复杂地层气动潜孔锤跟管钻进最大深度的确定方法VIP专享VIP免费

第45卷第4期2009年7月地质与勘探GEOLOGYANDEXPLORATIONVol.45No.4July,2009[收稿日期]2009-01-12;[修订日期]2009-06-15;[责任编辑]王梅。[基金项目]四川省教育厅自然科学重点项目(08ZA104)。[第一作者简介]石永泉(1963年—),男,1989年毕业于长春地质学院,硕士学位,现主要从事岩土钻掘工程、地质灾害防治工程教学、科研工作。水文·工程·环境复杂地层气动潜孔锤跟管钻进最大深度的确定方法石永泉(成都理工大学环境与土木工程学院,成都610059)[摘要]在岩土钻掘工程中,气动潜孔锤跟管钻进技术是解决复杂地层钻进问题较为有效的方法,本文探讨了复杂地层的分类和套管侧壁摩阻力问题;阐述了气动潜孔锤跟管钻进工作原理;分析了气动潜孔锤跟管受力过程,提出了应用波动力学理论计算确定气动潜孔锤跟管钻进的最大跟进套管深度的方法。[关键词]气动潜孔锤跟管钻进复杂地层最大深度[中图分类号]P634[文献标识码]A[文章编号]0495-5331(2009)04-0484-04ShiYong2quan.DeterminingthemaximumdepthmethodforcomplexformationpneumaticDTHdrillingwiththecasing[J].GeologyandExploration,2009,45(4):484-487.在岩土钻掘工程中,经常会遇到复杂地层钻进问题。当前,气动潜孔锤跟管钻进技术是解决复杂地层钻进问题较为有效的方法,气动潜孔锤跟管钻进技术可分为气动潜孔锤偏心跟管钻进技术和气动潜孔锤同心跟管钻进技术[1]。而在一定的钻进条件下,气动潜孔锤跟管护壁钻进深度是有限的,跟管钻进最大深度直接关系到工程的成本、安全性、经济效益,因此,研究气动潜孔锤跟管钻进最大深度的影响因素和其确定方法具有特别重要的意义。1复杂地层的种类及摩阻力所谓复杂地层,是指难钻地层,即是指钻进、护孔、取心、控制孔斜等方面困难的地层[2]。在钻进工作中,复杂地层按地层形成过程的不同可分为两大类:一类是由构造运动所形成的复杂地层,由地质构造运动所产生的压力、张力、剪力等作用,使岩层产生节理、裂隙、裂缝、断层和片理,特别是硬或中硬以上的脆性岩石受构造力的剧烈破坏形成复杂地层。这类地层往往位于覆盖层下部,在这类地层中钻进,会遇到保护孔壁、取心等困难问题。另一类是由外力地质作用所形成的复杂地层,即风化层、河流冲积层、洪积层,风积层。岩层经风化作用变为岩性较松散、胶结不良的风化层,而冲积、洪积、风积作用形成的各种沉积层一般含有粘土、流砂、卵石、砾石、漂石成为复杂的地层。这类地层往往称为覆盖层,包括粘土层、淤泥层、砂层、砂卵石地层和漂卵石地层[3]。在这类地层中钻进,会遇到钻进、保护孔壁、取心等困难问题。实践表明气动潜孔锤跟管钻进技术可以解决上述复杂地层钻进问题[4～8]。气动潜孔锤跟管钻进最大深度与跟进套管和地层摩阻力有直接关系。该摩阻力的大小与地层的成分和结构构造有关,理论上套管和地层摩阻力应该等于作用于套管壁上地层压力与套管和地层间摩擦系数之积。根据这种假设,套管侧壁摩阻力是随深度增加近似的三角形分布,然而,实际上侧壁摩阻力的大小和分布规律还未了解得很清楚[9]。这里引用沉井法施工中确定井壁与地层摩阻力的方法,即该地层摩阻力与地层种类有关,每种地层单位面积摩阻力是常数见表1。采用这种方法确定套管和地层摩阻力,计算得到的气动潜孔锤跟管钻进最大深度值与工程施工结果误差不大。2气动潜孔锤跟管钻进工作原理气动潜孔锤跟管钻进技术主要分为两类:气动潜孔锤偏心跟管钻进技术和气动潜孔锤同心跟管钻进技术。在气动潜孔锤同心跟管钻进技术中,管靴484表1地层对套管外壁单位面积摩阻力Table1Perunitareafrictionofthecasingwallbyformation地层种类外壁单位面积摩阻力f/kPa地层种类外壁单位面积摩阻力f/kPa淤泥质粘土15～20粗砂与砂卵石20～30粘性土25～50破碎岩石30～40砂类土与砂15～25通过螺纹与套管连接,环形钻头与管靴之间通过卡簧连接。钻进时,钻机通过钻杆一方面给钻具一个轴向推力,另一方面带动潜孔锤、中心钻头和环形钻头实现回转运动,潜孔锤产生动载荷作用于两钻头上。套管跟进钻孔完成后,反转钻杆一个小角度就能将钻杆、潜孔锤、中心钻头一起提出,环形钻头暂留孔内[10～11]。在气动潜孔锤偏心跟管钻进技术中,常用的是单偏心三件套...