松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法_2

文档序号:8469880阅读:来源:国知局
式水泵;钻杆连接过程中,需要通过在内层钻杆接头缠生胶带,加强内层钻杆连接密封性。
[0014]所述步骤(5)中,启动注浆泵和高压供水泵进行射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进,钻头前端的射流导向切割喷嘴和钻齿进行旋转切割导向钻进,钻头两侧的射流扩孔切割喷嘴进行射流扩孔,钻头后部的浆液喷嘴在扩孔区域喷射速凝混合浆液固孔,在钻孔壁扩孔区域形成一层厚度小于扩孔直径的混和固孔浆液。
[0015]所述步骤(6)中,停止钻进后,关闭高压水泵和注浆泵,将钻杆内高压水卸压,同时立即将供水管路与注浆管路连接,用清水清洗喷浆管路和喷嘴,防止浆液在钻杆内和喷嘴内凝固堵死。
[0016]采用上述技术方案,本发明与其它相接近的现有技术的区别为:
O与现有跟管钻进护孔技术的区别
跟管钻进技术是利用套管进行全程护孔,在井下应用存在的主要问题是钻孔排渣空间小、钻进效率低,套管容易被抱死,难以实现全程下套管护孔,同时大直径套管成本较高。射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术能提高原有钻进效率和成孔质量,工艺较简单,成本较低。
[0017]2)与钻杆内下套管护孔技术的区别
钻杆内下套管护孔技术利用小直径套管护孔,不能解决打钻过程中的塌孔、卡钻问题,打钻与下套管不能同时进行,效率低,同时套管直径较小。射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术实现打钻与护孔的同步,工艺较简单,效率高,能同时提高原有钻进效率和成孔质量。
[0018]3)与现有钻井液护孔技术的区别
钻井液主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。钻井液防塌孔主要应用于地面垂直钻进,对于水平井和井下水平钻孔防塌效果有限。射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术能实现松软地层水平钻孔钻进与护孔,钻进效率和成孔质量。
[0019]4)与现有高压水射流辅助钻进技术的区别
现有的高压水射流切割辅助钻进技术主要是用来增加钻头在较硬岩层中的钻进效率。目前,这项技术能较大提高在硬岩或者其它高强度物质中的钻进效率,但是不适用于对于较软岩层和物质钻进。射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术能实现松软地层钻孔钻进与护孔,效率高。
[0020]5)与现有射流导向钻进技术的区别
现有的射流导向钻进技术能够解决松软地层中直线钻进和定向钻进问题,但是不能解决松软地层导向钻进过程中的塌孔和成孔后钻孔垮塌问题。射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术既能能实现松软地层钻孔高效导向钻进,又能同步实现松软地层防塌孔钻进,且减少成孔后钻孔的垮塌。
[0021]本发明通过松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进,实现在松软岩土层钻进过程中的射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化工艺过程,提高松软岩土层钻进效率和成孔质量,防止松软岩土层钻进过程中边钻边塌及短时间内塌孔垮塌。本发明实现松软岩土层钻进的防塌和导向钻进,提高松软岩土层钻进效率、提高松软岩土层成孔质量、减少松软岩土层钻进轨迹偏移、最大限度减少松软岩土层钻孔塌孔。本发明可广泛适用于地面和地下松软岩土层水平或倾斜长钻孔的高效钻进与成孔。
[0022]本发明可以大大地面和地下松软岩土层水平或倾斜长钻孔的钻进效率与成孔质量。经试验表明,采用松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进后,松软岩土层钻进效率提高45%以上,百米钻孔成孔率提高30%以上,在地下深部松软岩土层施工水平或倾斜长钻孔后,钻孔垮塌破坏时间延长至原来的成千上万倍,在地面松软岩土层施工水平或倾斜长钻孔钻孔后可完全避免发生塌孔破坏,且所耗费的时间、人力及物力不到现有下套管护孔技术所需的50%,同时也低于其它松软岩土层施工水平或倾斜长钻孔护孔技术所耗费的时间、人力及物力。采用松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进后,地面和地下松软岩土层水平或倾斜长钻孔的钻进效率与成孔质量大幅提高,缩短了松软岩土层水平或倾斜长钻孔施工时间,大大延长了松软岩土层水平或倾斜长钻孔垮塌破坏时间;减少了松软岩土层水平或倾斜长钻孔钻进轨迹偏移。
【附图说明】
[0023]图1是本发明中松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]本发明的松软岩土层射流导向成孔-扩孔-防塌孔一体化钻进方法,包括以下步骤:
(I )、加工和测试松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置。
[0025]松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置如图1所示。I为外层钻杆,2为进浆通道,3为钻杆接头,4为支撑片,5为内层钻杆,6为高压水通道,7为浆液喷嘴,8为射流扩孔切割喷嘴,9为为钻头前段钻刀,10为射流导向切割喷嘴,11为高压进水管,12为进浆管,13为旋转密封接头。在钻进过程中钻杆通过旋转密封接头13分别连接浆液泵和高压水泵。
[0026]松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进装置采用射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻头,钻头前段端安设2-3个射流导向切割喷嘴10,钻头两侧安装2-3个射流扩孔切割喷嘴8,钻头后端连接2-3个浆液喷嘴7 ;采用双层钻杆,内层钻杆5和外层钻杆I采用高强度钢管;钻杆采用平扣连接(钻杆接头3),内层钻杆5和外层钻杆I之间采用支撑片4固定连接;内层钻杆内部通高压水,用于水力扩孔、水力导向钻进和水力排渣,内层钻杆5和外层钻杆I之间的环形通道通固孔浆液。
[0027](2)、松软岩土层射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进技术参数设
i+o
[0028]射流导向成孔-射流扩孔-喷浆防塌孔一体化钻进参数主要包括水射流压力、水射流扩孔深度、水射流导向钻进速度、浆液凝固时间、注浆速度、喷浆厚度、浆液凝固强度。所述参数需要预先根据理论、经验及测试进行初步设计。
[0029]①水射流压力水射流压力需要与松软岩土层硬度系数或力学强度对应,当松软岩土层硬度系数
0-0.5时,射流压力20-25MP范围即可满足水射流扩孔和射流导向钻进;当松软岩土层硬度系数0.5-1.0时,射流压力25-35MP范围即可满足水射流扩孔和射流导向钻进。
[0030]②水射流导向钻进速度
水射流导向钻进速度与水射流压力、松软岩土层硬度系数及钻机转速有关,射流压力越大,松软岩土层硬度系数越小,钻机转速越大,水射流导向钻进速度越快。确定合理的水射流导向钻进速度应等于或略大于水射流扩孔速度、喷浆速度及钻进速度。
[0031]③水射流扩孔深度
水射流扩孔深度与水射流压力、松软岩土层硬度系数、钻机转速及钻进速度有关,射流压力越大,松软岩土层硬度系数越小,钻机转速越大,钻进速度越小,水射流扩孔深度越大;扩孔深度应等于或略大于钻孔壁喷浆厚度。
[0032]④注浆压力
在喷嘴直径一定时,浆液在钻杆内流动速度随注浆压力增加而增大。随着钻杆长度的增加,浆液流动的距离加长,为保持稳定浆液在钻杆内流动时间,需要逐步增大注浆压力;在钻进转速和钻进速度一定时,注浆速度和注浆厚度随注浆压力增加而增大,为了稳定注浆厚度,需要在增大注浆压力的同时增加钻进速度。
[0033]⑤喷浆厚度
喷浆厚度影响钻孔支护强度,在地表埋深较浅时,地应力较小,浆液厚度l_5mm即可防止塌孔;当在地下深部施工钻孔时,地应力较大,为延长钻孔垮塌时间,钻孔厚度应大于10mm。喷浆厚度与喷浆压力和钻进速度相关,喷浆压力越大,钻进速度越小,则喷浆厚度越大。
[0034]⑥液初凝时间
液初凝时间为混凝土与速凝剂混合至初步凝结所需时间Tl,初凝时间应略大于混凝土与速凝剂混合浆液在钻杆中流动时间T2。在注浆压力不变时,T2随着钻进深度的增加而增大,为始终保持Tl略大于T2,应逐步增大注浆压力,以增加浆液在钻杆内的流速,T2保持稳定;当增加压力不能满足Tl大于T2,需要调节混凝土与速凝剂混合比例,延长混合浆液液初凝时间。
[0035]⑦浆液凝固强度
浆液凝固强度包括初凝强度和终凝强度。浆液层应具有一定的初凝强度,以便能防止钻进时钻孔松散煤壁立即掉渣或垮落。终凝强度应尽可能大,以尽可能增强浆液层对后期钻孔壁后期支护强度。
[0036]( 3 )、配制喷浆防塌浆液,测试浆液凝固性能。
[0037]固孔浆液采用混凝土浆液和速凝剂混合液,也可采用其他具有较高支护强度的快速凝固的材料。采用少量试样不同配比下混凝土浆液和速凝剂混合液凝固性能,调试固孔混合浆液的成分和添加比例,使得混合后浆液初凝时间略大于浆液在钻杆内流动时间。在应用时,先搅拌混凝土浆液,速凝剂在喷浆过程中根据需要按不同比例添加。当喷射薄层浆液护孔时混凝土浆液采用水泥浆液
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