆两类2、钻杆的连接方式有:
外平式钻杆:
联接式钻杆(钻杆间直接连接)、焊接式联接钻杆(利用接箍连接)螺旋钻杆:
螺纹联接、法兰联接、插销联接钻杆规格:
直径:
42、50、63.5mm;三、岩芯管岩芯管在钻进时起收容岩芯和导向作用。
岩芯钻探中使用的钻头规格只要有:
44、57、73、89、108、127、146、168mm等多种规格。
四、注浆设备,第三章井下钻探设备,37,第四章井下钻孔施工技术,第一节钻孔施工方法钻探常用的钻进方法有:
硬质合金钻进、钢粒钻进、金刚石钻进和冲击回转钻进等几种钻进方法。
煤矿井下常用的钻进方式有硬质合金钻进、金刚石钻进和冲击回转钻进。
一、硬质合金钻进硬质合金钻进是把不同几何形状和一定尺寸的硬质合金块,按照一定要求镶嵌在钻头体上,并按一定钻进规程破碎岩石而钻孔的方法。
硬质合金钻进的优点是:
在软岩及中硬岩石中钻进效率高,钻进质量好,钻探材料消耗少,成本低,钻进操作简便,钻探方法灵活,应用范围广泛。
这是矿上主要施工钻孔方法。
二、金刚石钻进金刚石钻进比其它钻进方法有许多优越性,它具有钻进效率高、钻探质量好、孔内事故少、钢材消耗少、成本低及应用范围广等特点。
二、冲击回转钻进,38,第四章井下钻孔施工技术,第二节钻孔封孔技术一、抽采钻孔封孔技术1、黄泥、水泥(砂浆)法封孔技术,39,第二节钻孔封孔技术一、抽采钻孔封孔技术2、化学药剂(聚氨酯、马丽散)封孔技术聚氨酯与马丽散均为双组分有机高分子材料,其具有耐久性好,不收缩、膨胀性大、粘结力强、密封性好及阻燃性好等特点。
在矿下使用时将A胶和B胶按一定的比例(一般情况下是1:
1的体积比),产生聚合反应,形成固体加固充填物。
3、封孔器封孔,第四章井下钻孔施工技术,40,第二节钻孔封孔技术一、抽采钻孔封孔技术4、二次封孔技术二次封孔技术是中国矿业研究推广的瓦斯抽采钻孔的一种钻孔封孔方法,该方法分两次进行钻孔封孔,以提高瓦斯抽采的浓度与数量。
第一次封孔时,距离孔口23m处及封孔管末端各缠绕上棉纱,中间注入赛瑞高分子材料进行封孔,如“图二次封孔钻孔结构示意图”。
第四章井下钻孔施工技术,41,第二节钻孔封孔技术一、抽采钻孔封孔技术5、三步封孔法(注浆封孔)三步封孔法是河南煤业化工集团永煤公司永贵能源轿子山煤矿在解决突出煤层瓦斯抽采浓度偏低,煤层突出指标衰减速度较慢,严重制约了矿井安全生产的情况下,通过大量的科研攻关研究出的一种封孔技术。
该技术克服了因封孔质量造成的负压损失问题,保证了钻孔长期持续地抽采高浓度瓦斯。
三步封孔法的基本原理是,利用封孔袋内装入膨胀系数较大的马丽散溶液(A、B胶混合液),封住封孔管两端(图三步封孔法瓦斯抽采钻孔结构示意图),利用塑状水泥封住钻孔孔口,通过注浆管用注浆泵在封孔袋封闭的空间内注入混合有膨胀剂的水泥浆。
因注浆泵采用压风进行注浆,水泥浆通过裂隙渗入钻孔围岩裂隙中,避免了空气通过钻孔围岩裂隙进入钻孔而导致的瓦斯抽采浓度降低的现象。
三步封孔法在封孔过程中分为三个步骤:
第一步是在固定在封孔管上的封孔袋(外面的封孔袋同时固定注浆管)内装入A胶、B胶混合物(马丽散),迅速插入钻孔内;第二步,待A胶、B胶混合物(马丽散)凝固达到强度后,在孔口处用塑状水泥(加速凝剂)封堵孔口,并用木棍把水泥捣实;第三步,待水泥及马丽散均达到强度后,用注浆泵把水泥浆及膨胀剂的混合溶液注入两封孔袋之间的空间中,等到注浆泵压力表与风压相近时,注浆结束。
第四章井下钻孔施工技术,42,第四章井下钻孔施工技术,43,第二节钻孔封孔技术二、承压钻孔封孔技术要求在测定煤层瓦斯压力、含水层水头压力时,均需要进行下套管变径进行钻孔的施工,套管固定需要采用高压注浆的方式进行封孔。
1、承压钻孔套管长度,瓦斯测压钻孔封孔长度表,第四章井下钻孔施工技术,44,第四章井下钻孔施工技术,第二节钻孔封孔技术二、承压钻孔封孔技术要求2、封孔技术要求采用套管施工的钻孔,开孔直径应大于套管直径一个级别,待施工到设计孔深后,下入套管,进行注浆封孔。
套管一端预先焊接法兰盘,以便与闷盘及注浆设备连接。
固定套管时,一般采用水泥水玻璃混合浆液进行。
水泥浆浓度(水灰重量比)1:
(12),水玻璃采用3540Be;水泥浆与水玻璃的体积比1:
0.60.4。
注浆时水泥浆浓度由稀到稠,水泥浆比重1.351.38t/m3,并视注浆情况、压力情况及时进行调整,确保注浆的连续性,若钻孔出现跑浆现象时采用间歇式注浆。
注浆结束后注浆泵以浓浆封孔,注浆终孔压力不得低于目标压力的2.53倍,持续时间不低于30min。
注浆完毕,待浆液凝固达到设计强度后,要进行封孔质量检验。
首先扫孔至正常岩石,然后用泵注清水进行耐压试验。
注水压力也应大于标压力的2.53倍,以孔口周围不渗水、且稳压大于30min;否则要重新注浆,再次进行耐压试验。
45,第五章钻孔事故及处理,一、卡(夹)钻事故1、所谓钻具挤夹、卡阻就是常说的卡(夹)钻。
卡(夹)钻是钻具侧部在孔内被夹持住,既提不上来,又不能回转,而且冲洗液不能畅通,多数情况下又蹩水现象;有时是钻具顶部在孔内卡住,提不上来,回转时有阻力,甚至发生蹩车和卡死,但一般能通水。
2、原因:
孔壁岩石掉块、孔口掉物;岩层遇水膨胀,孔径收缩;孔身弯曲,孔壁形成“键槽”在斜孔或弯曲孔段的凸出的弧形面上,经常受到钻杆的磨刮。
3、预兆:
钻具提动和转动都有阻力,下钻时常常发生遇阻“搁浅”;提钻后岩心管和钻头有明显擦痕,或粗径钻具表明刮有岩泥、泥皮,取粉管内掉块增多,块度增大;如果施工时掉块卡、夹钻,则钻进时有蹩钻现象,提动钻具感到有劲;升降钻具时,不是突然卡住,开始往往可以活动一定距离,一般情况下孔内反水正常。
如果是岩层错动和岩层遇水膨胀缩径卡钻、夹钻,除升降钻具遇阻,回转阻力增加外,还有蹩泵现象。
岩芯与钻头或碎岩芯挤在钻头与孔壁之间时,钻具回转阻力较大,提动钻具吃力,但不蹩泵,可能有骤然蹩钻现象。
46,二、埋钻事故钻具在孔内被岩粉、钻粉沉埋或被孔壁坍塌物、流砂等埋住,不能转动,不能提升,也不能通水时,叫埋钻事故。
1、原因孔壁垮塌岩粉沉淀钻孔中大量岩粉沉淀;层裂隙与孔壁裂隙,促使岩石膨胀、位移和解体。
在孔内无液柱反压力平衡的情况下,很容易造成坍塌。
2、预防钻孔穿过松散破碎、容易坍塌的岩层或流砂层时,一定要采取有效的护壁措施。
一般采用比重较大,失水量低,粘度适宜的泥浆就能解决问题,必要时还得使用粘土球固壁、水泥固壁,直至下套管护孔;保持水泵有足够的泵量、泵压;停钻时间较长时及时钻具提至安全孔段。
第五章钻孔事故及处理,47,第五章钻孔事故及处理,三、飘钻(钻孔弯曲)事故钻孔弯曲,是钻具在回转碎岩过程中偏离设计钻孔方向而引起的。
一般促使钻孔偏斜的因素有两个:
一是钻头底面受到偏斜力矩或钻具受到与设计钻孔方向不一致的斜向力;二是孔壁对钻具导向不够或钻具刚性差。
造成钻具偏斜的条件主要有:
岩层的岩性及产状、地质构造以及某些特殊地层等;钻探设备的质量及安装、开孔钻进以及钻具结构尺寸等;钻进方法、钻进技术参数及操作技术等。
产生钻孔弯曲的原因可以简单归纳为:
地质构造、施工技术和钻进工艺三个方面。
(一)地质构造1、各向异性的岩层对有层理和片理构造的岩石,当外力垂直其层面或平行其片理作用时,它们表现的力学性质指标是不一致的,称为岩石的各向异性。
48,第五章钻孔事故及处理,三、飘钻(钻孔弯曲)事故
(一)地质构造1、各向异性的岩层在层理和片理构造的岩石中钻进时,由于层状岩石的各向异性,钻头朝着钻进阻力最小的垂直于层面方向偏斜。
因此,钻孔的顶角和方位角都趋向垂直岩层层面方向弯曲。
一般来说,火成岩体岩石的各向异性不明显,钻孔弯曲程度小些;变质岩类(如片麻岩)和层理发育的沉积岩(如片岩、页岩等)的各向异性强,钻孔飘钻(弯曲)程度也大。
2、倾斜的软硬不均的交错岩层钻孔穿过倾斜的软硬互层时,因软硬岩石抵抗破碎的能力不同,使孔底产生不均匀破碎,造成钻速差,引起钻孔顶角及方位角的变化。
钻孔偏斜的方向和顶角变化率,取决于钻孔轴线与岩层面的夹角(遇层角)和软硬岩石的硬度差,差值越大,钻孔弯曲率越大。
49,第五章钻孔事故及处理,图78钻孔由软至硬岩时的弯曲情况(a)15;(b)30,50,三、飘钻(钻孔弯曲)事故
(一)地质构造3、地质构造复杂和破碎的地层在破碎层钻进斜孔时,因其具有流散性,故在钻具的自重作用下,钻孔极易下垂。
遇大溶洞时,斜孔钻进由于重力作用,钻孔顶角会急剧缩小而向下弯曲,直孔钻进由于孔底不规则,钻具也易偏离钻孔轴线而发生弯曲。
钻进中,遇到大的裂隙或断层,其方向和角度又与钻孔的方向和角度相近似时,钻孔会沿裂隙或断层的方向和倾角发生弯曲。
在松散的地层中遇到大的砾石、卵石等坚硬的包裹体时,钻孔会沿其斜面弯曲。
第五章钻孔事故及处理,51,第五章钻孔事故及处理,三、飘钻(钻孔弯曲)事故
(二)施工技术及工艺1、设备性能及安装钻机陈旧或性能不良,不能保证钻具的一定方向和角度时,就会发生钻孔弯曲。
如钻机的回转给进部件导向性能差,立轴导管松旷,立轴箱固定不牢,油压钻机
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