海石湾煤矿瓦斯抽放井施工技术探讨
2016-04-14周正甫
■周正甫
（甘肃煤田地质局一四六队 甘肃 平凉 744000）
海石湾煤矿瓦斯抽放井施工技术探讨
■周正甫
（甘肃煤田地质局一四六队甘肃平凉744000）
海石湾煤矿瓦斯抽放井是特殊工艺井，采用了四级级扩孔工艺，施工过程中相继攻克了井内大块铁屑打捞、井眼导通轨迹偏斜等不可预见的技术难题,完成套管变形处理，进行二次固井，顺利完井。
瓦斯抽放井四级扩孔套管变形二次固井
1 工程概况
1.1位置与交通
瓦斯抽放井矿区地处兰州市,东距兰州市约120km，西距青海省西宁市约110km，京藏高速公路，109国道及兰青铁路穿境o而过，交通十分便利。
1.2地质概况
该井钻遇地层自上而下为：第四系，白垩系下统河口群，侏罗系上统享堂群第三组，侏罗系上统享堂群第二组，侏罗系上统享堂群第一组，侏罗系中统窑街群第五组，侏罗系中统窑街群第四组，侏罗系中统窑街群第三组，侏罗系中统窑街群第二组，元古界。
1.3钻井技术要求
设计井深700m,套管直径630mm，下入深度700mm。
井身质量：井壁光滑，井底水平位移≤2m,导向孔每钻进20m测斜一次。
套管及固井质量：使用425#水泥，水泥浆平均密度为1.70g/cm3,固井水泥返高至地面。套管连接牢固无渗漏。
2 钻井施工情况
2.1设备配备
根据大口径瓦斯抽放井成井质量要求和施工特点，特选用DJZ2000型全液压顶驱钻机，该顶驱钻机相比传统转盘钻机具有：回转扭矩大，有较强的提升能力；上卸扣加减尺方便，无主动钻杆立根，钻进效率更高；大幅降低工人劳动强度，全液压操作安全可靠等优点。
DJZ2000型全液压顶驱钻机基本参数：
钻机型号DJZ2000,钻杆直径φ89mm，钻进深度2000米（钻杆深度）大钩最大载荷80 T，电机功率160 KW(不含泥浆泵)，井架高度28m，水龙头中心管通径φ72，顶驱装置输出参数：输出转速0～300 r/min，输出扭矩25000～4500Nm。
2.2施工过程
2.2.1导向孔钻进
导向孔钻进选用一径到底的钻孔结构，为了配合测斜、定向纠偏的需要使用Ф190mmPDC钻头，Ф159mm钻铤，Ф89mm钻杆，低固相泥浆的钻进方法在海石湾倾角大，易垮塌、掉块、缩径复杂地层钻进收到了良好的效果。
由于海石湾煤矿建矿初期在该区域回填了大量建筑垃圾和工业垃圾，导致0-20米井段在钻进过程中发生严重漏失、坍塌掉块、井底落物，严重影响了施工进度。情况发生后采取了泥浆堵漏，打捞落物的处理措施，于2012年10月19日恢复正常钻进。
导向孔钻进采用测斜精度高，比较先进的JDT-5A陀螺测斜仪随钻进随监测，每30米测斜一次，发现钻孔出现偏斜情况即采用JDT-5A陀螺定向仪、螺杆钻具定向纠斜。导向孔工定向纠斜13次，有效克服了地层倾角大易偏斜的难题，保证了井身轨迹准确无误的打中靶区。导向孔深度为706.82米，于2012年11月20日完成。
2.2.2扩孔
2012年11月21日至2013年6月21日扩孔，历时210天。
依据成井目的和下入套管规格以及设备能力、施工安全因素扩孔采用组合牙轮钻头分级扩孔的施工方法。分别为Ф350mm，Ф500mmФ700mm，Ф850mm四级扩孔。
一级Ф350mm钻头扩孔使用Ф159mm钻铤，Ф89mm钻杆的钻具组合，固相泥浆TBW-850/5泥浆泵循环泥浆满足了扩孔需要。
二级Ф500mm组合牙轮钻头扩孔，随着钻头增大、孔径增大。钻头在井底切削岩石面积增大，钻具承受的扭矩相应增加，相对孔径泥浆泵排量不足，泥浆上返速度减小，井底岩屑不能及时清除影响了扩孔进度。针对这种情况及时更换了钻具，换用Ф203mm钻铤，Ф127mm钻杆，提高了钻具强度保证了扩孔钻具的安全。采用三台TBW-850/5B泥浆泵并联，有效增加泥浆排量，提高了泥浆上返速度是扩孔速度有了一定提高。
在扩孔施工中虽然出现了几次钻铤脱扣、井底异物、扩孔钻头脱落等故障，由于采取措施方法得当处理及时未对工程施工造成影响。
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点开始,至6月30日15时顺利下入孔内38大根，深度为486.02m。当第39大根套管下入孔内7.33m深度为493.35m时，突然出现套管既不能上提又不能下放的现象，造成井下套管变形卡死。
鉴于以上情况为了不使该井报废，最大限度的发挥该井的作用，达到瓦斯抽放的目的。经相关人员论证采用筒状磨铁钻头磨削变形、破裂套管段，导通套管与下部井眼，在下部205.65m裸眼井段下入Φ560×12mm套管，采用两次固井的方法完井。方案确定后立即开始事故处理工具的购置，加工。2012年7月10日晚9点筒状磨铁钻头及其他工具运达现场，11日开始事故处理。
相继攻克了井内大块铁屑打捞、井眼导通轨迹偏斜等不可预见的技术难题。于2012年9月23日套管变形事故处理完成。9月27日Φ560mm套管顺利下放至井底。
2.4固井
由于该井套管的特殊情况采用了二次固井，第一次进行下部Φ560mm套管段进行封固，第二次上部井段反挤水泥封固。一次固井Φ560mm套管段，封固段438.31m至679.13m，段长258.82m，环容86.7m3,密度1.7g/cm3,注入水泥浆120m3(理论99.67m3),水泥浆上返高度438.31m，固井作业施工连续。2012年9月27日11:30开始至28日凌晨1:20固井工作完成。二次固井表套及Φ560mm套管段,采用井口反挤水泥法固井。水泥浆密度1.7g/cm3，挤入水泥浆50m3，固井施工作业连续，水泥返至地面。2013年10月8日上午10：20至13:30历时3:10。
3 钻井技术工艺
3.1井身结构、钻具组合及钻井扩孔参数
3.1.1井身结构
根据工程技术要求和地质情况，利于施工管理，降低成本以及施工中所出现的特殊情况故采用了三级井身结构，导向孔钻进完成后先使用组合钻头扩孔至Ф1200mm孔径，下入Q235B钢级，规格Ф1020×14mm护壁管对上部松散层护壁止水，防止松散层塌坍、缩径，确保了钻孔安全施工。然后在基岩中扩孔钻进，扩孔完成孔径为Ф850mm下入20#钢级，规格Ф630×12mm+Ф560×12mm生产套管。
3.1.2钻具组合
导向孔钻进钻具组合：
Ф190mmPDC钻头+Ф159mm钻铤4根+Ф89mm钻杆+方钻杆
定向纠斜钻具组合：
Ф190mmPDC钻头 5LZ146×7.0LL+Ф159mm钻铤 1根+Ф89mm钻杆+方钻杆
一级扩孔钻具组合：
Ф350mm组合牙轮钻头+Ф159mm钻铤8根+Ф89mm钻杆+方钻杆
二、三、四级扩孔钻具组合：
Ф500mm组合牙轮钻头+Ф203mm钻铤6根+Ф127mm钻杆+方钻杆；Ф700mm组合牙轮钻头+Ф203mm钻铤6根+Ф127mm钻杆+方钻杆；Ф850mm组合牙轮钻头+Ф203mm钻铤6根+Ф127mm钻杆+方钻杆。
3.2钻井液与护壁
导向孔钻进使用低固相泥浆，加入适量火碱和磺化褐煤树脂、磺化沥青粉等，以达到安全、高效钻进的目的，有效的携带岩屑和保护井壁，具有除砂好，流变性好，配制简单的特点，可防止地层塌坍，泥皮薄而坚韧。钻井液密度1.06-1.08g/cm3，粘度18-24s。
扩孔钻进为较高粘度和密度的泥浆，泥浆材料以膨润土、CMC、火碱为主，适量加入降失水泥浆材料，主要解决大口径钻进的岩屑携带和井壁保护问题。钻井液密度1.14-1.17g/cm3，粘度31-34s。
3.3井身质量控制
该井靶域半径小，精度要求高，地层倾角大井身轨迹不易控制。为了有效控制井斜达到质量要求在导向孔施工中采用了以下措施：
设备的安装必须做到底盘稳固，钻塔、钻机的安装周正、水平。天车中心、转盘中心、孔口坐标点三点成一线，并做到了及时检查。
使用直的钻铤和钻杆钻进，弯曲的钻具不下入孔内，为防止孔斜，操作采用高转速，低钻压。黄土层钻进压力为钻铤重量的30%，基岩钻进压力为钻铤压力的50%。
根据地层合理调整钻进参数，钻至软硬换层处或易使钻孔斜地层时，减小压力和转速。使用性能符合的泥浆、合适的泵量，以防冲毁孔壁，扩大孔壁与粗径钻具的间隙，岩层倾角较大时，采用减压钻进。采用JDT-5A陀螺测斜仪随钻进随监测，每30米测斜一次，发现钻孔出现偏斜情况即采用JDT-5A陀螺定向仪、螺杆钻具定向纠斜。
4 结论与建议
海石湾煤矿瓦斯抽放井是口径大，深度深，工艺复杂，质量要求较高的特殊工艺钻井工程。施工中严格质量目标，井身轨迹、扩孔口径、固井质量均达到甲方要求。虽然在套管下放过程中发生了套管挤毁变形事故，在相关人员不懈努力下成功处理了事故，完成了该井施工，满足了井下瓦斯抽放的目的。
在今后类似大口径钻井工程施工配备相应的钻井设备及钻具，采用气举反循环钻进等比较先进的新工艺，力争提高钻井效率，确保施工质量，缩短工期，降低成本，减轻劳动强度。
TD82[文献码]B
1000-405X（2016）-9-88-1
