多级套管深钻孔快速施工技术工艺研究

吕继恒　王登科

摘要：为降低煤矿大巷突水风险，实现安全开采，根据《煤矿防治水总体规划》要求，必须依据地质和水文地质条件实施有针对性的防治水工作，进行有针对性的水文地质补充勘探并逐步构建地下水长期观测网。鉴于目前水文地质资料的限制，矿井涌水水源是否与奥灰水有联系，应进一步分析和观察，需要在二采区上部建立奥灰水文观测孔，以查明矿井水力联系情况，保证矿井安全生产。

关键词：多级套管；深钻孔快速；施工技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.013

1水压预计

设计布置钻孔的位置北回大巷北部东帮，距北回辅二联络巷交叉点南30m。根据井底车场和辅一大巷奥灰孔观测水压预计此奥灰孔水压8.0MPa。

2钻孔施工设计

（1）以φ168mm孔径开孔，钻进至15.5m，下φ168mm第一段止水套管15m，注水泥浆固管，进行了耐压实验。

（2）以φ146mm钻进64m时揭露三灰水，水量12m³/h，水温47℃，继续钻进76m进入三灰界面以下泥岩中，下φ133mm第二段止水套管76m，注水泥浆固管，进行了耐压实验。

（3）以φ113mm钻进149m揭露十下石灰水，水量为23 m³/h，水温52℃。175m至十下石灰岩界面以下细粒砂岩中，下φ89mm第三段止水套管175m，注水泥浆固管，进行了耐压实验。

（4）安设了防喷反压装置，以φ73mm钻进223.5m时进入奥灰含水层顶界面，并在249m时出水，水量4.2m³/h，水压7.5MPa，水温52℃，停止钻进。

3关键技术、特点、技术的先进性

该技术的成功必能解决穿多含水层高压高温大涌水量、粘土层厚容易抱钻及塌孔、深钻孔施工问题，进一步完善了矿井水文监测系统，为研究矿井涌水是否有奥灰补给奠定基础。解决了穿多含水层高压高温大涌水量、粘土层厚容易抱钻及塌孔、深钻孔施工问题，进一步完善了矿井水文监测系统，为研究矿井涌水是否有奥灰补给奠定基础。实现了多级套管的快速施工，该钻孔共设计三级套管，下168mm第一段止水套管15m，下φ133mm第二段止水套管76m，下φ89mm第三段止水套管175m，工艺复杂工序繁琐，通过施工导正钻机技术，实现了钻孔的快速施工。解决了探放高压含水层的防喷反压装置，自行设计并制造了钻孔的防喷反压装置，在具有煤与瓦斯突出和突水危险的地点施工进行钻探施工，必须使用钻机。本装置具有反压装置而无防喷装置时，防喷装置要自制安装。自制的防喷装置由厚壁无缝钢管、厚圆形钢板和法兰盘焊接组成，焊接质量要符合设计要求。管径根据孔口管管径大小确定，长度为300-500mm，在钢管的中部割开圆孔，再焊接一根长100-200mm的钢管作为卸压管。安装防喷装置时，卸压管朝下，背对法兰盘先将钻杆从圆孔插入刚管，从法兰盘一侧在钻杆上拧接钻头，然后推进钻杆和防喷装置到孔口管阀门位置，防喷装置与阀门用螺栓连接牢固后即可开钻。拆卸防喷装置时，按照安装的反过程即可。防喷装置存在时，孔内喷出的高压水或岩粉岩块，经过防喷装置下部的卸压管释放，而不直冲钻机和人员，起到保护钻机和人员的安全作用。保证了揭露高压含水层时的施工安全。必能实现多级套管的快速施工，该钻孔共设计三级套管，下φ168mm第一段止水套管15m，下φ133mm第二段止水套管76m，下φ89mm第三段止水套管175m，工艺复杂工序繁琐，通过施工导正钻机技术，实现了钻孔的快速施工。

4经济效益和社会效益两方面

（1）采用无芯导正钻进技术实现钻进下套管一次完成，大大简化了施工工序，提高了劳动效率，节约了人工成本300余人工。

（2）自行设计制造防喷反压装置，保证了施工过程中的人员安全，实现安全生产。

（3）施工过程中通过高压注浆堵漏工艺对三灰及十下灰含水层进行了注浆封堵，防止了含水层间产生水力联系，实现了安全施工。

（4）通过该奥灰观测孔，建立安装已安装水压监测分站，完善了矿井水文监测网，对新巨龙公司的防治水工作提供参考依据，保证矿井的安全生产。

5达到的技术水平、经济、社会效益及推广应用前景

（1）达到的技术水平。采用无芯导正钻进技术实现钻进下套管一次完成，并顺利下置175米深孔套管，该工艺在探放水施工尤其是深孔套管施工过程中可加快施工速度，缩短工期，同时大大减低工人劳动强度。

自行设计制造防喷反压装置，设备使用方便，具有极高的实用价值。保障了高应力区、高瓦斯压力区域，安全高效钻进施工，杜绝了发生瓦斯超限，实现了钻进喷出瓦斯、媒体可控，做到了钻机安全、持续运转，缩短了钻进工期，保障了井下工作人员的生命安全和身体健康，实现了安全高效快速施工。在钻孔出现大流量、高压力出水时可有效保证施工人员安全，实现安全生产。

（2）经济及社会效益。该项目的研究实施成功，实现了复杂工艺钻孔的快速安全施工工艺，有效的防止了各类钻孔事故的发生。防喷反压装置，在钻孔出现大流量、高压力出水时有效保证施工人员安全，为复杂探放水钻孔的施工提供了先进经验，进一步提升了华坤品牌，为矿井防治水工作提供了强有力的安全保障。

（3）推广应用前景。该项目的成功实施，为井下多套管、复杂探放水钻孔提供良好的借鉴模式，可有效地保障矿井防治水工作安全，具有极大的安全效益、社会效益、经济效益，值得进一步推广和实施。必能解决探放高压含水层的防喷反压装置，自行設计并制造了钻孔的防喷反压装置，保证了揭露高压含水层时的施工安全。