“全程套管护孔工艺”改进

1、 “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、103mm三翼式可开闭钻头及73-40mm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

2、，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75mm，若使用89mm大通孔钻杆，需要更换钻机动力头。2 上述难题的解决方案2.1使用整盘式柔性筛管2.1.1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。2.1.2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。2.1.3花眼位置、直径、规格及

3、数量可厂家直订，也可现场根据需要自己加工。图1是1吋整盘式筛管照片。图1 整盘式柔性筛管2.2改进钻头2.2.1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。2.2.2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。2.2.3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2.3改进钻杆2.3.1原钻杆杆体直径为73mm，内径为42mm，螺旋外径为89mm，现

4、钻杆杆体直径为73mm，内径为40mm，铣槽深度为4.5-5mm。2.3.2原钻杆螺旋为焊接式，现钻杆为整体铣出式。如图3所示。a 89-42mm大通径钻杆b 73-40mm大通径钻杆图3 两种钻杆外形比较图3 现场试验情况3.1整盘式柔性筛管试验情况3.1.1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f0.280.14、瓦斯含量17.2m3/t，瓦斯压力6.2 MPa。此次试验共施工第二、三组48个钻孔，钻孔深度2854m，倾角为5388°，要求全孔下护孔筛管。3.1.2施工中存在的主要困难3.1.2.1此处瓦斯

5、压力大，存在喷孔威胁，所以要求下管时间短。3.1.2.2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。3.1.2.3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。3.1.2.4钻孔倾角普遍较大，自5388°，所下筛管不易固定。3.1.3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。3.1.4取得的效果3.1

6、.4.1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%。3.1.4.2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%。3.1.4.3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。3.1.4.4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1520分钟，而整盘式套管只需67分钟3.1

7、.4.5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3.2钻头试验情况“103mm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。 3.2.1基本情况介绍该地点钻孔均为下向穿层孔，设计角度在2050°之间，设计钻孔需穿过两层砂岩，总伪厚度在1520m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。图3 施工地点岩性柱状图3.2.2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

8、45MPa，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3.2.3.1钻头打开成功率更高。103mm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

9、成打不开问题。3.2.3.2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。3.2.3.3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%。3.2.3.4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。3.34141点：钻头容易变形及打不开问题得到了解决，3.2钻杆试验情况3.3.1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73-40mm整体式宽翼片螺旋钻杆（共试用200m），配套分体式履带钻

10、机，施工顺层孔，钻孔设计120m，分别配套ZDY3200S、ZDY4300LF（A）型钻机及103mm、120mm开闭式钻头，截至2015年9月23日，使用73-40mm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0.10.36mm，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89mm大通孔钻杆配合120mm钻头与73mm通孔钻杆配合113mm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

11、·月）比较89mm47829762.76231.5173mm479010584.46756.01.0843.3.2取得的效果3.3.2.1 提高了施工效率。在同等条件下，使用73mm通孔钻杆配合113mm钻头施工顺层孔，施工效率提高8.4%左右。3.3.2.2 降低了成本。使用89mm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。3.3.2.3简化了施工程序。使用89-42mm大通孔钻杆，需要更换钻机动力头，而73-40mm大通孔钻杆可直接使用，减少了无效的施工环节。3.3.2.4钻杆使用寿命更长。由于整体铣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。3.3.2.5与标准钻头级配更加合理。89-42mm大通孔钻杆配合。113mm钻头施工，易出现钻孔排渣不畅，故必须特制加工120mm钻头，而73-40mm大通孔钻杆配合113mm钻头施工，钻孔排渣顺畅。3.3.2.6降低了工人的劳动强度。89-42mm大通孔钻杆每米重37.122.2kg/m，73-40mm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4.1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。4.2加大柔性