梧桐庄矿新增大口径3号排水孔施工技术

郭再峰

(河北省煤田地质局水文地质队，河北邯郸 056201)

梧桐庄矿新增大口径3号排水孔施工技术

郭再峰

(河北省煤田地质局水文地质队，河北邯郸 056201)

介绍了梧桐庄矿大口径排水孔钻探成井、固井施工技术。该孔设计孔深646 m，终孔直径520 mm，落点坐标水平位移≯5 m，下入重达90余吨的φ426 mm套管646 m，水泥固井。由于钻孔直径大，垂直度要求高，施工难度大，预防钻孔超斜、确保顺利安全下入φ426 mm套管并固井是关键。通过采用小口径先导孔钻进再扩孔成井的施工方法，并采取合理的钻具组合和泥浆，制定有效的防斜技术和下套管措施等，顺利完成了施工任务，施工质量满足设计要求。

大口径排水孔;先导孔;垂直度;油田浮箍浮鞋;固井

1 概述

冀中能源峰峰集团梧桐庄矿为解决矿井排水，应对煤矿透水突发事件，新增4个大口径排水孔，将矿井水排出地面。委托我队施工3号排水孔。该孔设计孔深646 m，终孔直径520 mm，终孔落点坐标水平位移≯5 m。由于该工程口径较大，钻孔垂直度要求高，场地小，施工难度大，为此，在认真分析地层资料和钻孔设计技术要求的基础上，制定了一系列钻探技术措施，经过5个月的施工，顺利完成了施工任务，工程质量达到了甲方设计要求，同时在煤矿排水孔钻探工艺技术方面取得了成功的经验。

2 排水孔地层概况

0～126 m为新生界，岩性以粘土、砂卵石、砂层为主，地层互层变化较大，易塌、漏失。

126～646 m为二叠系、石炭系地层，岩性主要以砂页岩、砂岩、泥岩、泥灰岩为主，底部可见煤层、地层倾角一般5°～6°，局部超过 20°，可钻性5～6级，地层软硬互层变化较大，易缩径，穿层钻进时易造成孔斜，施工难度较大。

3 排水孔结构设计及技术要求

3.1 结构设计

该孔设计孔深646 m。

一开:φ650 mm，下入φ560 mm×10 mm螺旋管130 m，水泥固管;

二开:φ520 mm，全孔下入18 mm和14 mm厚度的φ426 mm无缝钢管646 m，水泥固井。

3.2 孔斜要求

终孔孔斜＜0.5°，孔底坐标水平位移＜5 m。

3.3 固井要求

全孔下入φ426 mm套管后用42.5R普通硅酸盐水泥固井。

3.4 耐压要求

固井结束水泥凝固72 h后做耐压试验，试验压力不低于设计工作压力(设计孔底工作压力7 MPa)1.25倍，稳压时间≮30 min。

4 施工主要设备

27 m A形金属钻塔1部，GZ－2000型钻机1台，TBW－1200/7B型泥浆泵1台，KXZ－1A型数字测斜仪1台，旋流除砂器、泥浆搅拌机各1台，φ203、178、159 mm 钻铤，φ127 mm 钻杆。

5 主要技术难点

排水孔上部覆盖层为卵砾石地层，结构松散，极易造成坍塌、孔斜，下部基岩为煤系地层、泥灰岩互层，局部倾角较大，钻进中容易造成孔斜。地质条件复杂，基岩顶面和煤系地层砂岩段容易漏失，泥岩段缩径。工程工期短，仅5个月。

6 钻进工艺及技术措施

如何防止孔斜超标、堵漏、抑制缩径是该工程施工中的关键问题。针对施工难点采取了以下钻进方法和技术措施。

6.1 钻进方法

首先采用φ311 mm镶齿牙轮钻头加φ203 mm钻铤37 m进行大配重钻进施工先导孔。每钻进20 m测斜一次，确保开孔冲积层孔段的垂直度。待钻至基岩下10 m后用φ650 mm组合牙轮钻头扩孔，下入φ560 mm×10 mm螺旋管护壁，并进行水泥固管。

6.2 钻具组合

为了有效防止孔斜超标，采用塔式钻具结构，满眼减压钻进技术，在钻铤中间加装φ305 mm扶正器。

6.2.1 先导孔钻具组合

φ311 mm牙轮钻头+φ203 mm钻铤4小根(带φ305 mm扶正器2组)+φ178 mm钻铤4小根+φ159 mm钻铤2小根+φ127 mm钻杆+主动钻杆。

6.2.2 扩孔钻具组合

φ520 mm牙轮钻头+φ203 mm钻铤4小根+φ178 mm钻铤4小根 +φ159 mm钻铤2小根 +φ127 mm钻杆+主动钻杆。

6.3 钻进参数

1.进一步完善金融制度，加强金融支持力度。金融业的发展能够促进现代化经济建设，政府应该制定相关法规，通过法律法规规范金融市场交易制度，保证交易透明、公正、公平，降低风险成本和交易成本，防止不正当交易和竞争；强化中央银行的宏观调控职能加大金融对经济发展的支持力度，灵活运用各种货币工具，对经济运行实行微调，通过信贷指引和窗口指导继续优化信贷结构，从而使金融业在深圳地区持续健康发展。

该孔全孔为减压钻进，钻进时调整压力，利用孔内钻铤加压，钻杆在钻进过程中始终处于拉伸状态(严禁钻杆加压)，使钻柱中和点处于钻铤长度2/3处以下进行轻压吊打，用以控制孔斜。根据不同的口径和地层情况合理选择钻压、转速及泵量，其钻进参数如表1所示。

钻进过程中要保持孔底清洁，孔底钻压均匀(三班一致)，控制钻进速度，防止孔斜。

表1 钻进参数表

7 钻进泥浆

上部采用优质粘土造浆+CMC+腐植酸钾。

基岩段采用优质膨润土造浆，添加化学处理剂:CMC、腐植酸钾、护壁剂等，以达到抑制地层缩径、护壁堵漏，携带岩粉的作用，其性能为密度1.1～1.20 kg/L，粘度20～25 s，含砂量 ＜4%，失水量20 mL/30 min以下，pH值为8。

8 定深测斜技术措施

在钻进过程中每20 m测斜一次，测斜仪器采用KXZ－1A型数字测斜仪，每钻进100 m时和终孔后用JDG－5型高精度陀螺测斜仪测井斜一次，控制井位坐标。

测斜结果:终孔落点坐标水平位移4.246 m，终孔孔斜0.38°。

9 施工中出现的问题及处理

施工中钻至孔深360 m处，由于钻机操作人员没有合理控制钻进速度，当天进尺30 m，提钻测斜发现孔斜超标后马上停钻，并制定纠斜方案及时采取措施，控制钻孔超斜。采用方法为变径减压钻进，换φ244 mm牙轮钻头钻进20 m测斜后，再换φ190 mm镶齿牙轮钻头钻进20 m测斜，再用φ190 mm+φ311 mm镶齿组合牙轮钻头扩孔。经测斜，孔斜由原来的1.51°减小到0.68°。正常钻进，最终终孔孔斜 0.38°。

10 下管、固井成孔工艺技术

将φ426 mm套管顺利下到设计位置646 m是该项工程的重要环节。该排水孔口径大，全孔下入φ426 mm×18 mm套管100 m和φ426 mm×14 mm套管546 m，共计646 m，质量达90余吨。为保证安全下管和固井，制定了下管、固井保证措施并做好充分准备。

10.1 下套管前准备和下套管技术措施

(1)圆孔:φ520 mm牙轮扩孔达到650 m后，用φ426 mm×18 mm套管10 m，管外分上、中、下加焊6组肋骨条，加工成直径为φ490 mm的筒状钻具，从126 m处开始圆孔至646 m。

(2)调浆:将孔内的泥浆指标调整为密度1.15 kg/L，粘度为 22 s，失水量 ＜14 mL/30 min，含砂量＜4%，pH值为8，加入粉状润滑剂。

(3)探孔:用φ426 mm无缝钢管接成约20 m左右的管柱进行探孔，畅通无阻后开始下管。

10.2 φ426 mm套管前期准备工作

(1)套管加工:将φ426 mm套管加工丝扣，螺距为3 mm，扣型为方扣。

(2)套管试压:套管中抽检，在套管端部密封后进行地面耐压试验。

(3)将φ426 mm套管进行排序丈量编号。

10.3 下套管

由于套管质量大，为保证下套管安全，采用油田常用的浮鞋浮箍，其抗压强度为24 MPa，满足承压要求。该孔套管提升采用提头丝扣连接，穿杠提吊，采用石油CMS－XL型套管卡瓦制作的卡具夹持套管，用钻机猫头轮将每根套管上紧丝扣后，采用手工交流电弧焊将套管丝扣连接处焊接密封。在下套管过程中，随时往套管内注入清水，拉力表保持在100～120 kN范围内，以防压差过大损坏浮鞋浮箍。

10.4 固井

为了保证固井质量，本次使用石油SMC－400型高压固井车固井，水泥标号为42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5，水泥用量61 t。

固井注水泥浆:下入带注浆插头的φ127 mm钻杆距浮箍0.5 m处时，开泵循环几分钟后，将插头插入浮箍内压紧，开始循环泥浆，待循环畅通后打前置液5 m3，开始注浆，至水泥浆返出地面时再打顶替清水5 m3，提出钻杆候凝。

10.5 套管压力试验及套管内浆液处理

(1)试压:侯凝72 h后，井口安装试压装置，进行井口耐压试验，孔口压力达3.7 MPa，稳定时间30 min，达到设计要求，证明固井效果良好。

(2)清孔:试压结束后，用φ273 mm提桶将孔内浆液提净，经检测孔内残留浆液高度为3.5 m，达到设计要求，封闭孔口待用。

11 结语

本次排水孔施工口径大，深度大，根据地层情况，采用合理的钻具组合和泥浆，制定了有效地防斜技术措施和下套管措施是该工程顺利完成的关键。采用小径钻进先导孔，大径扩孔的施工方法保证了工程的质量。存在的问题是施工周期较长，钻进效率较低。

［1］中国煤田地质总局.特种钻探工程［M］.北京:煤炭工业出版社，1995.

［2］乌效鸣，等.钻井液与岩土工程浆液［M］.湖北武汉:中国地质大学出版社，2002.

［3］彭桂湘.大口径工程井套管事故及预防技术措施［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(8):47 －50.

［4］王英，刘炳志，杜庆军.大口径煤矿应用井施工技术难点及应对措施［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(12):51 －53.

［5］杜贵亭.超大口径瓦斯抽排放井施工技术［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(12):46 －50.

［6］郭再峰.石油钻井用可钻式浮箍浮鞋在煤矿回灌井中的应用［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2011，38(6):33 －35，39.

Construction Technology of Large Diameter Drainage Hole in Wutongzhuang Coalmine

GUO Zai-feng(Hydrographical Geological Team of Hebei Coalfield Geologic Bureau，Handan Hebei 056201，China)

The paper introduced the construction technology of well drilling and cementing for large diameter drainage hole in Wutongzhuang coalmine.The designed depth is 646m，the termination diameter is 520mm and the tolerance of hole bottom coordinate should not be more than 5m.646m case(426mm in diameter and weighted more than 90t)was put down to the borehole with cementing.Because of large borehole diameter and high demand of verticality，construction was difficult.Safely putting downφ426mm case and cementing were the key points to prevent hole deviation.Based on the effective deviation control and casing measures，the construction was fulfilled by small diameter pilot hole drilling and borehole reaming with rational drilling tool assembly and drilling mud.

large diameter drainage hole;pilot hole;verticality;floating collar and shoe in petroleum drilling;cementing

P634.5

A

1672－7428(2011)09－0083－03

2011－03－02;

2011－07－05

郭再峰(1961－)，男(汉族)，河北邢台人，河北省煤田地质局水文地质队钻探副总工程师，探矿工程专业，从事煤田地质勘探、水文地质勘探工作，河北省邯郸市峰峰矿区峰钢街20号，guozaifeng@163.com。