煤炭学报

作者：程桦, 谢鲍, 姚直书, 荣传新, 林键,

关键词：钻井法凿井, 岩渣颗粒分布, 矿物成分, 滚刀磨损, 评估方法,

针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题，以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象，提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先，基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征，并提出相关量化指标；其次，对竖井钻机岩渣开展现场预处理，采用图像识别方法进行后处理，统计分析了岩渣几何形貌，并使用类指数分布函数描述其累积分布规律；此后，以皮尔逊系数为相关性评价指标探究了岩渣颗粒分布及矿物成分对滚刀磨损指标的影响，阐明了西部地区钻井法凿井滚刀易磨损致因；最后，基于相关性分析方法，选取若干主要影响参数，使用非线性拟合工具给出了针对不同岩层的滚刀磨损指标预测公式，并提出现场更换滚刀的评估方法。结果表明：钻井法凿井滚刀磨损与岩层地质条件密切相关，不同地层单位进尺消耗滚刀数量依次为：泥质胶结泥性地层 > 钙质胶结泥、砂互层地层≈钙质、铁质胶结砂性地层 > 极弱胶结砂性地层，西部钻井法凿井刀盘深磨区易集中于b、c、d刀圈，而中心刀及其附近区域多为浅磨区；岩渣几何形貌统计特征可间接反映不同地层单位进尺滚刀磨损程度，西部地区砂系、泥系地层岩渣粒径分布符合类指数函数，相关系数R2为0.976～0.997，根据拟合函数得到的岩渣均匀系数与磨损均匀性指标相关性最高，泥性地层及泥、砂互层地层滚刀磨损加剧的原因可归结为岩渣泥化、砂化；以岩渣圆度分布的箱宽、大颗粒占比、均匀系数、岩石磨蚀性指数为滚刀磨损主要表征参数，得到适用于不同地层的滚刀磨损预测模型，与现场实测对比，模型预测成功率达90.9%；提出的滚刀磨损评估方法可为现场提钻换刀决策提供有益参考。

来源：2025年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

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