空气(泡沫)潜孔锤钻进工艺在矿难应急救援井钻进中的应用.docVIP

空气（泡沫）潜孔锤钻进工艺在矿难应急救援井钻进中的应用 空气（泡沫）潜孔锤钻进工艺是以压缩空气为动力，驱动潜孔冲击器冲击碎岩，同时钻机转盘低速回转，带动纤头剪切碎岩。孔底岩屑随压缩空气的循环携至地表。其特点是单次冲击能大、钻穿硬岩效率高、排渣效果好、具有防斜作用。空气（泡沫）潜孔锤钻进工艺以其独特的优势在矿难应急救援井钻探施工中发挥着举足轻重的作用，我队应用这项工艺以来，取得了较好的施工业绩。一、主要配套设备及钻具 主要配套设备 钻 具 空气压缩机 DLQ1250XHH/1525XH 潜孔冲击器 TH220 钻 机 GZ-2000 钎 头 Φ300 mm 钻 塔 JJ50/27A 钻 杆 Φ127mm 泥浆泵 BW1200A 钻 铤 Φ159、Φ178、Φ203mm 泡沫泵 PX-50(A) 牙轮钻头 Φ215、Φ311、Φ445mm 柴油机 6135-190HP、6105-150HP 美国寿力公司设计制造的DLQ1250XHH/1525XH 系列柴油移动螺杆空气压缩机控制系统能根据实际使用气量的大小自动调节进气量和柴油机转速，同时维持压缩机的供气压力稳定在一定范围内。控制系统主要由COMPASS 控制器、进气控制阀、压力调节阀、减压阀、卸荷阀、节流孔、控制管路过滤器、以及连接各元件的管件和接头等组成。该机组主要技术参数如表1。 表1 DLQ1250XHH/1525XH空压机机组主要技术参数 机 型 1250XHH 1525XH 公称容积流量-m3/min(CFM) 35.4（1250） 43.2（1525） 额定排气压力-bar(psi) 34.5（500） 24.1（350） 工作压力范围-bar 13.8-34.5 13.8-24.1 满负荷燃油消耗率L/h(U.S.gal/h) 130.5（34.5） 134.4（35.5） TH220潜孔冲击器主要技术参数： 工作风压6bar -25bar，额定轴压力20.4kN，推荐转速35 r/min，耗风量105 L/S（16bar），冲击频率27 Hz（16bar）。 一、空气泡沫钻进工艺 以应急救援井为例，分析空气泡沫钻进工艺的应用。 1、地层情况与井身结构 该井表层覆盖第四系黄土层厚约80米，下部地层以砂岩为主，夹有砂质泥岩、泥岩。设计井深322米，一开Φ445mm，下Ф340mm×7mm无缝或螺纹管。二开Φ311mm，全孔段下Ф273mm ×8.94mm石油套管。井底水平位移不大于0.5m。 2、施工工艺 该井设计井深较浅，施工过程中通过COMPASS 控制器点击“低压”工况，此时工作压力范围是13.8-34.5bar。空压机产生的压缩空气经地表高压管汇进入主动钻杆、钻杆至孔底的潜孔冲击器，冲击器活塞在压缩空气作用下产生高频轴向运动、带动纤头以冲击方式破碎岩石。同时钻机转盘以低转速回转，带动纤头以剪切方式破碎岩石。 孔底岩屑随压缩空气和泡沫经钻杆与孔壁间的环空快速上返至孔口，孔底的压缩空气流速比Φ127mm钻杆内空的流速增大数倍，因此减少了岩石重复破碎，排渣效果好。 该井一开泥浆钻进，表层套管下至地表以下110m；二开钻进使用空气钻进工艺时发现地层基本不含水，后采用空气泡沫钻进工艺。用泡沫泵注入液体ABS发泡剂，借助泡沫携带岩屑上浮，提高了气流携带岩屑的能力，排渣效果大大改善，也起到保护环境的作用。孔深至220m时，出现涌水量约5 m3/min的含水地层，此后发泡剂只在排渣时使用，直接从钻杆口灌入。一般进尺3-5米需要排渣一次。 3、钻进参数 应急救援井必须贯穿岩层连通避难硐室，为避难人员持续地输送氧气、食物，实现通讯。井眼轨迹一般设计为直井，靶半径为0.5m。考虑应急救援井的特殊技术要求，钻进过程中对钻压、转速等钻进参数必须进行严格控制。 1）转速：转速对钻进速度和纤头寿命影响较大。一般是随着钻孔直径的增大，岩石硬度的增高，而降低转速。合理的转速下有最好的破岩效果及最少的重复破碎，该井施工使用钻机最低转速45r/min。 2）钻压：该工艺对钻压要求不高，一般控制在12kN-16 kN，最大不能超过20 kN，起到了防斜保直的作用。 3）风量：低压工况下额定流量35.4 m3/min。 4）风压：低压工况下，推荐的工作风压为13.8-18bar，最大不宜超过25 bar。 5）ABS发泡剂：加量3-5Kg/ m3，可根据岩屑上返情况及时调整。 4、效能分析 根据“空气（泡沫）钻进工艺效能监察记录”表计算得出：空气干钻进时效平均为17.5m/h，最高钻进时效28.7m/h。空气泡沫钻进时效平均为5.4m/h，最高钻进时效14.2m/h。沙泥岩地层泥浆钻进时效平均为1.2m/h。 5、现场使用易忽视的问题 1）地