飞管隔离采空区技术在钻井工艺中应用

苗利伟，李训魁，王月国

（中国煤炭地质总局 第二水文地质队，河北 邢台 054000）

1 概况

郭二庄矿隶属于冀中能源股份有限公司邯郸矿业集团，位于武安市西北约13 km 处，分一坑和二坑2 个坑口。一坑主采2 号煤，经过多年的开采，一坑2 号煤资源渐趋枯竭，需开采9 号煤延长矿井开采年限。开采9 号煤需对奥灰导水构造进行探查注浆治理，为此布置注1、注2 钻孔进行探查注浆工作。注2 孔在直井段，和2-1 分支分别钻遇2 号和9 号煤两层采空区，2 号煤埋藏较浅，根据已有资料在施工之初设计采用φ273 mm×8 mm 套管进行了隔离。隔离后钻进至9 号煤层位发生漏失、进尺快等现象，判断此处为小煤窑采空区。采用注浆、填砾法对此段先后进行了22 次封堵，持续近2 个月时间。封堵后每次扫孔仍发生漏失、塌孔现象，封堵效果较差。

已知在本区穿2 号煤采空区钻孔有11 眼，只有1406 钻孔通过封堵方式穿过采空区，云补1 钻孔采用封堵的方式施工2 个月，未能成功封堵采空区，最终通过下管方式隔离采空区，其他钻孔均采用顶漏钻进至煤层稳定底板后下入套管隔离。为此，2-1 分支决定采用套管隔离技术来隔离采空区。在全孔下入套管需用φ219 mm 套管312 m，本孔为水平分支孔，2-1 分支施工结束后需自孔深185 m 处再次侧钻，必须将下入的φ219 mm 套管拔出才能施工其他分支孔，全孔下入套管影响后续施工。为此决定仅在采空区破碎带下入部分φ219 mm 套管（即飞管）来隔离采空区，达到减少后续拔管和节约套管的目的。

2 工程情况

注2 孔位于郭二庄矿区西南部，2-1 分支在直井段的基础上自小煤窑横穿F4断层进入治理区域，钻遇地层为第四系（Q）、二叠系上石盒子组（P2s）（下石盒子断失）、山西组（P1s）、石炭系太原组（C3t）、本溪组（C2b）、奥陶系峰峰组。已知本区有山西组2 号煤采空区，太原组9 号煤采空区情况不详。钻孔设计结构见表1。

表1 设计钻孔结构Table 1 Design drilling hole structure

3 钻遇9 号煤采空区情况

2-1 分支自孔深182.67 m 开始侧钻，采用φ245 mm 钻头定向钻进，钻进至283.37 m 发生全漏失，水位埋深276 m。顶漏钻进至295.23 m，其中290～295 m 进尺较快，地层硬度较软，预想地层为9 号煤。经井下电视观测发现，下部水质清澈，水在流动，周围为较大孔洞，判断为9 号煤采空区。采用注浆、填砾法准备对此段进行封堵，累计封堵22 次，持续时间近2 个月，注入水泥290 t，砾石8.6 m3，速凝剂0.4 t，锯末0.55 t，候凝后下钻具进行探查，水泥面均在283.37 m 以上，扫孔至290 m 后均再次发生全漏失，效果较差。为尽快穿过采空区，准备顶漏钻进9 号煤稳定底板，采用飞管来隔离采空区。

4 飞管隔离采空区方案

4.1 钻前准备工作

（1）准备漏失点以上15 m 至9 号煤稳定底板长度的套管，本孔准备φ219 mm 套管52.26 m。

（2）加工1 个反扣套管头来连接套管和钻具，用钻具将套管送至9 号煤稳定底板，通过反转钻具将套管与钻具分离。

（3）准备海带条3 组分缠绕在套管下深280 m 处（漏失点以上3 m 左右），为保证海带不脱落，在套管上间隔50 cm 焊接卡箍，海带用细铁丝固定，海带缠绕厚度为套管与孔壁间距的1/2，本孔为6 mm，如图1 所示。

图1 缠绕海带示意Fig.1 Winding ribbons schematic

（4）准备φ63.5 mm 钻杆1 根，长度1.8 m，在钻杆顶部安装分水接头，水泥浆自此处流出。

（5）加工“枣核”状中空木塞，木塞长度1.5 m，木塞下端φ150 mm，上端φ180 mm，直径最大处位于距顶端1/3 处，为220 mm，木塞中间穿过φ63.5 mm 钻杆，木塞底端用φ140 mm 圆形铁质托盘稳固，钻杆与圆形托盘焊接形成一体，如图2 所示。

图2 木塞示意Fig.2 Wood stopper schematic

（6）配置足量的稠泥浆液，以悬浮沉沙为主。

（7）采用“穿鞋带帽”法分2 次固井。“穿鞋”封闭采空区以下套管，受采空区积水流动影响，只能封闭9 号煤底板至套管底部，封闭深度295～311.99 m，孔壁扩大系数为1.1，采用管内外均衡法固井，管内外水泥高度相同，管壁体积忽略不计，需要水泥浆体积V穿鞋=0.785 4×（311.99-295）×（0.245×1.1）2=0.97 m3。

“带帽”封闭深度280 m 至套管顶部的环状间隙。封闭段长度280-261.73=18.27 m，需要水泥浆体积V带帽=0.785 4×18.27×（（0.245×1.1）2-0.2192）=0.36 m3。

4.2 施工过程

（1）下钻至孔底，采用φ245 mm 钻头大泵量顶漏钻进至9 号煤采空区稳定底板后继续钻进5～10 m 沉沙段，钻进至316.16 m 钻具旋转阻力增大，起钻至260 m 停泵30 min 稳定孔内浆液，再下钻探查沉沙砂面，钻具顺利下至孔底，孔内无沉沙。若孔内有沉沙，则通过稠泥浆冲扫钻孔将大颗粒排至采空区内，小颗粒通过泥浆悬浮。

（2）按表2 顺序连接套管，连接反扣螺丝头、正丝钻具，下送套管至9 号煤稳定底板311.99 m，311.99 m 以下为沉沙，套管不能再下入。

表2 套管下入明细Table 2 The casing pipe running details

（3）配置比重1.7～1.8 g/cm3的水泥浆液，通过泥浆泵输送1 m3水泥浆至套管底部进行“穿鞋”作业，候凝12 h 探水泥面，孔内无水泥继采用此法续注水泥，直至孔内有水泥后开始“带帽”作业。

（4）将木塞与钻具连接后下送至套管顶面，将木塞缓慢塞入φ219 mm 套管中，按照“穿鞋”设计2 倍浆液，通过分水接头将浆液缓慢注入孔内，通过水泥缓慢下沉进入套管与孔壁之间，稳定2 h 后，拔出木塞。

（5）候凝48 h 后孔内注满清水，采用压差法检验止水效果，若水位下降不满足标准，按照步骤4 再次注浆直至止水效果合格。

5 结论

（1）通过封堵采空区耗时长，费用高，无效果或效果差。

（2）通过2-1 分支施工验证，“飞管”隔离采空区工艺较采用填料堵漏效果好，时间成本较低，能够快速封堵采空区，且能够节约套管，方法切实可行，在以后的工作中可以推广。