云南省罗平县红丫口煤矿zk3-3钻探施工设计暨s75绳钻接手易损情况探讨论文

'云南省罗平县红丫口煤矿ZK3-3钻探施工设计暨S75绳钻接手易损情况探讨毕业论文目录目录i第一章前言11.1煤田地质钻探技术现状11.2设计的主要内容11.3选题意义11.4专题介绍1第2章矿区概况及工程施工要求12.1矿区位置12.2、交通12.3矿区自然地理概况12.3.1地形地貌12.3.2、水文、气象12.3.3、地震12.3.4、经济状况12.4矿区地层情况及水文地质条件12.4.1地层情况12.4.2水文地质条件12.5工程施工要求[4]12.6工程施工要求1第三章钻探施工设计13.1钻孔结构及施工措施13.2钻探设备和器材13.2.1钻机选择13.2.2泥浆泵选择13.2.3供水泵选择13.2.4动力机选择13.2.5钻塔选择13.2.6附属设备选择13.2.7地质岩芯钻探用管材13.3机场布置13.3.1钻探机场的修建13.3.2钻塔及机械设备的安装13.3.3钻探机场的布置1iii 3.4简易水文观测13.4.1简易水文观测的内容13.4.2简易水文观测的操作注意事项13.5抽水试验13.6封孔13.6.1封孔的目的和要求13.6.2封孔材料及封孔方法的选择1第4章钻进工艺和钻井液选择14.1钻进工艺14.1.1钻进方法14.1.2钻头类型14.1.3钻进规程14.1.4钻进措施14.2钻孔钻井液14.2.1泥浆选择14.2.2泥浆配制1第5章钻探工程质量设计15.1岩矿芯采取15.1.1矿芯卡取方法15.1.2取芯钻具15.1.3岩矿心的补取15.1.4提高岩(矿)心采取率的措施15.2钻孔偏斜与测量15.2.1钻孔倾斜原因和造斜规律15.2.2防斜措施15.2.3测斜仪选择15.2.4钻孔偏斜的矫正1第6章钻探生产组织与管理16.1组织机构设置16.2钻探人员配备和管理16.3钻探人员岗位的职责16.3.1总项目技术组主要责任16.3.2分项目技术组的主要职责16.3.3钻探技术员职责16.3.4钻探机场人员职责16.4钻探生产的安全管理1第7章钻探工程成本预算与施工计划17.1成本预算17.1.1有关成本项目17.1.2钻探成本预算17.2钻探施工计划制定17.2.1计算钻进所需时间17.2.1计算钻探辅助工作所需时间1iii 7.2.2确定施工工作日1第8章S75绳钻接手易损情况探讨18.1绳钻接手易损的现状18.1.1实习现场易损的情况18.1.2目前钻探接手易损基本状况18.2钻杆接头喷焊层耐磨带脱落原因及预防措施18.2.1耐磨层材料及喷焊工艺18.2.2耐磨带脱落原因及预防措施18.3钻杆接头的强度分析1结论1致谢1参考文献1iii 第一章前言1.1煤田地质钻探技术现状随着钻探设备、工艺的不断改进，钻探人员技能的不断提高，煤田地质钻探也开始逐渐使用各种新的技术和装备，比如绳索取芯技术、潜孔锤钻进技术和新泥浆体系等，使得在钻进速度和质量上都有快速的提升。但同时由于煤田地层情况的复杂性，还存在许多问题需解决：（1）钻探施工组织管理跟不上时代发展，在与市场接轨后，显现出效率低、效益差等问题；（2）配套设备的研制根本上施工的需求，造成大量工程的施工无法以最优方式进行，效率低，事故频发，成本过高；（3）钻探施工技术人员素质较差，受过专业培训的人员较少，使得许多技术无法按规程实现，管理效率低下；1.2设计的主要内容本设计结合云南省罗平县红丫口煤矿勘探项目，包括以下几个方面的内容：（1）钻孔施工设计，包括钻孔结构设计、施工流程设计、设备选择和机场布置等；（2）工艺设计，包括钻进工艺、钻井液工艺等；（3）钻孔工程质量设计，包括钻孔弯曲测量与预防、取芯方法等；（4）施工组织设计，包括组织结构、人员配置等。1.3选题意义钻杆是勘探施土的必备土具。近年来，随着我国地质勘探事业的发展，钻探土作量的逐年增多，钻杆用量越来越大，作为关键连接部件的钻杆接头的用量更80 是逐年增加。我队在钻杆加土、钻探施土及钻杆维修过程中的统计数字表明，约60%的钻杆失效事故发生在关键连接部位钻杆接头处。钻杆接头作为钻杆的连接部件，在钻进过程中需经常拧卸，需要承受拉伸、扭转、弯曲、振动、冲击等多种复杂载荷的作用，这就要求接头必须具有较高的强度和良好的韧性。但因加土螺纹，又使其强度降低。2009年，在邯郸三陵乡煤矿施土中，在钻孔近1200m时一，由十接头断裂致使该孔报废损失60多万。所以，研究钻杆接头螺纹部位失效机理，研究提高接头质量，对减少接头早期失效事故，提高钻井效率和节约钻探成本具有十分重要的意义。1.4专题介绍由于本钻探工程中钻杆接手经常发生磨损断裂，而且在本地区先前的钻进过程中，这一问题造成了大量损失，于是专题探讨了影响钻杆接手失效的因素，分析了接手磨损断裂产生危害的原因，对其产生危害的全过程进行了解析，探讨了在各个环节抑制其产生作用的方法。影响钻杆接头失效的因素比较复杂，包括结构设计、制造工艺以及操作工艺等因素。本文对影响钻杆接手的各种因素进行了深入的分析探讨，并给出了个人的观点和建议。第2章矿区概况及工程施工要求2.1矿区位置及水电情况（1）矿区位置勘查区位于罗平县城300°方向，直距约12km，地处罗平县九龙镇境内。东起大寨村、得来克，西止红丫口；北起小阿启村民小组，南止鲁邑村。其地理坐标：北纬24°56′15″~24°58′45″，东经104°11′12″~104°12′57″。查区南北80 长约4.42km，东西宽约2.73km，面积为12.06km2，由8个拐点坐标圈定，见表2-1。红丫口勘查区(合并后)拐点坐标一览表表2-1拐点编号大地坐标北京54坐标西安80坐标经度纬度横坐标(X)纵坐标(Y)横坐标(X)纵坐标(Y)1104°11′12″24°58′15″2763118354179552763059354178752104°11′42″24°58′15″2763113354187972763054354187173104°11′42″24°58′45″2764036354188022763977354187224104°12′42″24°58′45″2764026354204852763967354204055104°12′42″24°57′45″2762180354204742762121354203946104°12′57″24°57′45″2762181354208952762122354208157104°12′57″24°56′15″2759489354208952759430354208158104°11′12″24°56′15″275949835417936275943935417856（2）水电情况矿区无电，有水源，水源距钻场垂直高差20m。2.2、交通区内有小阿启~撒召~鲁邑~牛街近南北向简易乡村公路穿越，在牛街附近与罗平~曲靖公路相连，北西约110km可至曲靖市；西南约5km可至罗平县城，约220km可至昆明。南(南宁)~昆(昆明)铁路从罗平县城区通过，并设有客、货车站。总的来说，区内交通较为便利，为未来矿井煤炭资源的开发利用创造了良好的交通条件，见图2-1。80 图2-1交通位置示意图2.3矿区自然地理概况2.3.1地形地貌本区地处云贵高原腹地，属构造剥蚀作用形成的低中山地貌。地形起伏不大，总体为中部高，北部及北西部低。区内地表一般标高在1800~1950m之间，最高点为北面的大坡上山头，标高2018.7m，最低点为东侧的牛街河，标高1660m，相对高差358.7m。区内缓坡及沟谷地段多被垦植为农田、旱地，陡坡段多为灌木林覆盖，地形地貌属中等复杂，见图2-2。80 图2-2地形地貌(镜头向西摄)2.3.2、水文、气象本区主体段无大的河流、库塘等地表水体，但季节性溪沟较发育，溪沟水受大气降雨控制，具有涨落迅速之特点。撒召小溪发育于矿区北部，向南流至撒召乡政府北部老祖坟坡附近潜流入地下，以暗流形式注入牛街河。牛街河(又名非格河)，发源于矿区北约11km的鸭格塘，蜿蜒向南迳流，于矿区东北侧附近折向东流入南盘江支流，属珠江水系。本区属亚热带高原型暖湿气候，每年12月至次年2月为霜冻期，5~9月份为雨季，尤其以7月降雨量最大，约占全年降雨量的40%，全年平均降雨量为1169mm，日最大降雨量为87.5mm。全年蒸发量为2312.1mm，年最高气温34.9℃，最低气温-6℃，年平均气温15℃。气候特点归纳为：冬春干旱，气候干燥，夏季多雨湿润，且冬寒夏温，春暖秋凉。每年12月至次年5月为旱季，多风，主导风向为西南风,最大风速达7级(风速为15m/秒)。2.3.3、地震据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，本区(属罗平县)地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特80 征周期为0.35s，本区抗震设防烈度为Ⅵ度，属无震害区。2.3.4、经济状况本区所在的罗平县系滇东主要农产区之一，粮食作物以水稻为主，次为玉米、洋芋、荞麦等；经济作物主要为烤烟。区内居住着汉、彝两个民族，大型工矿企业较少，地方经济条件相对较差，但旅游资源较丰富，旅游业较发达。居民收入以务农为主，次为外出务工。2.4矿区地层情况及水文地质条件2.4.1地层情况（1）第四、三系（Q+N）上部浅黄色、浅褐色黄土，下部紫红色弱粘土，底部有卵砾石层。（2）洛河组（K1L）岩性为紫红色、棕红色中～粗粒长石砂岩，中夹3～5层中厚层状杂色粗砾岩层及薄层棕色砂质泥岩。砂岩成分主要为石英、长石，次棱角～次圆状，分选一般，钙泥质胶结，具大型板状交错层理，局部含有粗砾岩块夹中厚层状和透镜状粗砾岩，上部层段有砂砾岩存在，中下部夹有砾岩层。（3）宜君组（K1y）岩性为杂色巨厚层状粗砾岩，夹粗砂岩透镜体。砾石成分主要为花岗岩、变质岩块次为石英岩块。砾径一般5～15cm，最大25cm以上，次棱角-次圆状，分选差，基底式或孔隙式胶结，致密坚硬。与下侏罗统安定组假整合接触。（4）安定组（J2a）为棕红色、紫红色砂质泥岩，夹薄层紫灰色、灰绿色中～粗粒砂岩，底部为1～3米含砾粗岩。砂岩成熟度低，以长石杂砂岩为主，次为长石石英杂砂岩，次棱角状，分选差，钙泥质胶结，块状。泥岩含砂量高，并含钙质结核。（5）直罗组（J2z）80 上部紫红色、灰绿色、紫灰色泥岩及砂质泥岩，夹灰绿色、灰紫色中粗粒砂岩，含黄铁矿结核；下部以灰绿色，灰白色砂岩为主，底部为灰白色含砾粗砂岩，分选差，泥质胶结，砾石成分以石英岩块为主，砾径1-5cm。与下伏延安组假整合接触。（6）延安组（J2y）延安组为含煤地层，井田内无出露。其岩性以河沼相砂泥岩沉积为主，含煤5层，底部4煤为主要可采煤层。延安组下部为铝质泥岩、褐灰色泥岩、砂质泥岩、4煤及4-1煤；中部为灰色中～粗粒砂岩，粉砂岩及薄层泥岩，底含细砾，含1～2层薄煤或煤线；上部为灰色砂泥岩互层，含（1）2号煤。与富县组或三叠系胡家村组假整合接触。（7）富县组（J1f）岩性为灰色、紫灰色泥岩，与下伏地层假整合接触。（8）胡家村组（T3h）岩性为灰绿色、灰白色粉细砂岩夹灰色、灰黑色泥岩。2.4.2水文地质条件（1）第四系更新统砂黄土孔隙～裂隙潜水含水层与砂粘土隔水层遍布黄土塬梁地带，各沟谷中均有出露，包括上更新统马兰组（Q3）、中更新统离石组（Q2）及下更新统午城组（Q1），总厚175m。马兰组一般厚15m，为浅灰黄色粉土，结构疏松，大孔隙及垂直节理发育，透水而含水微弱。离石组一般厚130m左右，含水层主要由砂黄土、黄土及古土壤层组成，地下水位埋深20.5～85m，含水层厚度63.11～96.40m，单位涌水量0.0412～0.0830l/s·m，属富水性弱的含水层。水质类型一般为HCO3-Ca·Na及HCO3-Mg·Na·Ca型，矿化度小于0.5g/l，水温14～15℃。80 午城组厚约30m，以深黄褐色砂质粘土为主，较致密，具隔水性。（2）第三系红土隔水层段与砂卵砾石孔隙潜水含水层段厚度80m。上部以棕褐色粘土、砂质粘土为主，厚约60m，系良好的隔水层。下部主要为浅棕褐色～浅灰褐色半固结砂卵砾石，厚约20m，出露泉流量0.005～5.00l/s，一般0.2～0.3l/s，富水性弱而含水不均一。水质类型HCO3-Na·Mg、HCO3-Mg·Na·Ca，矿化度0.38～0.49g/l，水温7～18℃。（3）下白垩统洛河组孔隙～裂隙承压含水岩组（K1l）棕红色中、粗粒砂岩夹薄层泥岩及薄层棕灰色砾岩，厚度281m。钻孔抽水试验结果：单位涌水量0.11/s·m，渗透系数0.02757m/d，为富水性中等的含水岩组。水质为HCO3·Cl·SO4─Na型，矿化度0.628g/l。（4）下白垩统宜君组孔隙～裂隙承压含水层（K1y）棕红色～紫灰色块状巨砾岩，厚度40m左右。据钻孔对该含水层进行抽水试验：单位涌水量0.00787～0.00876l/s·m，渗透系数0.016266～0.020m/d，为富水性微弱的含水岩层，水质为Cl·SO4─Na型。矿化度3.81～5.50g/l。（5）中侏罗统安定组相对隔水层（J2a）岩性以棕红色、紫灰色泥岩、砂质泥岩及中、粗粒砂岩组成，厚度60m，砂岩裂隙不发育，可视为相对隔水层。（6）中侏罗统直罗组裂隙承压含水岩组（J2z）岩性为浅灰绿色中～粗粒长石石英砂岩，夹灰绿色泥岩、砂质泥岩。上部泥岩、砂质泥岩具隔水性。下部中～粗粒砂岩为含水层，据钻孔抽水试验：单位涌水量0.000022～0.002l/s·m，富水性极弱，水质类型SO4-Na及Cl-Na型，矿化度5.531～20.45g/l，水温17～20℃。（7）中侏罗统延安组裂隙承压含水岩组（J2y）地层厚度一般90m。含水层主要由4号煤层及其老顶中粗粒砂岩、砂砾岩组成，矿区中东部较厚，达50～60m，其它地区较薄，一般10～30m。据钻孔抽水80 试验：单位涌水量0.000046～0.1036l/s·m，富水性微弱而不均一，水质类型以SO4·Cl-Na型为主，SO4-Na型次之，矿化度3.60～18.20g/l，水温16～19℃。2.5工程施工要求[4]本孔为井筒检查孔，除对钻孔质量的一般要求外，此孔还要做全井数字测井，分层抽水实验等。（1）该孔需要钻遇地层及煤层：Q+N：268m；K1l：253.55m；k1y：41.40m；J2a：57.60m；J2z：19.0m；J2y：130.60m：J1f：10m。1煤层深度：645-646.55m，厚1.55m；2煤层深度：680-681m，厚1m；3煤层深度：728-729.20m，厚1.20m；4煤层深度：738-742m，厚4m；4-1煤层深度：750-751.15m，厚1.15m；（2）要求准确判定地层单位，划分出各地层组之间的分界线；（3）准确判定煤厚≥0.8米的可采煤层的深度、厚度及结构；（4）准确测定钻孔的初见水位及近似稳定水位；（5）该孔参加质量验收的煤层预计有1、2、3、4、4-1号煤层，共5层；80 图2-4红丫口ZK3-3地层柱状图[4]（6）取芯要求：宜君组（K1y）地层及洛河组（K1L）中的砾岩夹层采取率≥30%，其余非煤系地层及煤系地层采取率≥70%。煤层长度采取率≥90%，重量采取率≥75%。岩芯、煤芯必须清洗干净，顺序摆放，不同煤岩类型的煤层段划分和详细描述。详细描述岩石的工程地质特征并统计和计算地层的RQD值；80 （7）终孔层位为延安组下10米；（8）见煤前（或止煤后）10米范围内准确丈量钻具，其余地段100米丈量一次。见基岩及终孔各丈量一次，误差不超过0.15%，若超差，需合理平差；（9）按规程认真观测冲洗液消耗量；下钻前和提钻后作好回次水位观测。钻机停钻，必须每隔一小时观测水位一次，直到重新钻进为止（若含水层裂隙发育，水位恢复快，需连续观测，连续观测三小时水位不动，则可停止观测）。消耗量和回次水位观测次数分别达到应测次数的80%，且点要分布均匀。钻进过程中遇到涌、漏水，认真记录、描述涌、漏水深度、层位、岩石裂隙发育程度，涌、漏水时需及时通知水文人员；（10）对第四、三系（1层次）、洛河组（1层次）、延安组（1层次）地层进行共3层次抽水试验。要求低固相泥浆钻进，工艺严格按施工设计执行。每层次在抽水结束时采取水样各2个；（11）要采集岩石力学样品，岩石样品直径≥75mm，土样直径≥95mm。地质人员专人采样，煤系地层岩性变化即要采样，≥5米的岩层要增采样品组，每组样长合计大于1.2米。采取煤芯力学样。该孔要采取瓦斯样2个，以推测该区的瓦斯含量；（12）钻孔终孔层位孔斜度≤8°；（13）除正常测井外，该孔须进行声速测井、近似稳态测温工作。对洛河组以下要进行流量测井工作；（14）该孔必须按封孔设计要求进行封孔，封孔后，必须提取砂浆样检查，埋石造标，并注明孔号；2.6工程施工要求本孔为探煤钻孔，主探C1、C5煤层，兼探局部可采煤层,按甲级孔标准要求如下：80 一、煤层：煤芯长度采取率≥90％，煤芯送样重量采取率≥75％,煤层结构清楚，煤芯不污染、不燃烧变质、不混入杂物，顶末、底初回次的岩煤芯总缺失量＜0.20m，钻探确定的煤层厚度与测井资料比较，两者误差＜0.10m，并作好判层记录。二、岩芯：全孔取芯，非煤系地层岩芯采取率≥60％，煤系地层岩芯采取率≥70％，岩芯要求清洗干净，按顺序编号、贴票，进行地质及工程地质编录。要求全孔岩芯装箱妥善保存。三、终孔层位：钻孔揭穿F1断层，进入永宁镇组（T/2g2/）15m后，方可终孔；若未遇F1断层，则需揭穿煤系地层，进入峨眉山玄武岩组（P2β）15m后，方可终孔。四、孔斜：本孔设计为直孔，终孔斜度≤15°。五、孔深：开孔以后，每钻进100m及在煤层顶板以上或底板以下10m范围内准确丈量钻具，误差不得大0.10％，且合理平差。六、钻孔封闭：按封孔设计和钻探规程进行钻孔封闭，并采取砂浆样检查，井口埋设永久性标志，提出封孔报告。七、原始资料：各项原始资料均按规定的格式和要求填写，做到及时、准确、清楚、完整。八、采样：采取煤层煤芯煤样、瓦斯岩、夹矸样、煤层顶板及底板物理力学试验样、煤层底部黄铁矿样等。九、水文地质：（一）钻至基岩后，下好井口管，进行止水检查2小时，要求每小时水位差≤40mm。若钻进过程中发现止水失效，应重新进行止水，检查合格后，方能继续钻进，并作好记录。全孔要求做回次水位和消耗量观测，应分别达到应观测次数的100%。（二）观测钻进中回次水位和冲洗液消耗量的变化，按《煤矿床水文地质、80 工程地质及环境地质勘查评价标准》执行。深水位的回次水位观测按以下执行：（三）观测和详细记录钻进中涌、漏水、掉块、塌孔、缩径、逸气、涌砂、掉钻等现象发生的井深和层位。（四）对全孔岩芯作裂隙鉴定。（五）因故停钻2小时以上，要求每小时观测一次停钻水位。十、测井：全孔进行常规测井。第三章钻探施工设计3.1钻孔结构及施工措施钻孔结构设计及开孔本孔设计开孔直径应不小于130mm，根据地层岩性硬度换径，至完整基岩后，换径为75mm至终孔。开孔前，各责任单位和部门对地基、钻塔、机械设备的安装、安全设施、水源循环系统、排水沟、活动工作台、开孔材料准备等进行全面检查。要求钻塔、机器、机台架安装水平、稳固，天车、立轴、孔口三点一线。开孔后，开孔管必须从0.5m、1.0m、2.0m、3.0m随井深不断加长。其中换径管不短于3m。钻至5m后方能取消导向，并牢固下好井口管，做止水检查，80 作好检查记录。钻进5-10m测量一次天顶角为0度时方能继续钻进，不合格者要及时采取措施纠正。3.2钻探设备和器材3.2.1钻机选择（1）钻进能力参数选择①钻杆直径土层取芯钻孔直径为Φ148mm，岩层取芯钻孔直径不等，第一级钻孔最大直径为Φ150mm，钻杆直径应小于Φ127mm，但不能过小，否则会使间隙过大，产生钻杆弯曲严重，泥浆上返困难等问题；孔深为780m，考虑到钻孔较深，立根长度应尽可能长，但也要保证立根立放不能过度弯曲，那钻杆至少需选择Φ73及以上钻杆；综合考虑有73、89、108钻杆可选。②钻孔深度最大孔深为780m；③钻孔直径土层取芯钻孔直径为Φ148mm，第一级钻孔最大直径为Φ150mm；其他钻孔直径分别为130mm，110mm，91mm，75mm④钻孔倾角此钻孔为垂直孔。XY-（5）XY-6和TK-3型钻机都符合相应要求，但考虑到此钻孔直径较大，Φ150mm孔段从0～68m，Φ130mm孔段68～150m，应选择钻进能力强的钻机，根据表3-3可知，XY-5型钻机较适合。表3-1钻机比对表型号XY-5XY-6TK-380 技术参数钻进深度（m）10001500150020001000钻杆直径（mm）6050605050钻孔直径（mm）15015093图3-1XY-5型钻机（2）钻机工作参数选择转速：由于此钻孔工艺的要求的，在各个阶段将使用不同的钻头，其直径分别为75mm、89mm、110mm和130mm，根据下式估算其转速[1]：式中：——钻头上切削具的线速度（m/s）；——钻头平均直径(m)；——钻头转速(r/min)。80 由于地层都为软岩，取；钻孔用到四种孔径，分别为。D1=0.075，D2=0.089，D3=0.110，D4=0.130，D5=0.150代入数据：n1=60×1.6π×0.075=407r/min,n2=60×1.6π×0.089=343.5r/minn3=60×1.6π×0.110=278r/min，n4=60×1.6π×0.130=235r/minn5=60×1.6π×0.150=203.8r/minXY-5型钻机有261r/min、294r/min、355r/min、577r/min档位与所需转速相近，所以XY-5型钻机可以满足钻进工艺对转速的需求。综合钻进能力参数、钻机工作参数的要求，本钻孔施工选择XY-5型钻机。表3-2XY-5型钻机部分技术参数表钻进深度（m）钻杆直径（mm）钻孔直径（mm）转速（r/min）最大提升能力（KN）容绳量（m）动力机型号动力机功率（KW）10006015085；166；261；355；294；577；906；1232401404135G601500503.2.2泥浆泵选择泥浆泵的两个主要参数是流量和压力，泥浆泵选择主要依据这两个参数。（1）泥浆泵流量生产中以有效排除岩粉作为确定冲洗液量的依据。从确保排除岩粉出发，冲洗液量的确定可用下式计算[1]：80 式中：——冲洗液量（）；——上返流速不均匀系数（一般），取1.2；——最大上返环状空间过流断面面积（）；——由钻头外径决定的孔径或套管直径（）；——钻杆外径（），为60mm；——冲洗液上返流速（）（一般），取0.35～0.45m/s。代入数据：Q=1.2×π4×1302-602×0.45×60×0.001=107.73L/min直径150mm的孔段，由于孔径过大，上返流速设为0.2～0.25m/sQ=1.2×π4×1502-602×0.25×60×0.001=85.05L/min查国内往复式泥浆泵的类型及其技术参数：BW-250型泥浆泵满足流量要求，如下为BW-250型泥浆泵参数：表3-3BW-250型泥浆泵技术参数表类型变量方式流量级数流量（L/min）卧式三缸单作用活塞泵变速箱箱四级变速更换两级缸套4320；230；165；118缸径（mm）活塞行程（mm）吸水管直径（mm）排水管直径（mm）80 80；601107550额定排出压力输入功率重量（KN）外形尺寸4；5；6；830单机6501280×995×6503.2.3供水泵选择由矿区自然条件可知：矿区基础设施较完善。孔位距水源300m，高差20m。无电源。配置双缸柴油机一台。型号为2105F，额定功率20HP，额定转速1500r/min。用于带动供水泵工作。由于水源较近直接使用供水泵供水，孔位距水源300m，无需设置二级泵站，故此供水泵的选择主要从供水泵流量和供水泵的扬程两方面选择。（1）供水泵的流量供水泵的流量由钻场每天需要的用水量确定。钻场每天需要的供水量应根据钻孔结构、循环系统容积以及钻进时的消耗量进行估算。实际选择时，由于钻进时的消耗量不大，而循环系统中泥浆已经在开工时配置了大部分，后续配制的泥浆量不大，对水量需求不大。故施工过程中用量较小，故供水泵的流量可尽量选小。（2）供水泵的扬程供水泵为了将水由水源处经过管道输送到钻机场的储水池必须具有一定的扬程（工作压力）以克服一定阻力。供水泵扬程一般可按下式计算[1]：式中：——水源距钻机的高度（m），此处为20m；——每百米长管路水头损失（m），按流速0.8m/s，管道内径40mm，查80 表得2.5米水柱；——水源到钻机场整个送水管路的阻力损失的总和（m）。代入数据：H=20+2.5×8=40因为H=40<60，一般选用离心泵。查B型离心泵技术参数表，选用3B-57型离心泵。并配置单缸柴油机一台。表3-43B-57型离心泵技术参数表流量扬程（m）转速（r/min）柴油机功率（KW）允许吸上真空高度（m）重量（kg）7044.52900174.7706050.05.645576.73.2.4动力机选择钻场在山区，无电，故需配置柴油机提供动力。现场共配置了两台柴油机，一台供钻机使用，一台用于发电机组。钻机柴油机为4105型，额定功率60KW，额定转速2000r/min。发电机组柴油机为K41000型，额定功率30KW，额定转速1500r/min.3.2.5钻塔选择钻塔是钻探施工中用于悬挂滑车系统进行起、下钻具和套管的设备。钻塔的类型和结构应根据孔深、钻孔倾角、大钩荷载以及施工期限等选用。（1）塔高和钻孔角度的选择①塔高80 钻塔高度决定于设计孔深和起下钻时的立根长度。钻孔越深，立根越长，钻塔也就越高。初步确定塔高：式中：——钻塔高度（m）；——立根长度（m），由于使用Φ73mm钻杆，单根长3m，为保证立根弯曲程度在允许范围内，立根只使用四根钻杆，即；L=3×4=12m——系数，与起下钻工具尺寸和提钻安全高度有关，值一般可取1.25～1.4；立根短，提升速度快时，取大值，这里取1.3。代入数据：②倾角范围钻孔为垂直孔。（2）钻塔负荷量的选择钻塔负荷量依据天车载荷选定。天车载荷值取决于最大可能的大钩荷载、滑车系统结构型式。①提升钻具时的大钩荷载[1]：式中：——每米钻杆柱的重量（N/m），查钻杆规格表，；80 ——钻杆柱长度（m），按孔深取780.15m；——冲洗液比重（g/cm3），选用低固相泥浆，估取为1.05；——钻杆钢材比重（g/cm3），取7.85；——接头重量修正系数，接头连接；——卡阻系数，=1.5～2，孔较深取1.9；代入数据：②滑车系统结构首先计算滑车系统中工作绳数：式中：——绳数；——升降机提升能力（卷筒绕绳拉力）(KN)，查表3-1，取40KN;——滑车系统效率，估计在3左右，查滑车系统效率表，取0.91；代入数据：向大数方向取整，；80 ③天车载荷由于，只能使用无死绳端方式；无死绳端时，天车载荷为：代入数据：无死绳端时：如将取为4，可使用有死绳端。有死绳端时，天车载荷为：代入数据：有死绳端时：由于无死绳端得滑车系统，对钻塔的荷载是不均匀的，仅用于塔高不高的情况。此处应选用有死绳端的滑车系统，天车荷载使用有死绳端时的计算结果，既。根据塔高、钻孔角度和天车荷载，结合公司实际，A18-20和A18-35都满足要求，但A18-35的天车额定负荷远大于需求量，故选择A18-20型钻塔。表3-5A18-35型钻塔技术参数表钻塔高度（m）额定负荷（KN）塔脚跨度（m）天轮个数底座尺寸（m）二层台高度（m）立根容量（m）80 17150445×4.5250012003.2.6附属设备选择（1）水龙头水龙头的作用是向钻具内输送高压冲洗液，水龙头的选择一般根据钻进口径和钻进深度选择，由于此钻孔钻深为780m，故应选用深孔水龙头。（2）吸水管和高压送水管吸水管主要用于连接泥浆泵吸水管接头和滤水器，而送水管主要用于连接泥浆泵排水管和水龙头。它们的选择主要根据泥浆泵吸收管接头和排水管接头的尺寸以及输送压力等选择。由于吸收管内压力较小，受外力扰动也较小，但同时考虑到机场环境恶劣，设备经常搬迁，对其耐久性有较高要求，故选用埋线吸水胶管，直径152mm和75mm。排水管的承压能力要和泥浆泵的输出压力相匹配，直径要与排出口直径相符，BW-250泥浆泵的最大输出压力为8MPa，故需选用高压输水管线，直径90mm。（3）滑车装置的选择根据钻塔选择时的计算知：滑车系统工作绳数为4，有死绳端，大钩荷载为105.56KN。故应选择双轮，满足负荷要求的滑车。查滑车系列表，选择双轮负荷能力为16t的游动滑车。图3-4滑车系统结构示意图（4）绷绳的选择使用绷绳加固钻塔使其在风载荷其他水平荷载下保持稳定是通常采用的方法。为了决定是否需要使用绷绳，要先进行钻塔抗倾覆计算：使用A18-20型80 A型钻塔，由于A型钻塔没有塔围，受风面积仅为塔架部分，风载作用很小，忽略不计。但为了防止意外倾覆，仍需要使用绷绳对钻塔进行加固，在钻塔上加绷绳加固后如图3-7所示：图3-5绷绳加固示意图根据图3-7可以得出以下计算式：绷绳计算长度为25.5m，为了与钻塔和地面连接加长2m，总长27.5m。查钢丝绳规格表，选择Φ20mm钢绳，钢绳规格绳6×37股（1+6+12+18），钢丝公称抗拉强度为1400MPa，四根，长度27.5m。（5）提引器的选择普通提引器结构简单，体积小，重量轻，此钻孔就选择普通提引器。（6）泥浆搅拌机的选择这里选用JW-0.8型泥浆搅拌机。技术参数表如下：表3-6JW-0.8型泥浆搅拌机技术参数表规格(m³)机轴转速(r/min)搅筒有效容积（m³）搅拌泥浆能力（m³）0.8700.81―280 3.2.7地质岩芯钻探用管材（1）钻杆根据前面的分析，选用Φ75（89、108、128、146）mm钻杆，规格表如下：表3-7钻杆规格表加厚方式钻杆外径壁厚公称内径加厚部分钻杆全长理论重量(kg)外径内径端部内径加厚长度过渡长度螺纹长度每米重量附加重量DbdD1d1d1L1L2Gkg/m内加厚4869485112065607.991.5（2）钻铤及其接箍Φ150mm孔段使用Φ91mm钻铤，Φ130mm和Φ110mm孔段使用Φ83mm钻铤。（4）钻杆接箍对应选用60规格的钻杆接箍。（5）钻杆锁接头对应选用60规格的钻杆锁接头。（6）主动钻杆结合钻机结构，选用外径60mm主动钻杆。（7）岩芯管、套管80 由于岩芯原生构造的评价无要求，故使用普通壁厚的单层岩芯。0～268m孔段取芯使用取土器，无需岩芯管，需下入Φ146mm套管；抽水过程使用Φ127mm隔水套管。770.15～780.15m孔段的取芯钻孔直径为75mm，选用直径为71mm的岩芯管；639.55～770.15m孔段地层是煤层，取芯困难且要求取芯率高，故采用特殊的取芯钻具。3.3机场布置机场布置包括机场的修筑、钻塔和机械设备安装及其它附属设施的安装等几方面。3.3.1钻探机场的修建（1）修筑场地钻探场地的选择，应根据地质设计的要求（孔位、孔深、方位及倾角）和施工安全、方便、节约的原则进行选择。①机场方向机场方向主要决定于钻孔的方位角，此钻孔为垂直孔，机场方向根据现场情况设置。②机场大小钻探机场的大小由所选设备类型，布置形式，循环系统和器材放置占地面积而定。综合各种条件，此钻孔机场大小为15m×13m，总面积195㎡。③机场平整钻探机场场地的平整，必须使场地平坦坚实，稳固，适用，保证在其上布置的基台和安装的钻塔及机械设备不会发生塌陷、溜方歪斜，整个钻孔施工期间自始至终能安全顺利的进行。（3）建筑基台80 安装钻探设备的基台是在修建完毕的地基上用数根基台木建成的，基台木根据所用钻探设备的类型按一定的规格和形式排列，分上下两层交错并用螺栓连接而成。（4）基台木的布置①基台木的规格基台木的断面尺寸与钻机的钻进孔深有关，由于XY-5型钻机是1500型钻机，选用250×250（mm）的基台木。②基台木的连接连接方式如图3-8。③基台木的布置在保证基台稳定、牢固的前提下，基台的结构应尽量简化，力求少用基台木。A18-20型钻塔，塔高18m，塔底宽5m，由于钻孔为直孔，所以孔前距等于孔后距，为2.5m；机座左右两排螺孔间距离为1200mm，机座前排螺孔中心连线到立轴中心的垂直距离为280mm。根据以上原则和计算，对基台木进行如图3-9：图3-6基台木接头连接和横顺枕木交错连接图80 图3-7基台木布置图（mm）3.3.2钻塔及机械设备的安装（1）钻塔的安装使用整体安装法。此法即在地上先把钻塔连接起来，再用机械方法整体将钻塔竖立起来。（2）机械设备的安装正确安装钻探设备并保证其牢固性对整个钻进工作有很大的影响，因此安装钻探时必须注意下列事项：①设备安装好后，必须达到周正水平，稳固的要求；②钻机立轴中心线与天车中心（前轮缘）、孔口中心线必须在一条直线上。80 ③固定设备底座的螺杆必须符合规格，并带有垫片和防松螺帽拧紧，以防松动和避因拧紧螺丝而损害基台木；④各钻探设备的安装位置应便于操作和确保工作的安全。（5）附设备的安装①循环系统的安装循环系统包括水源箱（池）、循环槽（沟），沉淀箱（池）等。循环系统的规格应根据设计孔深、预计钻进岩层性质，所用冲洗液携带岩粉的能力等情况合理确定。施工期为夏季，循环系统要设置挡雨棚。循环系统包括水源箱2个，体积a×b×h=1m×1m×1.5m。循环槽，长×宽×高=15m×250mm×200mm。槽中每隔2m上下交错设置挡板。孔口—沉淀池—水源池要有一定的坡度，1/100。沉淀箱2个，体积a×b×h=3m×3m×0.5m。根据上述原则，设计冲洗液循环系统如图3-10：②安全设备的安装防火设备场内要有足够数量的防火用具如灭火器、沙箱（沙袋）、防火沟等，并设专人负责。绷绳安装绷绳用以保持钻塔平稳，增加钻塔强度、预防大风侵袭而倾倒。因为A18-20型钻塔高为18m，在钻塔每根塔腿上各设一根，系于塔高3/4处。避雷针及其安装由于一年四季都在施工，为预防夏天触电，雷击事故，在上需安装避雷针以80 保证雷雨季节施工安全。按上述要求，设置绷绳及避雷针装置，如图3-11：图3-8冲洗液循环系统图图3-9绷绳及避雷针装置图3.3.3钻探机场的布置机场内部的布置应按照整齐有序、使用方便、操作安全、作业过程中互不干扰影响的原则将选定的设备和循环系统等布置在平面图上。依据以上原则，得到以下布置图：80 图3-10钻机场布置图3.4简易水文观测3.4.1简易水文观测的内容（1）钻孔中的水位（2）钻孔中的涌水现象（3）冲洗液的消耗（4）水的温度（5）根据岩心研究岩层力裂隙性质及强度（6）钻进时钻具骤然下落现象除此之外，如遇到大的含水层，及大的构造破碎带，对水文地质有重要意义时，应进行简单的抽水或注水试验、止水、取水样、取岩样等。使用电测水位计进行水温观测。3.4.2简易水文观测的操作注意事项钻孔简易水文地质观测是在钻进过程中及时发现含水层，初步确定含水岩层的富水性及央溶在不同垂向深度的发育程度和发育规律等水文地质问题的重要手段。其观测项目一般包括：地下水水位、水温、冲洗液消耗量及粘度、涌水现80 象等。此外，对岩心采取率、钻进速度和钻进情况（掉钻、卡钻、埋钻、孔壁坍塌、涌砂、气体逸出等）及变层、换径的位置等也应作详细的观测与记录。并编制相应的曲线图表。各项观测工作的具体要求见下表表3-9简易水文观测工作的要求观测项目观测方法及质量要求备注水位观测每次提钻后（10分钟内）、下钻前各测一次，时间间隔不得小于5分钟。因故停钻时间较长时，观测时间视水位变化快慢而定。每2小时观测一次，直到稳定为（2小时内水位波动不超过3厘米）。稳定后可每4小时观测一次。开钻前再测一次。遇水位突变或有意义的含水层，应停钻测其静水位或水头高度。观测基准点必须固定；经常检查测绳长度，一般10米以内误差不应超过5厘米。水温观测一般在孔内水位和漏水量有很大变化时才进行测量，每个含水层至少测定一次，较厚含水层可在上、中、下各测一次。涌水钻孔可在孔口测定，精度要求±0.5℃。同时记录气温冲洗液量消耗观测钻进过程中每小时测量一次，当发现有突然变化时，必须增加测量次数。测定方法是：下钻扫孔到底和提钻关泵时，各测一次水源箱的水量，再加上工作时间注入水源箱的水量，即可求得此回次冲洗液总消耗量。对自然造浆的钻孔，每班必须测定一次泥浆的粘度；对使用泥浆的钻孔，每回次须测定泥浆水位；每班应测定泥浆比重及其粘度、温度变化。冲洗液循环系统不得漏失，务必防止雨水及地表水的流入，应经常清挖出其中的沉淀物。涌水漏水现象钻进中发现孔内涌水时，应记录其位置，并应立即停钻，接长套管，测量水头高度。若发现严重漏水时，应记录起止深度及耗水量等。对涌水钻孔，必要时可进行涌水量试验其它对钻进过程中的掉钻、坍塌掉块、换径变层、返水颜色的突变及涌砂、气体的逸出等现象，均应记录其起止深度。钻进过程中应进行孔深和孔斜的校测，发现问题及时修正。终孔后应测量孔深和孔斜。80 3.5抽水试验抽水试验前，必须进行洗井工作。洗井应采用压风机或二氧化碳的方法，一直洗至水清沙净。洗孔后及抽水试验前后均需进行孔深探测，沉淀物不得埋没下部含水层厚度的1/5。降深要求：按有关抽水试验规程执行。动水位及水量的要求：动水位和涌水量应同时观测。抽水开始阶段，每5分钟观测一次。然后，视其稳定程度，每30分钟或1小时观测一次。静止水位及恢复水位要求：抽水试验开始前和结束时，必须分别进行静止水位和恢复水位测量，并按有关规程要求详细记录。抽水试验结束后，应将现场的所有原始资料进行详细的检查、校核，确认无误时，方可进行室内资料整理工作。3.6封孔3.6.1封孔的目的和要求目的：主要是防止钻孔穿越某些岩矿层，给地下水的利用矿山的开采，矿产保护，工程建筑带来危害。因此除了少数留作长期观测或成井的钻孔以外，其余的钻孔均须密封。要求：（1）孔口以下5m范围内，均需用隔水材料封孔。（2）凡是穿过工业矿体，又见有含水层、含水结构、或同时穿过几个含水层，可能导致水文地质恶化的钻孔和其工业矿层或主要含水层以及含水构造的顶、底板上下各5m范围内，必须用P.O42.5号以上的水泥进行密封。如封口段是粘土层，也可使用优质粘土密封。（3）封孔后必须在孔口设立标志。80 3.6.2封孔材料及封孔方法的选择（1）封孔材料由于水泥能在水中固化，与钻孔孔壁具有一定的胶结力，同时又有较好的隔水性能，同时钻孔直径很小，所需水泥量不大，故全孔采用水泥密封，水泥牌号为P.O42.5。（2）封孔段长度由于地下水范围几乎覆盖全孔，同时为简化工序，决定采用全孔段封闭，封孔长度为780.15m。（3）水泥用量计算水泥计算用量计算公式如下：式中：——每袋水泥理论密封长度（m）,以水灰比0.45计，为0.51m、为1.82m、为2.92m。——密封孔段长度（m），分别为50m和640m；——系数（K=1.36～1.7），取1.4；——需要水泥用量（kg）。代入数据：t（4）水泥封孔方法80 由于孔较深，同时为了简化工序，采用水泵灌注水泥浆的方法进行封孔。利用泥浆泵的压力，将水泥浆通过钻杆送到孔内封闭段，直到孔口有水泥浆冒出时即可停止灌浆。（5）封孔质量检查方法使用采取液样法检验，选用提筒取样器，提筒用长2～3m的小一级的岩芯管制成。在灌注完毕后将提筒下入到孔内灌注部分，稍停2～3分钟，提出地表，确定灌注位置，并观测上部浆液稀释情况。第4章钻进工艺和钻井液选择4.1钻进工艺钻进工艺包括钻进方法、钻进设备和钻井规程的选择和计算。4.1.1钻进方法为了确定钻进方法，先对钻孔地层地质概况进行分析，下面是钻孔地层剖面表：表4-1钻孔地层剖面表[4]地层岩性孔深（m）可钻性岩层倾角（°）可能的复杂情况自至计第四、三系（Q+N）黄土、下部红土02682682～50漏失洛河组（K1l）砂岩夹砾岩268521.55253.554～62钻孔倾斜宜君组（K1y）砾岩521.55562.9541.461钻孔倾斜安定组（J2a）泥岩、砂岩含砾562.95620.5557.604～50掉块、缩径80 直罗组（J2z）砂、泥岩含砾620.55639.55194～50掉块、缩径延安组（J2y）砂泥岩互层、煤639.55770.15130.64～52打丢打薄煤层富县组（JIf）杂色花斑状泥岩770.15780.15104～50根据地质资料，结合前面钻孔设计的分析可以得出如下结论：由于此钻孔上部第四、三系为黄土地层（0～268m），可钻性级数为2-3级，且地层中几乎无其它杂质，同时考虑到黄土极易被水冲刷侵蚀，为了保证取土质量，选用取土器来取黄土地层的土芯，对于取土器的类型，考虑到取芯深度达268m，故使用旋转取土器。第四、三系地层的扩孔直径较大，直径为150mm。下部的地层可钻性级数为4-6级（268m～639.55m，770.15～780.15m），为砂岩、砾岩和泥岩，考虑到PDC钻头切入量大，切削具与岩石之间的硬度差大，适宜在软至中硬地层中钻进，而在硬度和研磨性较大的地层中易崩落，且实际证明在这些地层中有较高的钻进效率，故在较软的砂岩和泥岩岩层使用金刚石复合片钻头钻进。硬质合金钻头以切削作用碎岩的，且四方柱和八角柱等切削具有较强的抗崩能力，能在中硬及部分硬地层中钻进，故在相对较硬的砾岩地层中使用硬质合金钻头钻进。延安组含煤层（639.55m～770.15），由于煤层取芯困难，同时对施工对取芯率的要求高，所以需要使用专用的取煤器采取，将在后面的章节中讨论选择。4.1.2钻头类型0～268m孔段为黄土，可钻性级数为2-3级，可以使用旋转取土器取芯。80 图4-1旋转取土器结构图1-接头；2-异向头；3-异径接头；4-余土管；5-外管；6-取土器；7-螺旋片；8-管鞋268m～780.15m孔段需取芯，大多数孔段为砂岩和普通泥岩，可钻性级数为4～5级，使用金刚石复合片钻头钻进。但其中安定组和直罗组为遇水膨胀型页岩且含有直径1～5cm砾石，其它组地层也夹有可钻性级数为6级的砾岩，不适合金刚石复合片钻进，同时从防止缩径方面考虑，应使用硬质合金肋骨钻头，但此孔段为第二级孔，不能使用。所以通过加大硬质合金钻头内外出刃来预防，这里选用单双粒钻头。图4-2金刚石复合片钻头结构图表4-2金刚石复合片钻头结构参数表80 钻头体钻头直径外径复合片安装直径内径复合片数量134/1121341231166图4-3单双粒钻头结构图表4-3单双粒钻头结构参数表硬质合金合金牌号合金型号内出刃（mm）外出刃（mm）底出刃(mm)镶焊角YG4cK531222-315°钻头体80 钻头直径外径合金安装直径内径硬质合金数量134/11213412311612扩孔孔段直径分为150mm和130mm，110mm钻头直接购买，150mm孔段由于直径较大，易偏移原来的取芯孔钻头的轨迹，故在中间加导向杆。4.1.3钻进规程钻进规程参数包括：钻压、转速和冲洗液量。钻进时必须根据岩石性质，钻头结构、设备条件以及钻孔质量要求等条件，选择钻进参数。（1）钻压Φ127mm取土器：取土器取土时钻压一般根据现场情况确定，既能保持取土器以一定速度下沉即可。Φ134mm单双粒钻头和金刚石复合片钻头：由于还没有能反映各种影响因素的钻压公式，这里使用常用公式[1]：式中：——钻压（KN）；——每颗切削具上应有的钻压（KN/颗）；——钻头唇面上的切削具数目。268～562.95m孔段为可钻进等级为4～6的砂岩和砾岩，选用单双粒钻头硬质合金钻进，取1.0～1.1，为9.代入数据：80 562.95～639.55m、770.15～780.15m孔段为可钻进等级为4～5的泥岩和砂岩，选用金刚石复合片钻头，取1.1～1.2，为6。代入数据：639.55m～770.15m，为可钻进等级为4～5的煤层，取芯困难取0.5～0.6，使用单双粒钻头，为9。代入数据：由于还没有能反映各种影响因素的钻压公式，这里使用常用公式：式中：——钻压（KN）；——钻头直径单位长度所需施加的钻压（KN/mm）；——钻头直径（mm）；Φ150mm牙轮钻头钻进的地层可钻性级数在4～6级，取0.05～0.06，为168mm。代入数据：P=0.05~0.06×168=8.4~10KN（2）转速钻头转速选择的主要依据是岩石的性质和破岩的时间效应影响。由实验的钻速—转速关系曲线表明，在软岩中通过提高转速可使得钻速提高显著，而在中硬80 和硬岩中钻速随转速而增大的趋势下降。这里使用钻头切削具的线速度来计算钻头转速，计算式如下[1]：式中：——钻头上切削具的线速度（m/s）；——钻头平均直径（m）；——钻头速度（r/min）；268～562.95m孔段为可钻进等级为4～6的砂岩和砾岩，V1.1～1.2，使用单双粒钻头，为134mm。代入数据：562.95～639.55m、770.15～780.15m孔段为可钻进等级为4～5的泥岩和砂岩，V取1.4～1.5，选用金刚石复合片钻头，为134mm。代入数据：639.55m～770.15m，为可钻进等级为4～5的煤层，由于煤层取芯困难，转速应降低，V取0.6～0.7，选用单双粒钻头，为134mm。代入数据：（3）冲洗液量80 冲洗液量的主要依据是排粉所需的泵量，同时要兼顾对岩芯和孔壁的保护等其它工艺因素。使用下式[1]：式中：——冲洗液在外环空间的上返速度（dm/min）;——分别为钻孔直径和钻杆外径（dm）;——由孔壁、孔径不规则引起的的上返速度不均匀系数;0～268m，多为可钻进等级为2～4的黄土，产生岩粉量大，需取大值，取0.45～0.5，地层松软易破碎，易被冲蚀，为1.05mm。268～639.55m、770.15～780.15m孔段为可钻进等级为4～6的砂岩和砾岩；使用134mm硬质合金钻头和复合片钻头时:取0.45～0.5，地层完整，为1.03mm。代入数据：由于产生岩粉多，取0.35～0.4，地层完整，为1.03mm。代入数据：639.55m～770.15m，为可钻进等级为4～5的煤层，取芯困难，岩芯怕水冲，80 取0.3，直径变化不大为1.04mm。代入数据：结合泥浆泵、钻机的档位，得到表4-4：4.1.4钻进措施（1）预防孔内事故的措施①每回次钻进完毕，应用大泵量冲孔，保持孔内清洁，井内岩粉超过0.5m时，必须专门捞取。②严格执行钻具检查制度，合理使用钻杆，一定要做到“四检查”、“三不下”、“两准备”。③正常钻进时要有专人看管离合器，发现孔内有异常现象时应及时关车。④正常钻进时，各岗位要严格执行岗位责任制和操作规程，绝不能玩忽职守。表4-4钻进参数表层次累计深度地层钻头类型钻压（KN）转速（r/min）冲洗液量（L/min）计算值档位计算值档位10～268第三、四系牙轮钻头9.3～12.486～9285921～1151.33202268～521.5砂岩夹砾岩PDC钻头6.6～7.2201～216257307.5～341.750080 3521.5～639.5砾岩、页岩单双粒钻头9～9.9158～172.3161307.5～341.73204521.5～639.5砾岩、页岩合金钻头8.3～9.9138.5～150161401.1～458.45005639.5～770.1煤层PDC钻头4.5～5.485.7～10085172.5～2072306770.1～780.1砂岩PDC钻头6.6～7.2201～216257307.5～341.7320⑤正常钻进中，设备发生故障时，一定要想办法将钻具提到安全孔段,方可修理机器。⑥孔内发生事故时，首先应上提、下放活动钻具，并设法开泵循环。严禁强拉硬拧，致使事故恶化。⑦在处理事故过程中，一定要做到“三清”、“两慎”、“一勤”、“一稳”，尽快地排除事故。（2）在煤层段内钻进措施①煤层顶板孔段应采用便质合金钻进。煤层顶板致密完整，可采用单管钻进。顶板松软破碎，采用双管钻进；②一次钻程一般控制在1m以内；③见软、不进尺、岩芯堵塞、憋泵和钻具突然下降均要提钻；80 ④下双管前必须取净岩芯；⑤使用单动双管取煤器，内管应转动灵活，水路要杨道，滑筒与钻头挡水台间距应在3—5mm之间；⑥接近煤层应作判层记录，打煤第一回次进尺不得超过0.5米；⑦煤芯长度应在管内丈量；⑧打薄、打丢煤层或采取煤芯不能满足化验要求时，应在封孔前补救。4.2钻孔钻井液4.2.1泥浆选择在岩心钻探中，要保证优质快速安全钻进，正确的选用和使用冲洗液起着十分重要的作用。因此冲洗液被称为钻进过程中的“血液”。选择泥浆主要依据是最需要保护的地层的地质概况和钻进工艺，以下是地层地质概述表：表4-5钻孔地层剖面表地层岩性孔深（m）可钻性岩层倾角（°）可能的复杂情况自至计第四、三系（Q+N）黄土、下部红土02682682～50漏失洛河组（K1l）砂岩夹砾岩268521.55253.554～62孔斜宜君组（K1y）砾岩521.55562.9541.461孔斜安定组（J2a）泥岩、砂岩含砾562.95620.5557.604～50掉块、缩径直罗组（J2z）砂、泥岩含砾620.55639.55194～50掉块、缩径80 延安组（J2y）砂泥岩互层、煤639.55770.15130.64～52打丢打薄煤层富县组（JIf）杂色花斑状泥岩770.15780.15104～50由上表可看出，此钻孔主要有漏失、遇水膨胀、掉快、破碎和取芯困难几个问题。以下作相应的分析：黄土地层，由于其吸水量大，故漏失较大，应主要通过提高了提高滤液粘度和泥皮质量来改善，这里使用SM植物胶钻井液，同时考虑到只是用SM植物胶成本较高以及对泥皮质量的影响，综合考虑使用SM植物胶低固相钻井液。配方及性能如下：表4-6基浆配方和性能表[9]配方泥浆性能相对密度粘度（s）失水量（ml/30min）初切力（dyn/cm²）SM植物胶2.5%钠土7%CMC0.1%1.03～1.04110～1339～1223～27SM植物胶主要用于提粘，同时具有很强润滑性和悬浮岩粉的能力，特别适用于岩粉的产量大的松散地层。CMC主要用于提粘和降滤失，有助于钠土形成更加致密的泥皮。吸水膨胀、遇水剥落的地层，产生问题的主要原因是地层是由吸水膨胀的泥页岩或含有泥质成分的岩石组成，其吸水后产生水化作用而被分散，从而造成缩径、掉快和垮塌，一般可采用粘度较大、失水量小，有页岩抑制作用不分散低固相泥浆。使用Sm植物胶提粘增切，用腐植酸钾（KHm）作为页岩抑制剂和降滤失剂，配方及性能如下：80 表4-7泥浆配方和性能[9]配方(质量分数)泥浆性能密度g/cm3粘度（S）失水量（ml/30min）PH含砂量钠土1%PHP0.2%Sm植物胶1.5%腐植酸钾（KHm）1%1.03～1.118～2510～158～10<4%注：如泥页岩水化膨胀抑制作用不够，加大腐植酸钾（KHm）加量。SM植物胶主要用于提粘，同时具有很强润滑性和悬浮岩粉的能力。KHm主要用于抑制页岩分散和降滤失，其中的K+离子可以嵌固在泥页岩中的蒙脱土氧原子六角环中，使得蒙脱土变为非膨胀型粘土矿物，从而抑制泥页岩分散，同时腐植酸盐类处理剂有降滤失效果，可以减少自由水进入地层，也减小了泥页岩膨胀的可能。PHP作为选择性絮凝剂加入，将无用固相絮凝，防止粘度不断升高。煤层取芯困难，主要是由于煤层岩芯在泥浆的冲蚀下直径容易变小，甚至断裂，造成取芯率低下，一些较薄煤层打丢等事故，同时煤层由于结构不稳定，易发生垮塌，同时煤层中的还有一定的粘土矿物，易发生水化膨胀，根据以上分析在水化膨胀段所用泥浆基础上改进，减少腐植酸钾和Sm植物胶的用量。配方及性能如下：表4-8泥浆配方和性能配方泥浆性能80 (质量分数)密度g/cm3粘度（S）失水量（ml/30min）PH含砂量钠土1%PHP0.2%Sm植物胶1%腐植酸钾（KHm）0.8%1.03～1.0616～2212～178～10<4%对于其它孔段，使用一般的不分散低固相泥浆：基浆的配方和性能如表4-9。CMC主要用于提粘和降滤失，有助于钠土形成更加致密的泥皮。PHP作为选择性絮凝剂加入，将无用固相絮凝，防止粘度不断升高。表4-9基浆配方和性能表[2]配方泥浆性能相对密度粘度（s）失水量（ml/30min）泥皮厚度（mm）PH钠土3～4%CMC1.5%PHP100ppm1.02～1.0418～2015～180.5～0.88～10这里的泥浆配方和用量来自一些地层与本次钻孔相似地区钻孔，为了获得更为适合的泥浆，在后面的第八章的专题部分做详细分析。4.2.2泥浆配制泥浆配制总体积计算：最大钻孔体积容量：80 配制最大钻孔体积容量1.5倍的泥浆，即30m3。第一种配方土粉和处理剂加量计算：钻井液质量的计算：土粉量和处理剂加量计算：式中：、、—钠土、SM植物胶、CMC加量（t）；—处理剂加量质量分数；—要配泥浆的相对密度（t/m3）；—要配泥浆的体积（m3）；其它配方泥浆材料用来见表4-10:表4-10泥浆材料用量表80 类型第一种泥浆配方第二种泥浆配方第三种泥浆配方第四种泥浆配方泥浆材料钠土SMCMC钠土PHPSMKHm钠土PHPSMKHm钠土CMCPHP质量（t）2.2.16.03.32.06.48.32.32.06.32.251.08.48.00380 第5章钻探工程质量设计5.1岩矿芯采取地质勘探中进行岩芯的主要目的之一，是从地下取出岩矿芯，满足地质方面的要求。一般包括岩矿芯卡取方法和取芯钻具的选择。5.1.1矿芯卡取方法由于此钻孔取岩芯地层可钻进等级在4-6级，硬质合金钻头采用干钻卡取和沉淀卡取法相结合的方法卡取岩心，金刚石复合片钻头使用卡簧卡取法。卡取时注意事项：干钻时应注意干钻的长度，过短挤塞不牢，取不上岩矿心，过长虽然挤塞牢靠，但易烧灼岩矿心。一般为100～300mm；沉淀时关键在于沉淀时间，要根据岩粉颗粒大小、多少、比重及冲洗液的粘度等而定，一般为10～20分钟。5.1.2取芯钻具一种不提钻取岩心或提钻次数很少的钻探方法。其操作特点是取岩心时不需要提出钻孔内的全部钻杆柱，而用专用带钢丝绳的打捞器，通过孔内钻杆中心孔将装有岩心的孔底内管提至地面，获得岩心，从而减少了提下钻次数和升降钻具的辅助时间，提高了钻进效率。其特点是“三高、一低”，即钻速高、金刚石钻头寿命长、时间利率高，工人劳动强度低。技术规格.美国长年公司系列绳索取心钻探钻孔直径分为：AQ(48mm)、BQ(60mm)、NQ(75.7mm)、HQ(96mm)、PQ(122.6mm)、SQ(145.3mm)等规格，即所谓Q系列,为欧美国家广泛仿制与采用。美国的绳索取心钻具在70年代又开发了CQ系列（接头与钻杆采用焊接方式连接）；80年代进一步开发了重型绳索取心钻具系列，如CHD-76、CHD-101和CHD-134等，以专门用于深孔、超深孔条件下实现绳索取心。1972年，中国地质矿产部开始研究绳索取心钻探技术。到目前为止，已研制出系列钻具：S46mm、S59mm、S75mm、S91mm和水文水井钻探用S130mm的绳索取80 心钻具。此外，还有用于坑道钻探的KS-46和KS-59绳索取心钻具。为了进一步提高钻速，已成功地研制了带液动冲击器的绳索取心钻具（见图）。绳索取心钻探现已在地质、冶金、有色金属、煤炭、化工、核工业和建材等系统的钻探部门推广。仅地质矿产部系统截至1987年，用绳索取心钻探累计进尺已达170万米,钻探钾盐的孔深已达2505米。钻孔愈深，绳索取心钻探的技术经济效益愈显著。　技术要点　实现绳索取心钻探的主要技术要点有：①性能良好的钻杆、取心用的双层（或三层）岩心管、绳索打捞器及附属工具；②对岩层适应性强的金刚石钻头；③性能良好的钻机和泥浆泵；④操作人员要经过专门技术培训。　发展趋势　绳索取心钻探应用领域将继续扩大，在技术方面正在进一步改进钻杆连接强度；研究高钻速和长寿命金刚石钻头；有效使用孔底换钻头钻具；完善带孔底动力机的绳索取心钻具等。（见彩图）图5-1绳索取芯钻头由于煤层极易受冲洗液的冲刷而使取芯率下降，需要选用专门的采煤器。其中D-11型采煤器的内管突出钻头，并设有弹簧和牙嵌离合器，内管的伸出长度可自动调整，可以有效的防止煤芯被冲刷。这里选用D-11型采煤器。80 图5-2D-11型采煤器使用该采煤器时的注意事项：（1）下钻前必须检查内外管的垂直度和同心度，发现弯曲应及时校正。（2）钻进过程中不得随意提动钻具，否则会提断岩矿心。（3）由于双管壁厚较薄，强度较差，极易弯曲变形。因此，钻进中压力不宜太大。（4）双管内、外水路过水断面小，压力损失大，故所需泵压常比单管钻进高出2～3大气压，这是正常现象。如果发现泵压剧增，说明水路堵塞；发现泵压下降很大，说明冲洗液有中途大漏失，均应提钻检查，否则可能引起烧钻。（5）孔内有残余岩心超过0.1m时，不得下入新钻头；超过0.3m，必须专门捞取或磨掉。（6）使用双管如发生返水正常的轻微岩心堵塞时，切勿强行处理，可适当调整压力和转速来处理，无效时应立即提钻。5.1.3岩矿心的补取为了保证岩矿心的采取率，当采取率不够时，应采用补取工具进行补取。此钻孔采用压煤器对岩矿心进行补取。使用时，将其下到取煤层位，通过钻杆使压杆沿滑键下移，迫使取样筒沿偏斜器的斜面下行，强力压入孔壁，使煤样挤入取样筒内。一次取样不够时，可更换取样筒，改变取样部位，再补取。80 图5-3压煤器5.1.4提高岩(矿)心采取率的措施（1）下钻前应对取心器性能进行全面检查，取心器应单动灵活、水路畅通、半合管封闭严密可靠、钻头切削具出刃锋利、各种间隙匹配合理。使用后应检查、清洗、注油。（2）任何情况下，回次进尺长度不应超过岩心管有效容纳长度。禁止使用已弯曲的粗径钻具。（3）钻进取心困难的岩矿层时，应适当控制转速、压力、小泵量，并限制回次进尺时间和进尺长度。（4）采用卡料卡取岩心时，应根据岩性及岩心长度确定卡料规格及投入数量，并充分冲孔，确保卡取牢固。卡取岩心时，禁止干钻或猛墩钻具。（5）接到见煤预告书后，钻机应根据煤层情况，研究、制订“见煤”及“打煤”措施。应严格执行守煤制度及班长负责操作制，各小班应统一操作，禁止各行其是。（6）严格执行“见软就提钻”和“进尺缓慢就提钻”打捞岩心的原则，防止因出现岩心堵塞而把煤层打丢、打薄的情况。同时切实做好判层记录工作，准确记录见软、见硬的孔深。煤层第一回次进尺，应控制在0．5m以内。（7）在矿层、矿层顶底板和重要标志层中，岩、矿心没有取上来时应专程捞取。需要钻进时，回次进尺长度严格控制在0．5m以内。5.2钻孔偏斜与测量钻孔实际的空间位置在受到许多因素的影响下，会偏离设计的空间位置，需要对其进行测量和纠正。80 5.2.1钻孔倾斜原因和造斜规律钻孔偏离原设计空间位置，使粗径钻具在钻孔中歪倒从而导致钻孔偏斜的条件是：①孔壁间隙为粗径钻具歪倒提供空间条件；②倾倒力矩是粗径钻具歪倒的动力；③固定的歪倒方向。造成钻孔偏移的原因很多，总的来说是地质因素和工艺因素两方面综合作用的结果。（1）地质方面因素在此钻孔中，洛河组（K1L）砂岩成分具大型板状交错层理，局部含有粗砾岩块夹中厚层状和透镜状粗砾岩，软硬互层，易造成孔斜。而宜君组（K1y）岩性为杂色巨厚层状粗砾岩，夹粗砂岩透镜体。砾石成分主要为花岗岩、变质岩块，次为石英岩块。砾径一般为5～15cm，最大25cm以上，次棱角-次圆状，分选差，基底式或孔隙式胶结，致密坚硬。钻头钻进到这些砾石上时会由于砾石周围岩层较软而发生偏移。（2）工艺技术方面的因素机械设备性能不良，由于使用XY-5立轴式钻机，钻机滑道松旷，钻机刻取岩石的时候，钻机主轴出现横向的摆动，从而造成粗径钻具回转不稳定，导致钻杆弯曲。机械设备安装不够坚固，填方未完全固结，孔隙度高，受震动或者水侵时出现部分下沉；定向管固定不牢，同样造成钻孔轴线偏移。钻进技术参数与技术操作不够合理，比如：在松软地层冲洗液量过大，易斜地层钻压过大。总之，尽量避免粗径钻具歪倒从而导致钻孔偏斜的三条件的同时存在是解决孔斜的关键。80 5.2.2防斜措施（1）必须全部使用钻铤加压。正常钻进中使用加压的钻铤长度不得少于30m，所加钻压不得超过钻铤总重量的1∕2。（2）所用岩心管长度不得低于4米。（3）把好开孔质量关。机器设备要及时的检修，钻机的回转给进系统必须正常，其他相关设备工况良好；确保设备的安装正确，平稳，保证机场的地基坚实，平稳，基台牢固，钻机安装水平、周正；开孔时使用的粗径钻具一定要直，连接同心，其长度随孔深的加深而加长，孔口管要下得牢固，其倾角和方位角必须和设计的一致；换径、扩孔的时候必须带导向工具，连接同心。（4）根据地层特点，合理确定钻进规程参数。5.2.3测斜仪选择虽然矿区为非磁性矿区，但由于使用了套管，选用磁性矿区测斜仪。孔段最小直径为133mm，为使测斜仪下入顺利，同时保证精度，选用比113mm小一级的测斜仪。采用JXC-1型环测式测斜仪，钻进时提出钻具后，将测斜仪送入测试位置，在50-310地孔段每隔30m测一次，其余孔段每隔50m测一次。终孔后每隔50m再全孔测试一次。JXC-1型环测式测斜仪主要技术指标：井下仪器直径:Φ65mm；顶角测量范围：0°～50°，顶角测量误差范围：-0.5°～0.5°；终点角测量范围：0～356°，终点角（Φ）读数误差（在顶角≥5°时）-0.1°～0.1°；使用电源：直流90V（乙组电池）；承受最大液压：20Mpa；定向钻杆规格：Φ42mm80 适用条件：适用于孔径≥Φ75mm的磁性或非磁性钻孔内或套管内进行多点全测斜。5.2.4钻孔偏斜的矫正当发现钻孔倾斜超过限制后，就应及时调整测量间距，增加测量次数。纠斜主要包括顶角和方位角的纠正。由于此钻孔发生孔斜的可能较小，可根据实际情况再选择纠斜钻具。第6章钻探生产组织与管理6.1组织机构设置成立红丫口项目部，全面指挥红丫口项目的野外施工、野外技术管理、资料收集等工作。项目部必须接受甲方工程监理的监督和指导。项目部将充分利用我队在技术、人才和装备等方面的综合优势，对钻探、测井等专业进行统一协调组织，以实现该项工程的最佳管理，从而为实现该项工程的设计目的创造条件。为了确保勘探项目按时、按质、高效地完成，项目的承担单位需加强项目管理，配备不低于本设计要求的人员和设备，抓好技术、生产、质量、安全等工作。力争以最小的投资、最短的时间，完成各项地质任务。制定如下生产管理关系图：80 项目经理部项目技术组生产指挥组安全监督组后勤与外协组测量组地质组水文组工程环境组煤质组测井组钻探组地震分队钻探分队图6-1生产组织关系网络图6.2钻探人员配备和管理项目经理部：由4—5人组成。项目经理1人，负责本勘探项目的全面工作；项目负责1人，负责本勘探项目的地质技术和质量工作，主管项目技术组；项目80 副经理2—3人，分别主管生产指挥组、安全监督组和后勤与外部协调组（外部协调主要指钻机修路和平场）。项目技术组：组成人员为参加项目技术工作的工程技术人员、项目负责兼任项目组组长。设项目副组长1名，项目技术组其它专业人员如下表：表6-1项目技术组其它专业人员表专业地质钻探水文物探测量人数62232生产指挥组：组成人员为项目的生产管理人员，设组长、副组长各1人，其他人员由项目承担单位自定。安全监督组：组成人员为本项目承担单位的安全生产监督人员，设组长1人，其他人员由项目承担单位自定。后勤与外部协调组：组成人员为项目承担单位的后勤管理与对外协调人员。设组长1名，其它人员由项目承担单位自定。各生产分队人员如下：钻探分队：开动5台钻机，不少于90人。物探分队：不少于5人。各生产班组人员由项目承担单位自定。项目组织管理体系：根据本项目地质任务及要求，我队成立由队长、总工程师、生产副队长、综合办公室、地质技术科、生产技术科、试验室、彬县工区、文家坡井田项目部、钻机及各专业组等层层负责的网络管理体系。80 6.3钻探人员岗位的职责6.3.1总项目技术组主要责任（1）负责组织编写地质设计及地质报告中的探矿工程部分，以及年度施工计划，并负责审查。（2）负责组织编制探矿技术发展规则，组织探矿技术攻关。（3）负责组织贯彻执行钻探、坑探技术操作规程以及制定实施细则。（4）组织总结，推广先进经验，引进试验，鉴定新技术、新机具、新工艺。（5）掌握国内外探矿技术发展的新动态，及时组织交流科技情报。（6）对施工中出现的重大技术问题，要及时组织力量进行研究。负责相应技术措施的处理意见。并做出最后决定。（7）参加有关部门对探矿技术力量的调配，技术装备平衡和探矿生产任务安排等并提出意见。（8）协同有关部门开展探矿工人、技术人员的技术学习、技术培训和技术考核。（9）负责审查核实探矿工程技术资料。6.3.2分项目技术组的主要职责（1）负责组织编写和审查设计年度施工计划及钻孔技术指导书的探矿工程部分。（2）提出季度，月度施工安排意见，协助分队长组织施工力量，做好施工准备，抓好施工调度。（3）负责贯彻执行探矿工程各项规程制度，管理办法和实施原则。（4）经常深入现场了解工程进度、工程质量和安全生产情况，对生产技术问题，提出处理意见，并有权做出决定。（5）针对生产技术关键，组织开展群众性的技术革新和攻关，总结、推广80 先进经验。（6）组织填表探矿工程年、季、月报表，负责编写各项专题、技术报告、工作总结以及矿区结束技术总结。（7）负责探矿工人技术学习和岗位技术练兵。（8）会同地质组商定工程位置变动和分层质量指标等问题。（9）做好探矿工程技术档案的分析研究工作，从中找出规律，制定生产。（10）钻孔技术档案负责指导和检查，并要签署意见，对违章生产，冒险做也等不安全现象，有权停止作业。6.3.3钻探技术员职责（1）编写地质设计及地质报告中饿探矿工程部分和探矿年度施工设计以及钻孔、浅井等设计。（2）施工前后机台介绍钻孔技术指示书的探工部分，根据是施工的设计要求及地层情况，提出保证质量、提高效率、降低材料消耗和预防各类事故的技术措施，完工后协助机台总结经验教训。（3）认真执行并模范遵守钻探操作规程，各项制度，管理办法和实施细则，对违章生产、冒险作业及不安全现象，有权停止作业。（4）深入现象，掌握施工进度，工作质量和安全生产情况，定期进行生产动态分析，发现问题及时研究解决。（5）施工中发生重大事故时，深入现场研究处理方案，并向领导汇报，总结经验教训。（6）协助做好探矿工人技术培训，工人技术学习和岗位技术练兵。（7）抓好工程质量工作。（8）整理探矿工程技术档案资料，做好综合研究分析工作，找出规律，指导生产。80 6.3.4钻探机场人员职责（1）机长主要职责：对于全机的政治、生产技术、生活管理等实行全面领导；对设备、仪器、金刚石钻头、扩孔器等材料及工程质量、安全生产全部负责，督促各岗位工作；亲临现场指挥并定期组织全机人员进行政治、业务学习，并负责对新工人进行安全技术教育；还要做好全机人员的奖金分配，年终评比、考核工作。（2）机场材料员的职责：搞好机场经济核算，定期公布成本情况；负责机场各种油料、材料、工具、管材、钻头、磨料计划的编制、领退和送修；搞好机场各种材料、工具、管材的存放与保管。（3）生产班各岗主要职责：①钻探班长岗：做好本班政治思想工作，组织政治、业务学习，负责本班生产技术和考勤②记录岗；填写本班各种报表及金刚石钻头，扩孔器的钻井记录表；负责岩芯的整理、编号、编写、填写岩芯卡片，防止混乱；配钻具、丈量和纪录机上余尺、记录钻进技术参数。③动力岗：负责电动机、发动机的使用和维护保养，做好三好、四会；负责机场后部的环境卫生及照明、电器材料的保管；负责水泵及泥浆搅拌机的使用和维护，参加现场检修；负责冲洗液的配置、调整与维护，经常测定冲洗液的性能，保证清洁。6.4钻探生产的安全管理安装、拆卸钻塔设备的技术安全措施（1）必须在安装队长或机长指挥下进行且系安全带，不得赤脚；台板上不得放工具，塔板和地板之间的高度不低于40-50毫米。（2）建拆塔时，不得在塔下进行其它工作，不准两层同时作业；有恶劣的天气（雷雨、雪、雾、台风等）禁止拆、建塔，冬季施工注意防滑。（3）安装机电设备必须保证钻机立轴、天车中心与钻孔必须在一条中心线上，连接基座与地的螺杆用双螺帽，要保证设备的干燥、清洁。（4）安装防护设备80 ①台板及安全栏杆要牢固地固定在塔身上。②安装滑车及天车要有保险绳或安全挡板。③钻塔必须有绷绳，安装位置要对称，水平夹角一般大于45度，绷绳应用直径12.5毫米左右的钢丝绳并装正反螺丝加以绷紧，下端固定。④对于各滑轮的连接和轮轴的安全情况要经常进行检查，利用皮带、三角皮带或链条传动的地方要设置牢固的皮带栏杆。第7章钻探工程成本预算与施工计划7.1成本预算7.1.1有关成本项目一般应包括以下项目：工资津贴、工资附加费、材料费、劳动保护费、折旧费和管料摊销。7.1.2钻探成本预算使用《钻探取费标准》进行预算[1]，计算如下表：表7-1钻井工程成本预算表序号孔深（m）可钻性级别收费基价（元）单节费用单孔段费用总费用1≤10371710545040605710～208989020～30107107030～40127127040～50151151080 50～6016816808940060～80187187080～1002044080100～270244.8416163270～3005482.414472144146300～500578.9115780500～520694.7138944520～6406805.296624966245640～7704464.960437604376770～780510001000010000表7-2总费用预算表项目单位工程量取费标准预算金额备注一、钻前准备费600001.占地青苗赔偿及修路孔110000100002.钻井设备动迁台/套15000050000二、钻井工程费m780.15—466057系数1.2三、测井费用900080 01.标准测井孔130000300002.流量测井孔130000300003.温度测井孔13000030000四、其他录井费用223601.特殊作业录井m85744065系数1.22.岩芯录井m8571010164系数1.23.地质编录m85788131系数1.2五、固井工程费348801.表层套管吨1.3760098802.封孔费用费孔12000020000(含水泥)3.套管运费车次150005000六、技术工作费二至五项之和×15%100995七、税金前六项之和×3.24%25087合计79937980 7.2钻探施工计划制定7.2.1计算钻进所需时间根据钻探生产台班定额计算得到下表：表7-3钻井工程成本预算表序号孔深（m）孔径（mm）可钻性级别钻探台班定额（米/台班）单节台班数孔段台班数总台班数10～100110～150342567215100～2004.1824200～2703.91183270～30089～11054.47763300～4004.224400～5003.8426500～5203.3165520～60075～8962.223658600～6401.86225640～7007544.151523700～7708.7585770～7807552.54480 7.2.1计算钻探辅助工作所需时间（1）封孔工作时间，查水泥封孔时间定额，封孔工作的时间计算如下表：表7-4封孔工作的时间计算表孔深（m）准备工作清透钻孔配制水泥水泥封孔探明封孔深度合计（台时）700～80088.040.751.851.6821.32（2）电测井工作时间查电测井工作时间定额表，由于有三次测井工作，此孔为煤田综合勘探钻孔，总共为72台时；（3）单层抽水工作时间为3个工日，共3个地层抽水，共9个工日；（4）钻探工程安装拆迁工作时间，查钻探工程安装拆迁工作时间定额，A18-20钻塔为A型钻塔，塔高18m，钻塔及其它装备设施安装拆迁为15个工日（按8小时计算）；（5）平整地基，由于现场地基平整，道路方便，此以2个工日计算。7.2.2确定施工工作日由前面计算知：（1）钻进需要215台班，每个工作日按三台班计，共需72个工作日；（2）电测井工作时间72（台时），每天计算工作8小时，共需要9工作日；（3）抽水工作时间为9个工日；（4）封孔辅助工作的时间为21.32台时，由于封孔是个连续的工作，这里按1个工作日计；（5）钻探工程安装拆迁工作中铁塔安装拆迁为20工日。总计需111个工作日。80 第8章S75绳钻接手易损情况探讨8.1绳钻接手易损的现状8.1.1实习现场易损的情况实习期间每次起大钻最麻烦的事情就是检查已损接手并更换之。有数据显示这是亟待解决的问题之一：钻孔钻至750米，62根立根时打捞岩心，遇岩心脱落入钻头上部，起大钻期间检查出106个接手已损坏，平均没根立根接近2个接手损坏，50％的损坏率（上一次起大钻后差不多钻进了100m）。如图8-1为损坏接手的照片：（中间为新接手，用于对比）图8-1已损坏接手与新接手对比图80 8.1.2目前钻探接手易损基本状况由于钻井技术的不断进步和勘探开发的需要，深井、超深井、大斜度井以及水平井大量出现，钻柱的摩擦扭矩和摩擦阻力都显著增大，这些恶劣的工况条件要求工件表面必须具备较高的耐磨粒磨损性能。钻杆在使用过程中接头首先磨损，使钻杆接头强度降低，从而导致钻杆先期报废，而解决这一问题的有效手段是采用接头表面硬化处理达到保护钻杆接头的作用。实践表明，表面涂层技术不但能够对失效工件进行修复，节省材料和能源，而且还能大幅度地提高工件表面的使用性能，是一种简便、有效的技术手段o.z}。与激光熔敷、等离了喷焊相比[3一5〕，氧乙炔火焰喷焊技术具有成本低、工艺成熟、便于操作等优点。但如果火焰喷焊工艺不当，喷焊层会经常出现大量密集的气孔，甚至在合金块边缘产生裂纹。对某公司钻杆耐磨带在钻井过程中块状脱落的原因进行了分析，并提出预防措施，从而有利于提高耐磨带喷焊层质量，延长钻杆的使用寿命。8.2钻杆接头喷焊层耐磨带脱落原因及预防措施8.2.1耐磨层材料及喷焊工艺喷焊时先在钻杆接头上喷焊一层镍基白熔合金粉末，之后将WC合金块排放好用氧乙炔焰重熔镍基粉末，使WC合金块与钻杆基体结合，最后用氧乙炔焰在合金块之问喷焊Ni+WC合金粉末。对耐磨带喷焊层金属取样，进行了X射线能谱分析，结果见表1和表么从表1中可以看出:喷焊层的合金粉末是镍基合金粉末，其中还含有大量的钨(w)元素。这种合金粉末是在高硬度镍基白熔合金中加入碳化钨颗粒而形成的含碳化钨弥散型白熔合金。由于超硬度(70HRC以上)碳化钨颗粒弥散分布在高硬度(SOHRC以上)白熔合金基体中，大大提高了合金的耐磨性、红硬性和抗氧化性，适用于抗高应力磨粒磨损工件的强化和修复。从表2中可以看出:合金块为含钻(Co)的碳化钨合金。表8-1合金粉末化学成分(质量分数，%)C0FeNiW6.671.623.1745.0643.4880 表8-2合金块化学成分(质量分数，%)COFeCoW10.412.261.706.8778.758.2.2耐磨带脱落原因及预防措施（1）.原因为了查找合金块在使用过程中脱落的原因，对样品的喷焊层取了两处不同位置的试样进行金相分析和扫描电镜分析，进一步了解合金块、合金粉末和基体金属三者结合的界面形貌。图8-2为合金块、合金粉末、基体金属三者结合界面处的金相照片，可以看出，合金块两侧与合金粉末的结合良好，喷焊缺陷也相对较少，而合金块与基体金属结合界面处存在疏松的空洞缺陷。图8-2合金块、合金粉末、基体金属三者结合界面处图8-3结合界面的形貌用扫描电镜进一步观察合金块与合金粉末及合金块与基体金属结合界面的80 形貌，如图8-3所示。从图中看出，虽然合金块与合金粉末结合界面上存在气孔，但气孔较小而且比较分散，难以引起合金块脱落。而从图可以看到，合金块与基体金属的结合界面处不仅有气孔存在，而且还存在裂纹，这正是导致合金块脱落的主要原因。合金粉末的的硬度只有SOHRG耐磨层的耐磨性主要依靠具有高硬度的WC合金块来体现。研究表明，这种结合层中都有大量气孔存在。同时由于WC含量较多时，Ni基白熔合金的相对含量降不能较好地包覆在WC颗粒的周围，易产生粗大块时低状的碳化物相颗粒。大颗粒的碳化物相在高温下氧化失碳形成硬脆WZC相，抗疲劳性能下降，在磨损过程中，首先破碎、剥落，并使邻近的碳化物由于缺口应力集中，跟着脆断和剥落，所以使耐磨性下降。（2）.预防措施钻杆接头耐磨层脱落原因主要在于合金块与基体金属问存在气孔和裂纹等缺陷。只有通过工艺控制来减少和避免这种缺陷，才能够获得结合度较高、抗剥落性能较好的耐磨层。喷焊修复时，应注意以下儿点：①，工件预热并保持喷焊粉末干燥水、油污及铁锈等氧化物存在，易形成气孔和夹杂。喷焊前对基体去除水、油污及铁锈等氧化物，进行400℃预热并保温。喷焊粉体不进行干燥处理也是气孔的一个主要来源。喷焊时，水分随粉体到达喷焊层，重熔时分解为氢气和氧气，在重熔不完全的情况下作为气孔留在喷焊层中。此外，合金粉质量差，如熔点过高、粘度大、脱氧能力不足等也是气孔产生的主要原因。②保证基体表面合适的粗糙度钻杆接头基体表面具有适度的凹凸不平可以提高喷焊层与基体金属之问的结合力，但并不是越粗糙结合力就越强。如果基体在机械加工过程中，由于吃刀量不均匀，形成较深的切削痕迹，喷焊过程中这些切痕极有可能圈闭大量的气体，而重熔时由于切痕较深，使得气体逸出需要经过较长的路途，其问小气孔不断合80 并，气孔尺寸不断增大，而且由于气体含量大所需逸出时问长，很容易形成由小到大的气孔串。③熟练掌握喷焊技术由于操作者不同的习惯造成喷炬与工件的距离、摆动的幅度、喷炬停留时问都各不相同，这些人为因素会影响气孔的形成和逸出。如果喷炬与工件的距离太长将导致带入喷焊层的气体量较多;而喷焊温度不够会阻碍气体的逸出，温度过高又会使液态金属翻泡，卷入更多的气体，形成气孔群。一次喷粉过厚或者是粉末的“镜面反光”不明显，重熔时加热时问不足，火焰移动速度过快，造成粉末未充分熔融，喷焊层“夹生粉”现象严重，合金块与基体的结合强度降低;如果喷焊加热过度，使粉末和基体表面氧化加剧，也会造成结合强度降低。同时，加热过度还会引起熔融金属翻泡形成气孔。因此，熟练掌握重熔技术是防止气孔产生的关键;喷焊中对合金块施加一定的压力，也有利于气孔的逸出。8.3钻杆接头的强度分析旋转钻井中，钻杆在井内主要承受拉力、弯力及扭力。就一根钻杆而言，本体长度一般相当于公母接头有效总长度的18倍左右，受弯后的弯力主要由钻杆本体来承受，所以抗弯不是钻杆接头强度的主要问题。另外凡螺纹旋接的物体，螺纹以下物体的重量要由螺旋的全部接触面来承担，而接头水眼部份的横截面积总是比钻杆本体的横截面积大，所以一根钻杆的抗拉薄弱点不在接头部份。钻杆被卡在井口连接时，公扣借着某一力偶旋入母扣，为使钻杆在拉伸状态下丝扣部份能够密封，必须在螺纹台肩面旋合后再给予一定拧紧扭矩，使台肩面和丝扣沿节径部位互相挤压，产生一定的弹性变形。若继续施加拧紧扭矩，一则公扣拧断，但大部份是节径超越，产生锥力使母扣胀大。所以在越级扭力作用下钻杆本体的抗扭强度往往大于接头，因而抗扭强度是钻杆接头的主要强度，也是接头设计的依据。钻杆接头抗扭强度的选择接头抗扭强度是多个变量函数，其变量包括材质、连接尺寸、.螺纹型式(牙形、导程，锥度)、接触面的摩擦状况和台肩宽度等等。根据APT，有式如下80 Tm=SAm12（P2π+Rtfcosθ+Rsf）式中Tm一钻杆接头受扭时的扭矩值，磅.英尺;S一公、母接头材质的最小屈服强度，磅/英寸2;Am一抗扭薄弱处的计算面积，英寸2;P一螺距，英寸;f一摩擦系数，取0.08;e一牙尖角的半角，度;Rs一台肩面中心到接头轴线的半径，英寸;RT一在L中点，从接头轴线到丝扣平均直径的距离，英寸。Am计算，据大量统计资料证明，公接头距台肩3/4“处断得最多，其截面积记为:Ap=π4（D1-d），母接头距台肩3/8“以内一段极易被胀大，距台肩3/8“处的环截面积为母接头抗扭矩强度的计算面积，记为:AB=π4（D1-d）。以上符号含义见图。钻杆接头的设计是以接头和本体的抚扭强度相平衡为依据。API"标准推荐接头和本体抗扭强度之比(Tr/Te)值必须大于80}aTP为公接头抗扭矩值，T.为本体抗扭矩值。80 图8-4钻杆丝扣尺寸图8.3.1接头磨损后的强度接头磨损后，母接头的抗扭强度下降很多，而对公接头的抗扭强度影响甚微。当接头的扣型选定后，母接头的抗扭强度决定于接头外径，公接头的抗扭强度决定于水眼直径。在进行接头设计时，因为公接头的抗扭强度总是比母接头低，所以API标准中规定，按(1)式计算出来的公接头抗扭强度的50%作为新接头上扣限定扭距，列于API标准的有关表中。磨损后，外径变小，台肩接触面积变小，接触面产生同样的弹性变形就用不了那么大的扭矩。另外母接头抗扭强度的降低要比公接头大得多，所以，在APT标准中把磨损后公接头按偏、均磨外径情况分为优类、二级和三级，每级都按此等级外径用(1)式计算出来的母接头强度值的60%作为限定上扣扭矩，列子API标准的有关表中。（1）接头设计合理的标志—磨损临界直径接头磨损后，母接头强度降低，接头和钻杆本体何时失去强度平衡呢?设Dr为即将失去平衡的磨损临界直径，据T。二0.8T。的平衡条件有DT=d12+1018.59TθKTσs毫米式中80 T。一钻杆本体抗扭强度，公斤.米;as一接头材质的最小屈服强度，公斤/毫米2.sdl一母接头计算面积处内径，毫米;如某一种钻杆的Dr越大，说明钻杆与接头越容易失去强度平衡，设计就越不合理，所以DT应成为钻杆接头设计合理的标志。要得到适当小的DT值，就必须选用较高强度的钢级。若接头钢级无法改变，可以改变接头扣型或外径。笔者认为台肩宽度磨去50-60%来定Dr值是比较合理的。接头和钻杆失去强度平衡后，若需要强扭钻具时，首先应注意接头的抗扭强度，而不是钻杆的抗扭强度。（2）钻井中接头的抗扭与失效钻进时，地面动力设备通过转盘以力偶方式转动钻具。钻具从转盘得来的扭矩(能量)，一部分用于克服钻具旋转所遇到的阻力(与泥浆、井壁的摩擦)，另一部分用于钻头破碎地层而作功。当钻头吃入地层过量(刮刀钻头常见)时，钻具传来的扭矩暂时切削不动地层，或钻具某部忽然受卡(如井壁掉块等)，或卡钻后硬扭，这时钻具因遇到力偶矩而变形。井内出须反力偶，说明转盘此时所给的能量(扭矩)不足以克服井内所出现的阻力，要克服增加的阻力就必须增加扭矩。转盘在所具有的功率范围内，按公式M二N/n，增加马力N或减小转速n，使扭矩M增大。这个增大扭矩暂时用来继续扭转钻具，增加钻具变形能。当变形能加外来扭矩一起可克服阻力时，钻具就一整而过，恢复原来的转动，这就是整钻现象。若转盘付予最大马力仍然无法克服阻力时，下面卡死，钻具所存的变形能就会带动转盘反转，出现打倒车现象。80 如上所述，在井内出现反力偶时，钻杆将吸收力矩而扭转，那时钻具在每个截面上都有同样大小的扭力矩，这一扭力矩若大于原钻杆在井口的上扣扭矩，则接头会继续上扣。若超越公接头的抗扭强度，则会扭断公扣，造成事故(罕见)。对磨损后的接头，若超越母接头抗扭强度时，母接头就被胀大、胀裂，造成刺浆或滑脱等事故，接头磨损越严重，这种情况越容易发生。井口可控制上扣扭矩，而井内发生的阻力扭矩实难控制，所以应特别注意。为预防断接头、掉钻具事故，一方面要减少接头磨损，其办法是:改善泥浆润滑性;提高接头的材质强度;补焊硬质合金耐磨圈或带胶皮护箍等。另外操作要谨慎，放压均匀，防止整卡。8.3.2钻杆接头与套管摩擦磨损问题在深井、超深井、大斜度井、大位移井及水平井中，钻井时间延长、钻柱作用在套管上的侧向力增高，因此套管和钻柱的摩擦与磨损问题越来越突出。其直接后果是:钻柱快速磨损，导致过早失效;套管磨损会降低套管柱的抗挤强度和抗内压强度，造成套管柱挤毁、变形及泄漏，严重时造成全井报废。图8-5钻杆接头的热裂钻杆接头可以在使用中被摩擦加热到钢材的相变临界温度以上，当被钻井液淬火后，就产生纵向或横向裂文，并快速扩展导致内螺纹在上扣台肩附近刺穿及外螺纹失效。Altermann报道在1960年下半年有100例热裂/淬火裂纹失效，最多涉及100个钻柱，失效部件包括钻杆工具接头、加重钻杆和钻铤。用127mn(5in)XH接头在N80套管中，以88-280rpm转速和1982-4378N/m(1358-30001b八n)接触力下实验发现，接头钢材被加热超过了临界温度727°C(1450°80 F)以上，但未出现纵向裂纹。建议在钻井中降低压狗腿严重度和喊少过多的BHA重氢Eaton针对ShellOffshoreInc.在Auger”项目中6706M(22,OOOft)长钻柱有57％发生接接头热裂问题进行了调查和实验研究。两口井测井计算的最大接触载荷均超过了8.9KN(20001b)，可达40KN(900011b).在244，5mm套管(95/8in)中以150rpm转速旋转3.5小时，在18KN(40701b)接触载荷下，无硬化带接头产生热裂。而响硬化带接头在33KN(73261b)接触载荷下，虽然夕沸澹损0.22mm(0.009in)也未观察到热裂。结论认为大尺寸钻杆((5in以上)易产生热裂，接头有硬化带可有效减少热裂失效。Choi论述了井下钻井部件的热裂失效的模式，包括接头硬化带剥落，指出任何井下部件都有可能发生热裂。钻杆接头敷旱金属硬化带，是防止钻杆接头热裂和和减少套管磨损的有效而简易的措施之一。因此，在耐磨减摩合金原理分析的基础上，配置不同基体的合金，并通过在清水和泥浆条件下的磨损实验室实验，确定新型耐磨减磨合金的化学成分和组织性能特点，为开发具有独立知识产权的国产新型金属硬化带提供可靠途径和研究基础。8.3.3改进及效果根据钻杆接头断裂原因分析，重新设计一批钻杆接头。钻杆接头结构设计依据APISped-2001标准，接头原材料选择42CrMo，材料出厂的化学成分、力学性能、金相组织和低倍组织(一般偏析为1级、中心疏松为1.5级、非金属夹杂物为D类1.5级)符合UB/T3077-1999《合金结构钢》要求。钻杆接头初加工后进行调质热处理，其工艺为将初加工件缓慢加热至880°C，保温1h，进行油淬(油温为80℃)，然后进行回火(600℃保温5h)，热处理工艺如图4所示。图8-6新设计接手调质处理工艺示意80 对新设计和加工的钻杆接头进行硬度检测，平均硬度为31HRC,满足SY/T5290-2000《石油钻杆接头》中硬度要求。结论1)钻杆接头断裂的主要原因是热处理工艺参数不合理，导致产品的金相组织不符合要求。2)加工工艺要严格执行相关标准和规范。3)原材料的组织、缺陷、夹杂物和性能要符合相关标准和出厂要求。4)根据钻杆接头具体设计要求，制定合理的热处理工艺。要对热处理后的接头性能进行检测，以保证钻杆接头的力学性能符合标准要求。80 致谢在整个毕业实习以及论文写作过程中，谢智斌老师都耐心指导、仔细分析，使我能合理安排毕业生产实习，顺利的完成论文写作，同时也升华了专业知识。在毕业生产实现期间，四川省煤田地质局137地质队的有关领导和钻工师傅们给予我很大的帮助和支持，使我了解了煤田地质钻探的各个工艺环节，以及钻探施工管理的一些细节，通过理论与实践结合，深化了对知识的理解，同时提供了大量的原始资料，为论文的写作提高了依据。在此对各位老师、领导和钻工师傅们表示敬意和最诚挚的感谢！感谢在百忙中参加论文评审和答辩的各位评委老师！80 参考文献[1]胥建华.谢志斌.石永泉.陈礼仪.韦猛主编.岩土钻进工艺学课程设计手册[M].成都理工大学出版社.2010.10-200[2]鄢捷年主编.钻井液工艺学[M].石油大学出版社.1993.116-236[3]陈波等主编.云南省红丫口煤矿勘探施工方案[4]文超武等编著.云南省红丫口煤矿ZK3-3钻探施工设计[5]陈波编著.红丫口煤矿勘查设计[R].四川省煤田地质局一三七队生产科.2010.1-6[6]煤地字第638号.煤炭资源地质勘探抽水试验规程[S].[7]DL_T_5213-2005.水电水利工程钻孔抽水试验规程[S].[8]DZ_T_0080-1993.煤田地球物理测井规范[S].[9]孔学云.刘金山.马认琦.于潇伟.于小龙等编著.钻杆接头断裂失效原因分析与预防(中海油能源发展监督监理技术公司，天津300通52)①[10]田涛.何小东.杨红兵.杨析主编.钻杆接头喷焊层耐磨带脱落原因及预防措施中国石油天然气集团公司管材研究所(西安市710065)[11]孙咸.钻杆接头耐磨带的使用性能及其堆焊材料.（太原理工大学焊接材料研究所，山西太原030024)[12]刘祖煌.钻杆接头的强度分析[13]韩勇.钻杆接头与套管摩擦磨损问题的理论与试验研究80'