大直徑鉆孔內(nèi)插法固井技術(shù)應(yīng)用研究

徐 波

（河南省煤田地質(zhì)局四隊(duì)，河南 鄭州 450000）

近年來，國內(nèi)大直徑鉆井施工技術(shù)發(fā)展迅速，大直徑工程井在礦井瓦斯抽排、輸冰降溫、強(qiáng)排水、通風(fēng)、送料、下電纜以及礦山救援逃生等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。大直徑鉆井工程作為實(shí)現(xiàn)功能性用途的礦山建設(shè)項(xiàng)目，有著鮮明的工藝技術(shù)特點(diǎn)，與一般水文水井、礦產(chǎn)資源鉆孔相比，在鉆孔垂偏斜度、終孔點(diǎn)位控制、套管安裝、套管固井等方面，都具有更高的技術(shù)要求[1，2]。

在大直徑鉆孔施工中，固井工藝直接關(guān)系著大直徑鉆孔的成敗，在固井施工過程中，一旦發(fā)生事故，會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時可能造成鉆孔報(bào)廢。因此，鉆孔套管固井工藝的選擇，就顯得非常重要[3]?，F(xiàn)結(jié)合工程實(shí)踐，對大直徑鉆孔工程施工中內(nèi)插法固井工藝進(jìn)行探討研究。

1 內(nèi)插法固井技術(shù)

圖1 固井浮箍結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)插法固井工藝是針對大直徑鉆孔套管的固井特點(diǎn)及特殊要求而選取的一種固井技術(shù)，是用鉆桿下部連接浮箍插入頭，插入套管底部的插座內(nèi), 加壓后打開固定凡爾球，與鉆孔環(huán)空建立泥漿循環(huán)，用注漿泵通過鉆桿注水泥漿的方式，向外環(huán)空注水泥漿，使水泥漿返出地面，注漿結(jié)束后，固定凡爾球回彈，避免水泥漿倒流進(jìn)套管和鉆桿，完成固井。固井浮箍結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

與傳統(tǒng)的水泥塞固井工藝相比, 內(nèi)插法固井具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在套管內(nèi)水泥漿與鉆井液無混漿段, 所以在套管內(nèi)可以不用清水替漿，減少施工時間。

（2）固井所需水泥漿量較常規(guī)固井法少, 節(jié)約施工成本。

（3）因使用水泥量少，可以減少因附加水泥量過大而造成的浪費(fèi)和環(huán)境污染。

（4）固井結(jié)束后只需要考慮鉆桿內(nèi)的替漿量, 所以不但可以減少水泥使用量, 而且易準(zhǔn)確計(jì)算替漿量，避免“替空”情況發(fā)生，同時還能縮短施工時間。

（5）不需要考慮鉆掃水泥塞，減少了施工工序，縮短施工時間，提高固井效率與質(zhì)量[4]。

基于內(nèi)插法固井工藝的技術(shù)特點(diǎn)，在采用該方法進(jìn)行固井作業(yè)時會出現(xiàn)以下問題：

（1）插入頭和浮箍插座之間密封失效，造成密封不嚴(yán)，水泥漿回流入套管，造成鉆桿“插旗桿”事故。

（2）鉆井液中固相含量高，導(dǎo)致孔底沉沙量過大，或下套管、下固井鉆具時孔口落物造成浮箍底口堵塞，無法保證固井質(zhì)量。

由于固井過程不可逆，針對固井過程中出現(xiàn)的問題，處理不當(dāng)會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。為了保證固井質(zhì)量，防止固井事故的發(fā)生，應(yīng)制定相應(yīng)的技術(shù)保障措施，避免在固井過程中發(fā)生事故，確保鉆孔施工安全與固井質(zhì)量。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

河南某礦業(yè)公司地面注漿站擴(kuò)能改造送料孔工程，按二開井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，終孔孔徑Φ350mm，完鉆井深670m，孔內(nèi)下入Φ273mm×10mm 注漿套管至670m，套管采用焊接方式連接，二開完井鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

為確保輸漿管路安裝及后續(xù)施工作業(yè)的安全順利進(jìn)行，需要對注漿套管進(jìn)行水泥漿固井。本鉆孔二開井深大，注漿管為螺旋焊管，且為對焊連接，常規(guī)石油固井方案混漿段無法控制、施工作業(yè)時間長，風(fēng)險(xiǎn)大，且無法保證固井質(zhì)量，采用常規(guī)水泥塞固井方法作業(yè)時間長，因此本鉆孔注漿套管固井施工采用內(nèi)插法固井工藝。

2.2 套管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本鉆孔共下入56 根Φ273mm×10mm 注漿套管，全長670m，其中尾管長2.7m，浮箍長0.4m，浮箍下深667.3m，浮箍與上部套管采用焊接方式連接。為保證焊縫強(qiáng)度，在套管上加焊筋板，前20 根套管，每根套管上均勻預(yù)焊3 塊筋板，后36根套管，每根套管上預(yù)焊4 塊筋板。套管串結(jié)構(gòu)：尾管+ 浮箍+Φ273mm 套管串。

圖2 井深結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 水泥用量及鉆桿替漿量計(jì)算

2.3.1 水泥用量

根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)及套管串結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況，計(jì)算得到需要水泥漿總體積為26.97m3，井徑擴(kuò)大率按10% 計(jì)算，需要水泥漿共29.67m3。本次固井設(shè)計(jì)泥漿比重為1.65g/m3，水灰比為0.745:1，計(jì)算得共需干水泥28t。

2.3.2 替漿量計(jì)算

此次固井采用內(nèi)插法固井工藝，只在鉆桿及管線內(nèi)有殘留的水泥漿，套管內(nèi)理論上無水泥漿，所以在計(jì)算替漿量時，只需要考慮高壓管線及鉆桿內(nèi)的水泥漿。經(jīng)計(jì)算管線及鉆桿內(nèi)替漿量為6.28m3。在施工時，要精確控制替漿量，避免發(fā)生“替空”質(zhì)量事故。

2.4 安全技術(shù)保障措施

為了提高固井質(zhì)量，防止固井施工的發(fā)生，應(yīng)制定相應(yīng)的技術(shù)保障措施，避免在固井過程中發(fā)生事故，確保本鉆孔固井安全與固井質(zhì)量。具體措施有[5]：

（1）浮箍安裝前要嚴(yán)格檢查插座、插入頭及其密封圈等各部件的質(zhì)量；并對浮箍各部件進(jìn)行校核，確保浮箍各附件安全可靠，保證浮箍入井后各部件能正常工作。

（2）在下套管和固井前要做好沖孔工作，充分循環(huán)鉆井液，減少鉆井液固相含量，確保井內(nèi)無沉砂，同時應(yīng)盡量減少固定凡爾和凡爾閥座被沖刷的時間，避免浮箍工具失效。

（3）做好技術(shù)交底工作，明確在下套管和下鉆過程中，要抓牢各種工具，避免雜物掉入套管和鉆具內(nèi)，造成浮箍工具關(guān)閉失靈。

（4）當(dāng)插入頭位置距浮箍9m 時，應(yīng)先開泵循環(huán)鉆井液，沖洗浮箍上的沉砂，同時緩慢下放固井鉆具，使插入頭進(jìn)入插座內(nèi)，禁止快速下放鉆具，破壞浮箍內(nèi)附件或損壞插入頭密封圈，造成密封失靈。

（5）接方鉆桿開泵頂通環(huán)空內(nèi)鉆井液，同時觀察套管密封鋼板上壓力表讀數(shù)是否有變化，若有則說明插入頭處密封不嚴(yán)密，應(yīng)查明原因并采取有效措施確保插入頭處密封嚴(yán)密可靠。

（6）如果在注水泥漿或者替漿過程中發(fā)現(xiàn)井口壓力表顯示異常，應(yīng)及時調(diào)整注漿排量，查明原因，直到壓力正常后再調(diào)整至正常排量。

（7）在固井或替漿過程中應(yīng)確保井口各裝置密封可靠，防止因密封問題造成固井事故的發(fā)生。

2.5 固井施工流程

本鉆孔內(nèi)插法固井的流程為: 循環(huán)鉆井液→排空套管內(nèi)空氣→注隔離液→制漿、泵送漿液→替漿→上提鉆具、沖洗殘留的水泥漿。

具體施工過程：

（1）套管下設(shè)到設(shè)計(jì)位置后，在套管內(nèi)下入固井鉆具，鉆桿與套管之間環(huán)空在井口處用環(huán)形鋼板焊接密封。在密封鋼板上加裝注水閥、排氣閥和壓力表。

（2）循環(huán)泥漿，觀察是否有異常現(xiàn)象，確保泥漿循環(huán)流暢。

（3）通過注水閥向套管內(nèi)注清水，打開井口排氣閥，排空套管內(nèi)空氣。

（4）從鉆軒內(nèi)注清水6m3作為隔離液，達(dá)到隔離泥漿和水泥漿及沖洗孔壁的作用。

（5）使用混合器配制水泥漿時，下灰入混合器開始配漿，并連續(xù)測量比重達(dá)到1.65g/cm3時，用注漿泵將水泥漿送入井內(nèi)，直至水泥漿反出地面。

（6）用清水6.28m3替出鉆桿內(nèi)的水泥漿，孔底留水泥塞2.7m。

（7）打開井口密封鋼板，上提鉆具，開泵沖洗鉆具內(nèi)殘留水泥漿后起鉆，固井結(jié)束。

本次固井施工過程中無異常情況發(fā)生，水泥漿密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并全部返出地面，候凝48 小時后用鉆具探查水泥塞底面，經(jīng)甲乙雙方確認(rèn)此次固井達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能滿足后續(xù)施工作業(yè)需要。

3 結(jié)論

（1）本此鉆井工程采用內(nèi)插法固井工藝，安全順利的完成了固井任務(wù)，保證了固井質(zhì)量，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)施工作業(yè)提供了安全保障。

（2）采用內(nèi)插法固井工藝，縮減了施工工序，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率。為今后大直徑鉆孔固井施工具有一定的借鑒意義。

（3）內(nèi)插法固井施工時，要確保浮箍裝置各附件安全可靠，避免因?yàn)楣叹ぞ呤ъ`而引起事故。