全程套管护孔工艺改进

“全程套管护孔工艺”改进地质勘探工程处

2015年9月“全程套管护孔工艺”改进为落实集团公司“以效益为中心”的管理思想，实现瓦斯“治得住、治得快、治得省”目标，勘探处积极开展自主创新，不断改进现有的工艺、装备。在“全程套管护孔工艺”改进方面，分别在谢一矿、朱集矿与顾桥矿试用了整盘式柔性套管、①103mm三翼式可开闭钻头及①73-40mm整体式宽翼片螺旋钻杆，对“全程套管护孔工艺”进行了较大改进，取得了很好的效果。1存在的难题“全程套管护孔工艺”的成功应用实现了“管到底”，消除了因管下不到位形成的消突空白带，提高了抽采效果，缩短了抽采时间。但是，传统工艺使用的护孔管、钻头及钻杆不能较好满足打钻需要，存在难题亟待解决：1、常规使用的插接式套管常出现脱节问题，造成抽采通道中断，抽采浓度低，若岩粉进入则形成堵塞，造成延期喷孔，大倾角钻孔还会因脱节形成下窜伤人风险。2、原来使用的“可开闭四翼钻头”，当遇到稍硬岩石，易出现变形，造成中心翼片打不开。3、常用ZDY系列钻机回转器通径为①75mm,若使用①89mm大通孔钻杆，需要更换钻机动力头。2上述难题的解决方案使用整盘式柔性筛管整盘式筛管，采用抗静电剂、阻然剂和聚乙烯材料混合注塑而成，具有抗静电、阻然等特性。套管具有一定的柔性也有一定的刚度，适应较小的空间条件，同时也能顺利顶开可开闭式钻头。花眼位置、直径、规格及数量可厂家直订，也可现场根据需要自己加工。图1是1□寸整盘式筛管照片。

图1整盘式柔性筛管改进钻头钻头体中心凹槽由四翼通槽改为三翼半通凹槽，钻头在使用过程中，刀翼对中心凹槽有支撑保护作用，钻头体跟中心翼片不易变形，开闭式结构装置使用效果得到了保证。对复合片切削齿材料进行了优选调整，保证钻头适用于中硬岩层钻进。钻头刀翼由四翼改为三翼，减小了钻头钻进时的阻力，尤其岩石段钻进时，改型后的三翼钻头钻进效率提高明显。如图2所示a原四翼钻头 b现三翼钻头图2两种钻头外形比较图改进钻杆原钻杆杆体直径为①73mm,内径为①42mm,螺旋外径为①89mm,现钻杆杆体直径为①73mm,内径为①40mm,铳槽深度为4.5-5mm。原钻杆螺旋为焊接式，现钻杆为整体铳出式。如图3所示。a❿89-42mm大通径钻杆b❿73-40mm大通径钻杆

图3两种钻杆外形比较图3现场试验情况整盘式柔性筛管试验情况基本情况介绍此次试验地点为谢一矿-984mC13煤底板抽采巷，所揭C13煤层为高瓦斯“双突”煤层，其坚固性系数f=0.28~0.14、瓦斯含量17.2m3/t,瓦斯压力6.2MPa。此次试验共施工第二、三组48个钻孔,钻孔深度28~54m,倾角为53~88°,要求全孔下护孔筛管。施工中存在的主要困难此处瓦斯压力大，存在喷孔威胁，所以要求下管时间短。所施工钻孔为上向钻孔，若使用插接式套管，易出现套管脱节现象。钻孔倾角较大，从钻杆内下套管，插接式套和没有下管空间，要求所下筛管有合适的刚性及柔性。钻孔倾角普遍较大，自53~88°,所下筛管不易固定。具体试验情况第一阶段历时7天，共施工24个钻孔，累计进尺848.5m,筛管下放长度为810.5m,筛管下放成功率为95.5%,固定装置全部挂牢岩壁。第二阶段历时6天,共施工钻孔24个，累计进尺846m,筛管累计下放长度为839m,筛管下放率为99%,固定装置全部挂牢岩壁。取得的效果成孔率高。本次共施工钻孔48个，累计进尺1694.5m,其中扩孔6个，累计进尺217m,新施工钻孔42个，累计进尺1477.5m,所施工钻孔全部满足钻孔设计的要求，成孔率为100%。筛管下放率高。除刚开始施工的三个钻孔出现的状况外，后期筛管全部下到位，累计筛管筛入深度为1649.5m,筛管下放效率为97.3%。筛管固定牢靠。大倾角专用固定装置共使用49个，除第一个钻孔使用2个外，其它钻孔均使用1个固定装置，但未出现筛管下窜现象，固定牢靠。下管时间短。由于空间有限，插接式套管只能1m/根，单孔下管时间约15~20分钟，而整盘式套管只需6~7分钟抽采效果好。初始抽采浓度达90%以上，且衰减较慢，整个考察阶段,瓦斯浓度提高近1倍。具体抽采情况见对比图4。图4连续三周瓦斯浓度衰减情况柱状图钻头试验情况“①103mm三翼式可开闭钻头”在朱集东矿1252(1)上、下顺槽顶板巷先后进行两次比较试验，共试验三翼钻头5个，四翼钻头20个。基本情况介绍该地点钻孔均为下向穿层孔，设计角度在20~50°之间，设计钻孔需穿过两层砂岩，总伪厚度在15~20m之间，部分钻孔砂岩伪厚度能达到30m以上，其余是泥岩和煤层，具体岩性情况见图3。

具体试验情况本次试验施工参数为转速100转/分钟，给进压力4〜5MPa,四翼钻头与三翼钻头分别由不同的钻机同时施工，试验数据如下。钻头试验比较表钻头编号施工孔数(个)进尺数(m)钻进硬岩长度(m)硬岩钻进时效(m/h)钻头打开成功率(%)16326.81101610029546.02001810037429.918017100413796.92702110059545.420817100平均8.8529.0193.617.8100四翼平均6.2365.7143.413.7853.2.3取得的效果钻头打开成功率更高。①103mm三翼可开闭钻头在使用过程中，钻头体及中心翼片均未出现明显变形情况，钻头打开成功率100%,基本解决了因钻头容易变形造成打不开问题。单只钻头进尺量明显提高。三翼钻头平均进尺数比四翼钻头增加163.3m,降低了施工成本。硬岩钻进效率大幅度提高。四翼钻头硬岩钻进时效为13.7m/h,而三翼钻头为17.8m/h,提高29.9%。减少了无效施工时间。原来钻头如果打不开，需要起钻换新钻头重新下钻，无效施工时间较长，且增加工人的劳动强度。3.3钻杆试验情况具体试验情况2015年4月28日开始在顾桥矿1414（3）轨顺提料斜巷、1413（1）轨顺试用①73-40mm整体式宽翼片螺旋钻杆（共试用200m），配套分体式履带钻机,施工顺层孔，钻孔设计120m，分别配套ZDY3200S、ZDY4300LF（A）型钻机及①103mm、①120mm开闭式钻头，截至2015年9月23日，使用①73-40mm整体式宽翼片螺旋钻杆累计施工110个钻孔，总进尺10584.4m。钻杆径向磨损量0.1〜0.36mm,平均径向磨损量0.24mm,整个施工期间钻杆未出现断钻、开裂、弯曲、粘扣等异常现象，目前，该批次钻杆仍在继续使用。为了考核其使用情况，在同等条件下，使用①89mm大通孔钻杆配合①120mm钻头与①73mm通孔钻杆配合①113mm钻头施工顺层孔，进行比较，使用情况如下。钻杆类型累计施工时间（天）施工钻孔数（个）总进尺（m）综合台效（m/台,月）比较①89mm47829762.76231.51①73mm479010584.46756.01.084取得的效果提高了施工效率。在同等条件下，使用①73mm通孔钻杆配合①113mm钻头施工顺层孔，施工效率提高8.4%左右。降低了成本。使用①89mm大通孔钻杆需要另外增加一个钻机动力头，勘探处每年增加10个动力头计算，每年节省90万元。简化了施工程序。使用①89-42mm大通孔钻杆，需要更换钻机动力头，而①73-40mm大通孔钻杆可直接使用，减少了无效的施工环节。钻杆使用寿命更长。由于整体铳出式钻杆外表强度比焊接式钻杆肋骨片强度高，故其耐磨性更高，使用寿命将更长。与标准钻头级配更加合理。①89-42mm大通孔钻杆配合。①113mm钻头施工，易出现钻孔排渣不畅，故必须特制加工①120mm钻头，而①73-40mm大通孔钻杆配合①113mm钻头施工，钻孔排渣顺畅。降低了工人的劳动强度。①89-42mm大通孔钻杆每米重37.122.2kg/m,①73-40mm大通孔钻杆每米重22.2kg/m,工人操作时，劳动强度大大降低。4下一步工作计划与生产厂家合作，不断完善柔性套管各项性能指标，指导厂家形成套管规格规范。加大柔性套管推广力度，特别是用