海石灣煤礦瓦斯抽放井施工技術探討

■周正甫

（甘肅煤田地質局一四六隊　甘肅　平?jīng)觥?44000）

海石灣煤礦瓦斯抽放井施工技術探討

■周正甫

（甘肅煤田地質局一四六隊甘肅平?jīng)?44000）

海石灣煤礦瓦斯抽放井是特殊工藝井，采用了四級級擴孔工藝，施工過程中相繼攻克了井內(nèi)大塊鐵屑打撈、井眼導通軌跡偏斜等不可預見的技術難題,完成套管變形處理，進行二次固井，順利完井。

瓦斯抽放井四級擴孔套管變形二次固井

1　工程概況

1.1位置與交通

瓦斯抽放井礦區(qū)地處蘭州市,東距蘭州市約120km，西距青海省西寧市約110km，京藏高速公路，109國道及蘭青鐵路穿境o而過，交通十分便利。

1.2地質概況

該井鉆遇地層自上而下為：第四系，白堊系下統(tǒng)河口群，侏羅系上統(tǒng)享堂群第三組，侏羅系上統(tǒng)享堂群第二組，侏羅系上統(tǒng)享堂群第一組，侏羅系中統(tǒng)窯街群第五組，侏羅系中統(tǒng)窯街群第四組，侏羅系中統(tǒng)窯街群第三組，侏羅系中統(tǒng)窯街群第二組，元古界。

1.3鉆井技術要求

設計井深700m,套管直徑630mm，下入深度700mm。

井身質量：井壁光滑，井底水平位移≤2m,導向孔每鉆進20m測斜一次。

套管及固井質量：使用425#水泥，水泥漿平均密度為1.70g/cm3,固井水泥返高至地面。套管連接牢固無滲漏。

2　鉆井施工情況

2.1設備配備

根據(jù)大口徑瓦斯抽放井成井質量要求和施工特點，特選用DJZ2000型全液壓頂驅鉆機，該頂驅鉆機相比傳統(tǒng)轉盤鉆機具有：回轉扭矩大，有較強的提升能力；上卸扣加減尺方便，無主動鉆桿立根，鉆進效率更高；大幅降低工人勞動強度，全液壓操作安全可靠等優(yōu)點。

DJZ2000型全液壓頂驅鉆機基本參數(shù)：

鉆機型號DJZ2000,鉆桿直徑φ89mm，鉆進深度2000米（鉆桿深度）大鉤最大載荷80 T，電機功率160 KW(不含泥漿泵)，井架高度28m，水龍頭中心管通徑φ72，頂驅裝置輸出參數(shù)：輸出轉速0～300 r/min，輸出扭矩25000～4500Nm。

2.2施工過程

2.2.1導向孔鉆進

導向孔鉆進選用一徑到底的鉆孔結構，為了配合測斜、定向糾偏的需要使用Ф190mmPDC鉆頭，Ф159mm鉆鋌，Ф89mm鉆桿，低固相泥漿的鉆進方法在海石灣傾角大，易垮塌、掉塊、縮徑復雜地層鉆進收到了良好的效果。

由于海石灣煤礦建礦初期在該區(qū)域回填了大量建筑垃圾和工業(yè)垃圾，導致0-20米井段在鉆進過程中發(fā)生嚴重漏失、坍塌掉塊、井底落物，嚴重影響了施工進度。情況發(fā)生后采取了泥漿堵漏，打撈落物的處理措施，于2012年10月19日恢復正常鉆進。

導向孔鉆進采用測斜精度高，比較先進的JDT-5A陀螺測斜儀隨鉆進隨監(jiān)測，每30米測斜一次，發(fā)現(xiàn)鉆孔出現(xiàn)偏斜情況即采用JDT-5A陀螺定向儀、螺桿鉆具定向糾斜。導向孔工定向糾斜13次，有效克服了地層傾角大易偏斜的難題，保證了井身軌跡準確無誤的打中靶區(qū)。導向孔深度為706.82米，于2012年11月20日完成。

2.2.2擴孔

2012年11月21日至2013年6月21日擴孔，歷時210天。

依據(jù)成井目的和下入套管規(guī)格以及設備能力、施工安全因素擴孔采用組合牙輪鉆頭分級擴孔的施工方法。分別為Ф350mm，Ф500mmФ700mm，Ф850mm四級擴孔。

一級Ф350mm鉆頭擴孔使用Ф159mm鉆鋌，Ф89mm鉆桿的鉆具組合，固相泥漿TBW-850/5泥漿泵循環(huán)泥漿滿足了擴孔需要。

二級Ф500mm組合牙輪鉆頭擴孔，隨著鉆頭增大、孔徑增大。鉆頭在井底切削巖石面積增大，鉆具承受的扭矩相應增加，相對孔徑泥漿泵排量不足，泥漿上返速度減小，井底巖屑不能及時清除影響了擴孔進度。針對這種情況及時更換了鉆具，換用Ф203mm鉆鋌，Ф127mm鉆桿，提高了鉆具強度保證了擴孔鉆具的安全。采用三臺TBW-850/5B泥漿泵并聯(lián)，有效增加泥漿排量，提高了泥漿上返速度是擴孔速度有了一定提高。

在擴孔施工中雖然出現(xiàn)了幾次鉆鋌脫扣、井底異物、擴孔鉆頭脫落等故障，由于采取措施方法得當處理及時未對工程施工造成影響。

2.3套管下放

瓦斯抽放井下放套管工作于6月29日上午10點開始,至6月30日15時順利下入孔內(nèi)38大根，深度為486.02m。當?shù)?9大根套管下入孔內(nèi)7.33m深度為493.35m時，突然出現(xiàn)套管既不能上提又不能下放的現(xiàn)象，造成井下套管變形卡死。

鑒于以上情況為了不使該井報廢，最大限度的發(fā)揮該井的作用，達到瓦斯抽放的目的。經(jīng)相關人員論證采用筒狀磨鐵鉆頭磨削變形、破裂套管段，導通套管與下部井眼，在下部205.65m裸眼井段下入Φ560×12mm套管，采用兩次固井的方法完井。方案確定后立即開始事故處理工具的購置，加工。2012年7月10日晚9點筒狀磨鐵鉆頭及其他工具運達現(xiàn)場，11日開始事故處理。

相繼攻克了井內(nèi)大塊鐵屑打撈、井眼導通軌跡偏斜等不可預見的技術難題。于2012年9月23日套管變形事故處理完成。9月27日Φ560mm套管順利下放至井底。

2.4固井

由于該井套管的特殊情況采用了二次固井，第一次進行下部Φ560mm套管段進行封固，第二次上部井段反擠水泥封固。一次固井Φ560mm套管段，封固段438.31m至679.13m，段長258.82m，環(huán)容86.7m3,密度1.7g/cm3,注入水泥漿120m3(理論99.67m3),水泥漿上返高度438.31m，固井作業(yè)施工連續(xù)。2012年9月27日11:30開始至28日凌晨1:20固井工作完成。二次固井表套及Φ560mm套管段,采用井口反擠水泥法固井。水泥漿密度1.7g/cm3，擠入水泥漿50m3，固井施工作業(yè)連續(xù)，水泥返至地面。2013年10月8日上午10：20至13:30歷時3:10。

3　鉆井技術工藝

3.1井身結構、鉆具組合及鉆井擴孔參數(shù)

3.1.1井身結構

根據(jù)工程技術要求和地質情況，利于施工管理，降低成本以及施工中所出現(xiàn)的特殊情況故采用了三級井身結構，導向孔鉆進完成后先使用組合鉆頭擴孔至Ф1200mm孔徑，下入Q235B鋼級，規(guī)格Ф1020×14mm護壁管對上部松散層護壁止水，防止松散層塌坍、縮徑，確保了鉆孔安全施工。然后在基巖中擴孔鉆進，擴孔完成孔徑為Ф850mm下入20#鋼級，規(guī)格Ф630×12mm+Ф560×12mm生產(chǎn)套管。

3.1.2鉆具組合

導向孔鉆進鉆具組合：

Ф190mmPDC鉆頭+Ф159mm鉆鋌4根+Ф89mm鉆桿+方鉆桿

定向糾斜鉆具組合：

Ф190mmPDC鉆頭 5LZ146×7.0LL+Ф159mm鉆鋌 1根+Ф89mm鉆桿+方鉆桿

一級擴孔鉆具組合：

Ф350mm組合牙輪鉆頭+Ф159mm鉆鋌8根+Ф89mm鉆桿+方鉆桿

二、三、四級擴孔鉆具組合：

Ф500mm組合牙輪鉆頭+Ф203mm鉆鋌6根+Ф127mm鉆桿+方鉆桿；Ф700mm組合牙輪鉆頭+Ф203mm鉆鋌6根+Ф127mm鉆桿+方鉆桿；Ф850mm組合牙輪鉆頭+Ф203mm鉆鋌6根+Ф127mm鉆桿+方鉆桿。

3.2鉆井液與護壁

導向孔鉆進使用低固相泥漿，加入適量火堿和磺化褐煤樹脂、磺化瀝青粉等，以達到安全、高效鉆進的目的，有效的攜帶巖屑和保護井壁，具有除砂好，流變性好，配制簡單的特點，可防止地層塌坍，泥皮薄而堅韌。鉆井液密度1.06-1.08g/cm3，粘度18-24s。

擴孔鉆進為較高粘度和密度的泥漿，泥漿材料以膨潤土、CMC、火堿為主，適量加入降失水泥漿材料，主要解決大口徑鉆進的巖屑攜帶和井壁保護問題。鉆井液密度1.14-1.17g/cm3，粘度31-34s。

3.3井身質量控制

該井靶域半徑小，精度要求高，地層傾角大井身軌跡不易控制。為了有效控制井斜達到質量要求在導向孔施工中采用了以下措施：

設備的安裝必須做到底盤穩(wěn)固，鉆塔、鉆機的安裝周正、水平。天車中心、轉盤中心、孔口坐標點三點成一線，并做到了及時檢查。

使用直的鉆鋌和鉆桿鉆進，彎曲的鉆具不下入孔內(nèi)，為防止孔斜，操作采用高轉速，低鉆壓。黃土層鉆進壓力為鉆鋌重量的30%，基巖鉆進壓力為鉆鋌壓力的50%。

根據(jù)地層合理調(diào)整鉆進參數(shù)，鉆至軟硬換層處或易使鉆孔斜地層時，減小壓力和轉速。使用性能符合的泥漿、合適的泵量，以防沖毀孔壁，擴大孔壁與粗徑鉆具的間隙，巖層傾角較大時，采用減壓鉆進。采用JDT-5A陀螺測斜儀隨鉆進隨監(jiān)測，每30米測斜一次，發(fā)現(xiàn)鉆孔出現(xiàn)偏斜情況即采用JDT-5A陀螺定向儀、螺桿鉆具定向糾斜。

4　結論與建議

海石灣煤礦瓦斯抽放井是口徑大，深度深，工藝復雜，質量要求較高的特殊工藝鉆井工程。施工中嚴格質量目標，井身軌跡、擴孔口徑、固井質量均達到甲方要求。雖然在套管下放過程中發(fā)生了套管擠毀變形事故，在相關人員不懈努力下成功處理了事故，完成了該井施工，滿足了井下瓦斯抽放的目的。

在今后類似大口徑鉆井工程施工配備相應的鉆井設備及鉆具，采用氣舉反循環(huán)鉆進等比較先進的新工藝，力爭提高鉆井效率，確保施工質量，縮短工期，降低成本，減輕勞動強度。

TD82[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-88-1