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郓城风井钻井法凿井快速施工分析 蔡 鑫 （中煤矿山建设集团有限责任公司 钻井工程处） 摘　 要：通过郓城风井钻井法凿井施工情况，对速度的各种因素进行分析，提了钻应采取的措施。钻井法凿井　钻进速度　竖井钻机1　概况 郓城煤矿为设计生产能力.4Mt/a的大型矿井。其中央风井采用钻井法凿井，由中煤公司采用竖井钻机施工。井筒设计井深m，净径为φ.0m。正式开钻到完成充填固井，总施工工期15.6月，平均月成井.25m，偏斜率0.‰，有效圆直径5.m，井壁预制质量和壁后充填质量均达到或超过设计要求。中央风井所穿过的第四系冲积层厚m，基岩厚.21m。冲积层主要由粘土、砂质粘土及砂组成。其中粘土层普遍较厚，粘性好，呈硬塑性，含钙质，遇水膨胀，自然造浆能力强，钻进时易泥包钻头和缩径。基岩段主要由砂岩和泥岩构成，上部风化严重。1.2　钻井设计方案及钻进情况原设计钻井方案为1级超前，2级扩孔。超前钻孔直径为4.0m，第1级扩孔为φ.8m，2级扩孔为φ.0m。当第1级超前孔φ4.0m完成后，φ7.8m扩孔φ6.1m钻进。最后用φ.0m钻头扩孔。该井自开钻至钻进工作全部结束，总钻进时间，平均钻进速度为.3m/月。2　影响速度的主要因素2.1　钻进工艺1级超前，2级扩孔，其破岩面积分别是12.56，.2和1.83m2；级扩孔破岩面积m2。通过改进前后对比，我们只是调整了扩孔的破岩面积，但对钻井速度的影响却非常大。就其原因分析，改进前，一级扩孔破岩面积为超前钻的2.8倍，钻碴在小孔内很快就填满了。而改进后，一级扩孔破岩面积仅为超前钻的1.3倍，二级扩孔破岩面积为前两级钻孔破岩面积的1.17倍。由此可见，改进后的分级方案更科学合理。 因此，科学合理的钻进工艺是影响钻进速度的一个重要原因。 2.2　设备竖井钻机故障率，机械效率，维修时间和辅助时间加，从而了平均钻速。外，3　中采取的措施加快速度一些改进措施 rpm/s； 其中，n值计算如表1所示。 表 1 各级钻头转速计算表 钻头级别 钻头直径 最高转速 建议转速 Ⅰ 4.00 11.15 6.16 Ⅱ 6.10 6.33 3.5 Ⅲ 9.0 5.17 2.86 高转速会对洗井、钻进有一定好处，但是其巨大的转动惯量，一旦受阻，很易扭断钻杆。 （2）、 钻压：钻压按下式计算： , KN； 其中K—刀刃重复系数，一般中硬岩取1.4~2.0；超前孔取1.5；扩孔一取2；扩孔二取3。式中： R－r —钻井半径差，m； а—井底角，超前钻头为平底，а=0o，cosа=1；扩孔钻头а=15o，cosа=0.9659； q—刀刃单位长度上的钻压值，对?=8岩石，q=300 kg/cm。 钻压按泥浆中钻头重量的60%计算， 见表2。 表2：钻压取值表 钻头 级别 钻头 直径 m 空气中重量 t 泥浆中重量 t 钻压值 KN Ⅰ 4.00 160 135.8 815.0 Ⅱ 6.10 150 127.5 765.0 Ⅲ 9.0 150 127.5 765.0 特别是在钻进软硬交接带时，钻压应再降50~60%，以保持垂直度。 3.1.2、洗井参数优化选择。 （1）、洗井液（泥浆）流量： ，m3/h 最大破岩面积： S=0.7854×9.02=63.62， m2； 钻进最高速度：Vmax=0.9， m/ h； 携矸率：暂按а=4%计； Q=63.62×0.9/0.04=1431.35， m3/h。 ①岩屑上升临界速度： ， cm/s； 式中 K1--系数，K1=38~50，取50； r1--岩石密度，取2.6 ， g/cm3； r—泥浆密度，取1.3 ， g/cm3； d—岩屑粒径，cm； 计算结果见表3 。 表3 岩屑上升临界速度 岩屑径cm 临界速度V1/m?s 1 0.5 2 0.707 4 1 6 1.225 8 1.414 10 1.581 15 1.936 20 20236 40 3.162 ②钻杆内泥浆实际上升速度。 ， m/s； 式中: Q—泥浆循环量，Q=1337.6 m3/h； S—钻杆内截面积， S=0.7854×0.3662=0.1052 m2；V2=1337.6/（0.1052×3600）=3.53 m/s。 ③V2在举升岩屑直径50cm以内均允许。只是钻杆内径所限没有必要了。扬程低时，可适当少开压风机。 （2）、 所需最大供风量： ，m3/min； Q=1337.6 m3； ①风浆比：(正常钻进时) ， m3/m3； 式中:K1—系数， K1=2.17+0.016×18.5=2.46； r—泥浆密度，r=1.3 g/cm3； h—扬程，h =18.5 m； H0—风管理深