LM-200型反井钻机十三陵抽水蓄能电站施工案例

十三陵抽水蓄能电站反井钻机施工案例
4.1概况
 十三陵抽水蓄能电站是为改变北京供电质量,兴建的重点建设工程，位于北京昌平县，十三陵水库左岸。利用十三陵水库为下池，在水库左岸莽山上修建蓄能上池。在电站建设中，倾斜压力管道工程施工难度大，是电站建设的关键。为加快施工速度，进行用反井钻机钻凿压力管道的工业性实验。实验段为2号压力管道下斜，从压力管道中部施工支洞到北探洞，开挖断面Ｄ5-5.6m，净断面Ｄ4.4-3.8ｍ，和水平夹角50°。穿过的岩石主要为复成份砾岩，岩体为微风化至新鲜状态Ⅱ－Ⅳ岩体，裂隙发育。沿线有F_２、F_１５、F_１６、F_１４、F_２０断层以及辉绿玢岩岩脉，断层一般宽1-3ｍ，影响带2-5ｍ，透水性好。
4.2 反井钻机选择及改造
根据2号压力管道的工程条件，选择LM-200型反井钻机。通过对有关参数进行计算，该机基本能满足工程要求。但由于该机是针对地下矿山井下条件设计，钻孔倾角60-90°。本次试验用其钻凿倾角50°的斜孔，需对钻机进行改造，改造的主要部分为：主机、稳定钻杆、和钻杆输送装置等。
4.3 防斜措施
反井钻井施工中导孔是关键，其成败关系到整个钻孔工作的成败。本次是我国第一次用反井钻机施工大倾角深孔工程，没有成熟的经验可借鉴，2号压力管道下斜段岩石为复成份砾岩，岩石的均质性差，裂隙和构造十分发育。并且对于斜孔，不但钻孔顶角变化会导致偏斜，方位变化对偏斜影响更大，所以必须从技术上作好准备，采取可靠的钻进措施来控制钻孔的偏斜。
⑴ 选择适宜的钻进参数
 影响钻孔偏斜的主要因素是钻压，通过计算，对于LM-200型反井钻机，当钻压大于60kN时，钻杆可能失稳，因此钻压控制最好不超过此值。但在此钻压下，钻进速度较低，可以通过增加稳定钻杆，提高失稳压力，加大钻压，提高钻进速度。对于复成份砾岩，钻压控制在10kN，钻进速度约1.0-1.5m/h。在本次试验钻井参数控制的原则是：钻孔前50ｍ采用低钻压，高转速和恒钻速。随着钻孔深度的增加，摩擦阻力增长很快，逐步减低转速，适当增加钻压，保持钻速均匀。
⑵ 增设稳定钻杆
    稳定钻杆的外径和钻孔直径基本相同，它保持钻具居于井中心，减少由于钻压增加引起钻具弯曲所造成的钻孔偏斜。为达到防斜目的，至少布置3根稳定钻杆，即近钻头稳定钻杆、中稳定钻杆和上稳定钻杆。根据压力管道具体情况，适当增加稳定钻杆，并根据测斜结果进行调整。
⑶　泥浆参数控制
 2号压力管道下斜段的地质条件复杂，各种构造发育，可能会发生漏浆、塌孔、埋钻等孔内事故。为避免或减少孔内事故的发生，采用优质NV-1钠土配制泥浆作为洗井液。设计泥浆参数如表4。在钻孔过程中根据地层条件，对泥浆数作进一步调整 。
表4                          设计泥浆参数表

泥浆参数	控制范围	泥浆参数	控制范围
粘度/s	20-30	比重	1.04-1.10
失水量/ml(30min)-1	10-15	泥皮厚度/mm	0.7-1.4
切力/mg cm-2	0-40	PH值	8-9
含砂量/%	1	胶体率/%	>97

为保证钻孔方位 ,导孔钻进时先后进行了3次测斜工作。所用的测量仪器为JJX-3型井斜仪,采用电磁原理，以螺盘定位和360°电路完成的方位机构。它不存在漂移问题。该仪器的误差指标:方位误差:±2°,顶角误差:±10'。
4.4 钻进工作
完成对LM-200型反井钻机的改造后，钻机运到现场，1992-06-04进行安装，6月26日开钻导孔钻进，8月4日安装扩孔钻头，8月17日完成了深203m直径1.4m，倾角50°的2号压力管道下斜导井。钻孔的技术统计见表5。此后，又施工了1号压力管道下斜段和大朝山电站2号压力管道。
表5              反井钻机钻凿2号压力管道导井统计

工作内容	工作量	工作时间/h	达到指标
导孔钻进	直径216mm，深203m	370.75	0.55m/h
接扩孔钻头		6
扩孔钻进	直径1.4m，深191m	240.75	0.79m/h
扩孔破岩	293.87m3	240.75	1.22m3/h
成孔速度			130m/月
纯成孔速度			222.7m/月
钻孔偏斜率			1.1%