梧桐莊礦新增大口徑3號排水孔施工技術(shù)

郭再峰

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊，河北邯鄲 056201)

梧桐莊礦新增大口徑3號排水孔施工技術(shù)

郭再峰

(河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊，河北邯鄲 056201)

介紹了梧桐莊礦大口徑排水孔鉆探成井、固井施工技術(shù)。該孔設(shè)計孔深646 m，終孔直徑520 mm，落點坐標水平位移≯5 m，下入重達90余噸的φ426 mm套管646 m，水泥固井。由于鉆孔直徑大，垂直度要求高，施工難度大，預(yù)防鉆孔超斜、確保順利安全下入φ426 mm套管并固井是關(guān)鍵。通過采用小口徑先導(dǎo)孔鉆進再擴孔成井的施工方法，并采取合理的鉆具組合和泥漿，制定有效的防斜技術(shù)和下套管措施等，順利完成了施工任務(wù)，施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

大口徑排水孔;先導(dǎo)孔;垂直度;油田浮箍浮鞋;固井

1 概述

冀中能源峰峰集團梧桐莊礦為解決礦井排水，應(yīng)對煤礦透水突發(fā)事件，新增4個大口徑排水孔，將礦井水排出地面。委托我隊施工3號排水孔。該孔設(shè)計孔深646 m，終孔直徑520 mm，終孔落點坐標水平位移≯5 m。由于該工程口徑較大，鉆孔垂直度要求高，場地小，施工難度大，為此，在認真分析地層資料和鉆孔設(shè)計技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，制定了一系列鉆探技術(shù)措施，經(jīng)過5個月的施工，順利完成了施工任務(wù)，工程質(zhì)量達到了甲方設(shè)計要求，同時在煤礦排水孔鉆探工藝技術(shù)方面取得了成功的經(jīng)驗。

2 排水孔地層概況

0～126 m為新生界，巖性以粘土、砂卵石、砂層為主，地層互層變化較大，易塌、漏失。

126～646 m為二疊系、石炭系地層，巖性主要以砂頁巖、砂巖、泥巖、泥灰?guī)r為主，底部可見煤層、地層傾角一般5°～6°，局部超過 20°，可鉆性5～6級，地層軟硬互層變化較大，易縮徑，穿層鉆進時易造成孔斜，施工難度較大。

3 排水孔結(jié)構(gòu)設(shè)計及技術(shù)要求

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該孔設(shè)計孔深646 m。

一開:φ650 mm，下入φ560 mm×10 mm螺旋管130 m，水泥固管;

二開:φ520 mm，全孔下入18 mm和14 mm厚度的φ426 mm無縫鋼管646 m，水泥固井。

3.2 孔斜要求

終孔孔斜＜0.5°，孔底坐標水平位移＜5 m。

3.3 固井要求

全孔下入φ426 mm套管后用42.5R普通硅酸鹽水泥固井。

3.4 耐壓要求

固井結(jié)束水泥凝固72 h后做耐壓試驗，試驗壓力不低于設(shè)計工作壓力(設(shè)計孔底工作壓力7 MPa)1.25倍，穩(wěn)壓時間≮30 min。

4 施工主要設(shè)備

27 m A形金屬鉆塔1部，GZ－2000型鉆機1臺，TBW－1200/7B型泥漿泵1臺，KXZ－1A型數(shù)字測斜儀1臺，旋流除砂器、泥漿攪拌機各1臺，φ203、178、159 mm 鉆鋌，φ127 mm 鉆桿。

5 主要技術(shù)難點

排水孔上部覆蓋層為卵礫石地層，結(jié)構(gòu)松散，極易造成坍塌、孔斜，下部基巖為煤系地層、泥灰?guī)r互層，局部傾角較大，鉆進中容易造成孔斜。地質(zhì)條件復(fù)雜，基巖頂面和煤系地層砂巖段容易漏失，泥巖段縮徑。工程工期短，僅5個月。

6 鉆進工藝及技術(shù)措施

如何防止孔斜超標、堵漏、抑制縮徑是該工程施工中的關(guān)鍵問題。針對施工難點采取了以下鉆進方法和技術(shù)措施。

6.1 鉆進方法

首先采用φ311 mm鑲齒牙輪鉆頭加φ203 mm鉆鋌37 m進行大配重鉆進施工先導(dǎo)孔。每鉆進20 m測斜一次，確保開孔沖積層孔段的垂直度。待鉆至基巖下10 m后用φ650 mm組合牙輪鉆頭擴孔，下入φ560 mm×10 mm螺旋管護壁，并進行水泥固管。

6.2 鉆具組合

為了有效防止孔斜超標，采用塔式鉆具結(jié)構(gòu)，滿眼減壓鉆進技術(shù)，在鉆鋌中間加裝φ305 mm扶正器。

6.2.1 先導(dǎo)孔鉆具組合

φ311 mm牙輪鉆頭+φ203 mm鉆鋌4小根(帶φ305 mm扶正器2組)+φ178 mm鉆鋌4小根+φ159 mm鉆鋌2小根+φ127 mm鉆桿+主動鉆桿。

6.2.2 擴孔鉆具組合

φ520 mm牙輪鉆頭+φ203 mm鉆鋌4小根+φ178 mm鉆鋌4小根 +φ159 mm鉆鋌2小根 +φ127 mm鉆桿+主動鉆桿。

6.3 鉆進參數(shù)

1.進一步完善金融制度，加強金融支持力度。金融業(yè)的發(fā)展能夠促進現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)，政府應(yīng)該制定相關(guān)法規(guī)，通過法律法規(guī)規(guī)范金融市場交易制度，保證交易透明、公正、公平，降低風(fēng)險成本和交易成本，防止不正當(dāng)交易和競爭；強化中央銀行的宏觀調(diào)控職能加大金融對經(jīng)濟發(fā)展的支持力度，靈活運用各種貨幣工具，對經(jīng)濟運行實行微調(diào)，通過信貸指引和窗口指導(dǎo)繼續(xù)優(yōu)化信貸結(jié)構(gòu)，從而使金融業(yè)在深圳地區(qū)持續(xù)健康發(fā)展。

該孔全孔為減壓鉆進，鉆進時調(diào)整壓力，利用孔內(nèi)鉆鋌加壓，鉆桿在鉆進過程中始終處于拉伸狀態(tài)(嚴禁鉆桿加壓)，使鉆柱中和點處于鉆鋌長度2/3處以下進行輕壓吊打，用以控制孔斜。根據(jù)不同的口徑和地層情況合理選擇鉆壓、轉(zhuǎn)速及泵量，其鉆進參數(shù)如表1所示。

鉆進過程中要保持孔底清潔，孔底鉆壓均勻(三班一致)，控制鉆進速度，防止孔斜。

表1 鉆進參數(shù)表

7 鉆進泥漿

上部采用優(yōu)質(zhì)粘土造漿+CMC+腐植酸鉀。

基巖段采用優(yōu)質(zhì)膨潤土造漿，添加化學(xué)處理劑:CMC、腐植酸鉀、護壁劑等，以達到抑制地層縮徑、護壁堵漏，攜帶巖粉的作用，其性能為密度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值為8。

8 定深測斜技術(shù)措施

在鉆進過程中每20 m測斜一次，測斜儀器采用KXZ－1A型數(shù)字測斜儀，每鉆進100 m時和終孔后用JDG－5型高精度陀螺測斜儀測井斜一次，控制井位坐標。

測斜結(jié)果:終孔落點坐標水平位移4.246 m，終孔孔斜0.38°。

9 施工中出現(xiàn)的問題及處理

施工中鉆至孔深360 m處，由于鉆機操作人員沒有合理控制鉆進速度，當(dāng)天進尺30 m，提鉆測斜發(fā)現(xiàn)孔斜超標后馬上停鉆，并制定糾斜方案及時采取措施，控制鉆孔超斜。采用方法為變徑減壓鉆進，換φ244 mm牙輪鉆頭鉆進20 m測斜后，再換φ190 mm鑲齒牙輪鉆頭鉆進20 m測斜，再用φ190 mm+φ311 mm鑲齒組合牙輪鉆頭擴孔。經(jīng)測斜，孔斜由原來的1.51°減小到0.68°。正常鉆進，最終終孔孔斜 0.38°。

10 下管、固井成孔工藝技術(shù)

將φ426 mm套管順利下到設(shè)計位置646 m是該項工程的重要環(huán)節(jié)。該排水孔口徑大，全孔下入φ426 mm×18 mm套管100 m和φ426 mm×14 mm套管546 m，共計646 m，質(zhì)量達90余噸。為保證安全下管和固井，制定了下管、固井保證措施并做好充分準備。

10.1 下套管前準備和下套管技術(shù)措施

(1)圓孔:φ520 mm牙輪擴孔達到650 m后，用φ426 mm×18 mm套管10 m，管外分上、中、下加焊6組肋骨條，加工成直徑為φ490 mm的筒狀鉆具，從126 m處開始圓孔至646 m。

(2)調(diào)漿:將孔內(nèi)的泥漿指標調(diào)整為密度1.15 kg/L，粘度為 22 s，失水量 ＜14 mL/30 min，含砂量＜4%，pH值為8，加入粉狀潤滑劑。

(3)探孔:用φ426 mm無縫鋼管接成約20 m左右的管柱進行探孔，暢通無阻后開始下管。

10.2 φ426 mm套管前期準備工作

(1)套管加工:將φ426 mm套管加工絲扣，螺距為3 mm，扣型為方扣。

(2)套管試壓:套管中抽檢，在套管端部密封后進行地面耐壓試驗。

(3)將φ426 mm套管進行排序丈量編號。

10.3 下套管

由于套管質(zhì)量大，為保證下套管安全，采用油田常用的浮鞋浮箍，其抗壓強度為24 MPa，滿足承壓要求。該孔套管提升采用提頭絲扣連接，穿杠提吊，采用石油CMS－XL型套管卡瓦制作的卡具夾持套管，用鉆機貓頭輪將每根套管上緊絲扣后，采用手工交流電弧焊將套管絲扣連接處焊接密封。在下套管過程中，隨時往套管內(nèi)注入清水，拉力表保持在100～120 kN范圍內(nèi)，以防壓差過大損壞浮鞋浮箍。

10.4 固井

為了保證固井質(zhì)量，本次使用石油SMC－400型高壓固井車固井，水泥標號為42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5，水泥用量61 t。

固井注水泥漿:下入帶注漿插頭的φ127 mm鉆桿距浮箍0.5 m處時，開泵循環(huán)幾分鐘后，將插頭插入浮箍內(nèi)壓緊，開始循環(huán)泥漿，待循環(huán)暢通后打前置液5 m3，開始注漿，至水泥漿返出地面時再打頂替清水5 m3，提出鉆桿候凝。

10.5 套管壓力試驗及套管內(nèi)漿液處理

(1)試壓:侯凝72 h后，井口安裝試壓裝置，進行井口耐壓試驗，孔口壓力達3.7 MPa，穩(wěn)定時間30 min，達到設(shè)計要求，證明固井效果良好。

(2)清孔:試壓結(jié)束后，用φ273 mm提桶將孔內(nèi)漿液提凈，經(jīng)檢測孔內(nèi)殘留漿液高度為3.5 m，達到設(shè)計要求，封閉孔口待用。

11 結(jié)語

本次排水孔施工口徑大，深度大，根據(jù)地層情況，采用合理的鉆具組合和泥漿，制定了有效地防斜技術(shù)措施和下套管措施是該工程順利完成的關(guān)鍵。采用小徑鉆進先導(dǎo)孔，大徑擴孔的施工方法保證了工程的質(zhì)量。存在的問題是施工周期較長，鉆進效率較低。

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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(漢族)，河北邢臺人，河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊鉆探副總工程師，探礦工程專業(yè)，從事煤田地質(zhì)勘探、水文地質(zhì)勘探工作，河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)峰鋼街20號，guozaifeng@163.com。