钻井液对钻井速度的影响分析
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作者: 陈刚等
摘要 随着近几年矿建工程技术的发展，特别是立井井筒施工的技术发展，为矿山的发展建设提供了有力保障。做为井筒前期施工的辅助、有些必不可少的地面预注浆、冻结工程对于整体工程的质量、工期也起到越来越多的作用，而造孔质量、进度对前期、乃至整体工程的影响也越来越突出，本文通过一典型工程事例探讨、分析造孔过程中钻井液对造孔质量、进度的影响。
关键词 泥浆；性能；钻进效率；差距
中图分类号 TE254 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0138-01
我国目前冻结造孔主要还是以传统的回旋钻进为主，根据孔径的大小、钻孔的深度等条件选择不同型号的钻机。根据我们多年施工的情况，近年来主要以中、深孔为主，设备选型基本上以TSJ-1000、TSJ-2000为主，泥浆泵选用TBW850/5型，钻塔采用22.5米四角钻塔或A字塔，钻具组合采用110四方主动钻杆+￠89或￠73钻具+钻铤+钻头。
但在同一种地层、同样的设备、同样的钻具组合的情况下，不同的钻机、不同的班次进尺的速度却有着很大的差异，本次探讨主要是针对泥浆性能分析，不含钻压、钻速因素。
众所周知，泥浆在钻探过程中所起的作用。但是往往在实际应用中经常忽视泥浆性能对钻进的影响，只是凭借主观上的判断、经验，不经过科学的计算、仪器的检测，这使得我们地勘系统和石油钻井上泥浆的应用有相当大的差距，石油钻井已经实现了钻井泥浆的配置、检测、使用、净化等标准化操作和配置，而我们在这方面还有很大的差距。
泥浆性能的好坏不仅对钻进进尺有很大影响，而且对井身的质量、泥浆泵的检修也有很大影响。我们在济宁红旗煤矿冻结孔施工中，对泥浆性能的控制对钻进工程起到了关键性的作用。
1 工程概况
山东省嘉祥红旗煤矿隶属于山东省宏河矿业集团，矿井位于山东省嘉祥县梁宝寺境内，区内地势平坦，气候温和，区内有梁宝寺至嘉祥等乡镇公路，交通便利。矿井采用立井开拓，在工业场地内布置主、副两个井筒，均采用立井开拓方式，采用冻结法施工。其中副井井筒冻结由兖矿新陆公司承担，造孔工程由我处施工。
2 井筒地质概况
根据嘉祥红旗煤矿矿井井筒检查孔综合地质报告，副井新地层厚度为333.77米。地层主要为粘土、粘土质砂、砂岩盘、钙质粘土及少量细砂层组成，粘土层约占表土层60%以上，遇水易产生吸水膨胀、分散剥落等现象。其中砂岩盘以石英为主，含少量溶洞，钙质胶结，坚硬；钙质粘土，致密，局部半固结；粘土、钙质粘土层、砂岩盘均为冻结造孔施工的易偏地段。
基岩段主要由粉砂岩、细砂岩、泥岩、粗砂岩组成，上部岩性有少量泥岩，中下部以砂岩为主，岩石较硬，风化带和部分砂岩裂隙发育且连通性较强，岩体完整性差，易漏水。
3 冻结孔施工
根据冻结工程施工组织设计，冻结孔设计采用外圈冻结孔+内圈冻结孔的布置方式。
质量要求：
1）冻结钻孔偏斜率及靶域半径，所有钻孔偏斜率≤2.0‰。
2）冻结孔表土段径向内偏值， 所有钻孔径向内偏值<300mm。
3）表土段最大孔间距≤2.2m，基岩段≤2.7m。
4）测温孔：偏斜率按冻结孔要求控制。
5）水文孔：各水平落点不超出井筒净断面。
表1 嘉祥红旗煤矿副井冻结孔设计技术参数表
序号 项目名称 单位 参数
1 井筒净直径 m 5.0
2 开挖直径 m 7.5
3 冲积层厚度 m 333.77
4 井壁厚度 m 1.0～1.2
5 冻结壁厚度 m 4.8
6 冻结孔圈径（外圈/内圈） m 14.6/10.6
7 冻结深度（外圈/内圈） m 380/342
8 孔数（外圈/内圈） 个 38/19
9 开孔间距（外圈/内圈） m 1.206/1.745
10 冻结管规格 φ140×6
11 冻结孔偏斜率 ‰ 2.0
12 最大孔间距（冲积层/基岩） m 2.2/2.7
13 水文孔个数/深度 个/m 2/315，148
14 测温孔个数/深度 个/m 3/380，340，370
18 钻孔工程量 m 22491
29 工期 天 60
备注：测温管、水文管为φ108×5mm的优质20号低碳钢无缝钢管
我们按照甲方要求按期开工，在开始阶段，由于对地质情况的不熟悉、担心地层漏水，对泥浆的处理上也没有采取专门的技术管理，致使我们钻进效率低下，而且频繁修泵，钻进的辅助时间增多，而且维修材料也大幅增加。钻孔质量也不理想。
我们根据现场的实际情况，及时调整钻井液的性能，采用高触变性泥浆钻进穿过冲积松散地层，调配泥浆参数比重值、粘度值，降低了钻具造孔钻阻，科学地围护造孔井壁，防止钻头泥包，大大降低造孔辅助时间，提高了造孔生产效率；创造了该工地单机进尺349米，副井日进尺1108米的勘探进尺新记录。钻孔质量也得到充分保证。同时大胆改进泥浆调试使用，旧浆循环利用节能减排，充分发挥泥浆泵的使用潜能，减少了维修泥浆泵的时间和次率，前期一个班要修几次泵，每个钻孔还都要更换缸套、拉杆等，改进后，一个钻孔下来连皮活塞都不需更换，大大节约了泥浆泵使用耗材，减少了工人们的无效劳动力。整体工程比计划提前了五天完成，而且在冻结工程中比计划提前七天浇圈，充分证明了钻孔的偏斜率、精度、靶域控制都完全达到了质量要求。
改进后的泥浆泥浆配方：
这些年来，钻探设备在整体上有了很大提高，但是，在对泥浆的管理、应用上距离石油行业还有很大的差距，在石油钻井工作中，针对不同的地层，不同的钻眼轨迹、不同的钻进方法等对泥浆的应用、选择上都有比较成熟的理论和经验，已经形成了完整的、标准的体系。在我们地勘系统很多工程施工中，特别是水文钻机与石油钻机比较相近，有很多共同点。泥浆性能的改进和提高将直接影响钻进的效率、钻孔的质量，积极学习和推进新技术在实际生产方面的应用，对于我们企业、行业的技术发展、缩小与先进行业的差距是非常有利的。对于我们缩小与先进理论、工艺间的差距，提升行业的整体效率和形象也是非常有力的。
参考文献
[1]崔云龙主编，简明建井手册，北京：煤炭工业出版社，2000年.
[2]赵金洲，张桂林主编，钻井工程技术手册，北京：中国石化出版社，2004年.
作者简介
陈刚（1971—），山东枣庄人，枣矿集团中兴建安工程有限公司，毕业于郑州煤田职工地质学院钻探工程系钻探工程与机电专门化专业。主要从事机电安装、地质勘探、探放水、注浆堵漏、矿建等工程的现场施工管理。
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