分析大口徑井二開先導孔下導管鉆進技術

■賈中心

（河南省地質礦產勘查開發(fā)局第四地質勘查院 河南鄭州 450000）

分析大口徑井二開先導孔下導管鉆進技術

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本文根據自身工作經驗，基于鉆井安全考慮須首先完成一開表土層鉆進，但其固井用大口徑鋼管會造成二開先導孔排渣不利，影響鉆進效率。為解決先導孔鉆進循環(huán)問題，通過理論分析和現場對比試驗，提出下導管鉆進技術。實踐表明，下導管鉆進技術對于大口徑井二開先導孔鉆進具有重要的借鑒意義。

大口徑井二開先導孔下導管鉆進

煤礦區(qū)為滿足安全生產需求，經常需要從地面施工瓦斯抽采井、電纜連接井及物料輸送井等，此類鉆井工程最主要的特點就是完井口徑較大（Φ500～Φ1200 mm），與常規(guī)巖心鉆探所施工的Φ30～Φ150 mm口徑相孔比可謂大口徑。煤礦區(qū)地面大口徑井施工工藝以正循環(huán)回轉鉆進為主，在完成先導孔的基礎上，經過多級擴孔完井，鉆井周期長，井內事故發(fā)生概率高。煤礦區(qū)地面鉆井需要穿過第四系表土層，該地層遇水膨脹，極易坍塌掉塊。為保障大口徑井擴孔施工安全，首先需單獨完成一開鉆井施工，用大口徑鋼管將地表第四系土層封固后，再進行二開基巖層井段施工。具體鉆井工序如下：①開挖井口，下入井口護筒；②一開先導孔鉆進至基巖以下；③一開擴孔（一級或多級）至設計要求；④下入一開鋼管，固井；⑤二開先導孔鉆進至設計深度；⑥二開擴孔（一級或多級）至設計要求；⑦下入二開鋼管，固井，完井。

由鉆井工序可知，在二開小井眼先導孔鉆進過程中，井眼口徑上下不一致，且上部一開井眼尺寸較先導孔大數倍，對于鉆井排渣極為不利，影響鉆進效率，甚至造成一開井底沉渣，引起卡鉆事故。為解決二開先導孔鉆進排渣問題，提高鉆進速度，引入下導管鉆進技術，并通過實踐規(guī)范技術操作，實現大口徑井二開先導孔快速安全鉆進。

1 煤礦區(qū)大口徑井典型井身結構

我國煤礦區(qū)第四系表土層厚度不一，最厚超過200 m，對于大口徑井鉆進安全影響較大。煤礦區(qū)大口徑井典型的井身結構為二開設計，一開封固表土層，二開完井達到設計要求。

2 大口徑井二開先導孔鉆進工藝

2.1 正循環(huán)鉆進工藝

根據鉆井工序，煤礦區(qū)大口徑井需首先完成一開施工，并下鋼管固井。二開小井眼先導孔正循環(huán)鉆進時，即出現井眼口徑上下不一致的情況。

設鉆桿外徑為R，先導孔鉆進口徑R下，先導孔內鉆井液循環(huán)上返流速V下；一開固井鋼管內徑R上，一開井段鉆井液循環(huán)流速V

而鉆井過程中的鉆井液循環(huán)流速決定于鉆井方法、鉆進速度、地層特性、井身結構等，主要以能夠有效攜帶鉆屑為基本確定依據，其重要的出發(fā)點是鉆屑的上返速度。

同時，在一開鋼管內，為保證鉆屑正常上返，要求V上＞V1，即：1.3（R下2-R2）＞（R上2-R2）。

以常見的Φ127 mm鉆桿鉆進二開先導孔Φ311 mm孔徑為例，則要求一開井段固井鋼管內徑小于Φ347 mm，否則將造成鉆屑堆積在一開底部，影響鉆進速度，造成沉渣卡鉆。此計算結果大大限制了大口徑井的完井規(guī)格，應用范圍小。

2.2 反循環(huán)鉆進工藝

反循環(huán)鉆進工藝是提高大口徑井巖屑上返流速的重要工藝方法之一，按照形成上升液流的方式分為泵吸反循環(huán)、射流反循環(huán)和氣舉反循環(huán)。

由泵吸反循環(huán)和射流反循環(huán)鉆進工藝原理可知，井深超過70 m即難以實現反循環(huán)效果，遠低于煤礦區(qū)大口徑井完井深度要求，不能解決二開先導孔鉆進排渣問題。

氣舉反循環(huán)鉆進工藝能夠有效解決大口徑深井鉆進的排渣問題，配套裝置主要包括氣水龍頭、空壓機、雙壁鉆桿、氣水混合器及反循環(huán)鉆頭等。其工藝原理是將空壓機的壓縮空氣經氣水龍頭、雙壁鉆桿的環(huán)狀空間送到氣水混合器進入內管，利用壓縮空氣在液體中等溫膨脹作用，造成鉆桿內外的流體比重差；在此壓差作用下，使鉆桿內的泥漿、巖屑和氣體的三相混合體連續(xù)不斷地攜出地表，再將處理過的泥漿送入（流入）孔內，經孔底進入鉆具內，補充排出循環(huán)液的空間，如此不斷形成反循環(huán)鉆進過程。但該技術用于先導孔鉆進有如下不足：

①先導孔的基本要求是進行精確定向鉆進，通過螺桿馬達及隨鉆測量系統(tǒng)實現。氣舉反循環(huán)鉆進不能使用螺桿馬達及隨鉆測量系統(tǒng)，只能使用單、多點測斜儀器掌握鉆孔軌跡，不能定向糾斜。②氣舉反循環(huán)鉆進工藝配套設備較多，工藝較復雜，成本高，用于小井眼先導孔施工不經濟。

3 大口徑井二開先導孔下導管鉆進技術

綜合分析上述大口徑井二開先導孔鉆進工藝特點，從適用性出發(fā)，解決大口徑井二開先導孔排渣問題，引進下導管鉆進技術。該技術主要內容包括：

①首先完成一開施工，封固表土層；②在一開鋼管內居中下套管，套管規(guī)格在能夠滿足二開先導孔鉆具通過的基礎上，內徑越小越好。套管下入基巖以下2 m左右，并穩(wěn)固；③在套管內下入二開先導孔施工鉆具，從基巖層開始鉆進。

鉆進循環(huán)液由于套管阻隔不能進入一開大口徑鋼管內，直接從套管與鉆具環(huán)空上返，循環(huán)流速上下一致。套管實際起到導流的作用。該技術簡易實用，可配合使用螺桿鉆具及隨鉆測量系統(tǒng)進行定向鉆進。

4 實踐應用

4.1 技術關鍵點

（1）下導管鉆進只用于先導孔施工，先導孔完成后，需將導管拔出。因此，導管進入基巖不宜過深，保證易于起拔脫出。（2）為阻隔二開先導孔鉆進循環(huán)液進入一開大口徑鋼管內，導管底部要滿足密封要求。（3）中心對正。鉆孔定向的基本要求是井眼中心線連續(xù)一致，大口徑井經過先導孔及后續(xù)多級擴孔鉆進完井，鉆孔中心對正的要求嚴格，導管必須下放至一開鉆孔中心位置。

4.2 應用

某礦區(qū)大口徑瓦斯抽采井工程施工資料顯示，該井一開表土層固井鋼管規(guī)格為Φ920 mm×12 mm，固井深度73 m，二開完井口徑為Φ850 mm。由于二開完井口徑較大，先導孔鉆進采用Φ222 mm鉆頭成孔后，分別采用Φ550 mm、Φ850 mm鉆頭分兩次擴孔完井。

二開先導孔下導管鉆進技術流程為：（1）完成導管底座鉆進。導管底座采用Φ311mm鉆頭在一開底部居中鉆深2 m；（2）下入Φ244.5 mm×7.92 mm導管。導管下端纏裹海帶，滿足密封要求，又能易于起拔；底部焊接扶正板及支撐板，保證對中；（3）井口穩(wěn)固，連接排渣管路；（4）使用Φ222 mm鉆頭+Φ172 mm螺桿馬達及隨鉆測量系統(tǒng)進行正循環(huán)定向鉆進。

4.3 效果對比分析

在分析實踐大口徑井二開先導孔下導管鉆進的同時，對比臨近井的施工情況。臨近井一開固井鋼管規(guī)格為Φ630 mm×10 mm，二開先導孔鉆進未下導管。兩井直線距離3.6 km，二開鉆遇地層相近，鉆速對比情況如表1所示。

P633.8[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-359-2