摘要：由于瓦斯排放孔孔径大、质量要求高、施工工艺复杂、施工难度大等特点，我单位经过长时间施工探索积累了一定的经验，下面用具体实例对其施工中存在的问题及成井工艺进行分析和探讨。
关键词： 套管与钻孔同心度;裸眼井壁稳定性 ;井眼偏斜率
Abstract: Due to the gas discharging hole diameter, high quality requirements, the construction process is complex and difficult construction, my unit after a long period of construction explore accumulated some experience, this paper discussed their construction and well completion process.
Key words: casing drilling concentricity; wellbore stability of the naked eye; borehole deflection rate
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2012)03-0020-02
概况：煤层气是自生自储于煤层中的非常规天然气，它的主要成分为甲烷(CH4)，俗称瓦斯。由于它的存在严重制约了煤矿安全生产。合理开发和利用煤层气(瓦斯气)对解决煤矿生产安全、减少大气污染、节约和改变能源结构具有重要意义。因此，煤矿开采前瓦斯排放与开发利用工作就显得尤为重要。
该类工程特点：一是施工钻孔直径大(F800-F1200mm)。二是要求钻孔垂直精度高，一般井眼偏斜率不大于1.5‰，施工工艺复杂，施工周期长，施工难度大。
要解决上述技术难题必须做到：首先确保先导孔井身垂直，即解决防斜问题。其次是扩孔时解决钻孔裸漏井壁的压力平衡，以解决防坍塌、掉块。最后是下入井套管，因其重量大、连接质量好与否、与钻孔同心度高与低，解决固井质量问题。
下面以韩城矿务局象山矿瓦斯泵站排放孔为例，对大口径瓦斯抽放孔的施工工艺及技术难点进行探讨和分析。
1.钻孔地质条件与质量要求
1.1地质条件
韩城矿区属渭北煤田石炭二叠纪地层，其中5#、11#煤层为主要目的煤层。
1.2质量要求
深度520m 的井眼偏斜率不得大于1.5‰。
2井身结构
松散层0-18 m，井径Φ1000㎜下入Φ950㎜护壁管并用水泥固井;
岩石段井径Φ720㎜下入Φ530㎜井管并用水泥固井;
注：(1) Φ950㎜为松散层护壁管，要求下入基岩2 m，松散层护壁管类型为螺旋管，壁厚8㎜.，以安全施工为原则。
(2) Φ530㎜为成井的井壁管，井管类型：无缝管，壁厚12㎜以保证成井安全;
(3)所有管外进行全井段水泥封闭止水。
3施工设备
GZ-2000型钻机，石探厂生产，钻深能力2000m;
PBW-1200/7B型泥浆泵;
27 m钻塔(A型)，额定载荷110t;
配套有旋流除砂器、振动筛等泥浆固控系统;
SDC-45电子单、多点测斜仪用于随钻测斜;
美国寿力XHH-1500XH风泵(二台)和HB80潜孔锤(Φ215㎜);
4施工工艺
4.1 施工顺序
该井按照“钻前安装阶段”、 “先导孔钻进阶段、扩孔阶段”、 “下管、水泥固井阶段”和“扫水泥塞及抽放残液封口交井阶段”的顺序进行施工。
采用Φ215㎜气动潜孔锤钻井工艺无芯钻进，施工先导孔，并进行井眼轨迹控制;待先导井眼施工结束后，用滚刀钻头逐级扩井，及时下入Φ950㎜护壁管， 扩井结束后，下入成井的Φ530㎜无缝管并进行水泥固井;水泥凝固后，进行水泥固井质量的检查，检查合格后用刮刀钻头和钢刷钻头进行扫水泥塞工作，并将管内的液体排出，残留液柱不大于20m;进行瓦斯抽放井的交验工作。
4.2扩孔工艺
采用泥浆正循环牙轮钻进工艺，采用二级扩孔方法，即将孔径从F215㎜扩至F500㎜，再将孔径从F500㎜扩至F720㎜，扩孔深度526m。扩井钻头为带前导向的滚刀钻头。
4.3钻具组合
4.3.1 先导孔施工钻具组合
为有效预防井斜，先导孔施工采用F215㎜气动潜孔锤+F178㎜钻铤2根﹢F159㎜钻铤2根﹢F89㎜钻杆
4.3.2 扩孔施工钻具组合
采用满眼钻具和大直径钻铤的钻具组合，以有效地满足扩孔所需钻压，获得较高的扩孔速度。
F500㎜/F720㎜滚刀扩孔钻头﹙前带F215㎜/F500㎜导向钻头﹚﹢F178㎜钻铤4根(加二~三组相应规格扶正器)﹢F159㎜钻铤2根﹢F127㎜钻杆。
4.4泥浆使用与管理
泥浆为低固相聚合物泥浆。
4.4.1 泥浆配制
采用人工钠土、广谱护壁剂﹙GSP﹚、烧碱﹙NaOH﹚和清水进行配浆。
4.4.2 泥浆性能
泥浆性能要求：漏斗粘度22~30s﹙扩孔钻进中可控制在20~35s﹚;API失水量<14ml/30min;密度<1.10g/㎝3 泥饼厚度<1㎜;pH值9~11;含沙量<4%。
4.4.3 泥浆维护
施工中，每班及时测量﹙不少于2次﹚泥浆性能并做好记录，根据测试结果及时调整性能;振动筛使用率大于90%，除砂器使用率大于80%，循环槽内设置3~5个挡砂板，及时清岩粉。
4.4.4钻进液回灌技术
众所周知，液面以下各个方向任何一点都会受到由液体重量所引起的压强或压力。换言之，在钻探施工中，只要能保持钻孔内充满泥浆，井壁上任意一点都会受到由泥浆柱重量所引起的压强，其大小取决于钻孔深度和泥浆的密度。并且是随着钻孔深度增加而增大的，可以平衡地层侧应力。我们就利用液体的这一性质来平衡井壁侧应力阻止其坍塌掉块。并且使用优质泥浆造就薄而韧的泥皮，将井壁表面粘联在一起成为一个整体，使点转换成面。由泥浆柱产生的压力作用在这个整体面上，增大井壁所受压强。平衡井壁侧应力使其保持稳定、不坍塌掉块。同时，优质泥浆对中、粗粒砂岩也起到了良好的降失水和排屑的护壁效果。因此始终保持泥浆灌满钻孔，是防止井壁坍塌的关键措施。具体做法是：在往井内送水的管线上加装一阀门开关，起钻时将其关闭(阻止泥浆通向主动钻杆)，把阀水开关打开将阀水管置于泥浆循环槽内并在槽内架半桥隔断循环槽，使泥浆泵工作将泥浆通过阀水管注在半桥内，这样做的目的是为了一方面使泥浆顺循环槽回灌钻孔及时补充因钻具离井留下的空间使之平衡，另一方面多余泥浆流回泥浆池内，起到了循环泥浆并改善其触变性的作用。
4.5钻进参数
为了有效预防井斜，采用钻铤加压方式，钻头压力不超过钻铤质量2/3。实际钻进参数如表1和表2
表1先导孔F215气动潜孔锤钻进参数
钻头直径
㎜ |
钻 压
kN |
转 速
r／min |
风 量
m3／min |
备 注 |
|
215 |
8~12 |
40~100 |
25．5-32.6 |
根据地层调整 |
表2滚刀扩孔钻头钻进参数
钻头直径
㎜ |
钻 压
kN |
转 速
r／min |
泵 量
L／min |
备 注 |
|
500/800 |
120~160 |
30~80 |
﹥1000 |
根据地层调整 |
4.6防斜措施
从设备安装、钻具组合、钻进参数等方面入手，时刻预防井眼偏斜，并及时监测井眼斜度，并发现井眼偏斜时，及时采取措施纠正，保证井眼垂直度，具体措施为：
4.6.1钻塔基础应坚实、稳固。根据孔径区域的地层基础情况和钻塔底座尺寸，做适当尺寸的混凝土基座。
4.6.2钻机、钻塔等设备安装必须周正、稳固、水平，﹙三心﹚在一铅垂线上。
4.6.3必须保证主动钻杆的同心度和外径尺寸符合要求，严禁使用弯曲或磨损严重的主动钻杆。转盘补心的磨损度要在规定范围之内，保证通孔尺寸符合要求。
4.6.4在两级扩孔的施工中加装2-3组扶正器，必须保证所使用的钻具同心度良好，特别是钻铤的同心度，形成具有良好同心度的钻柱组合。
4.6.5正常情况下，三个班组要按照施工设计规定选用钻参数，并保证钻进参数的一致，换层、钻遇破碎带时，合理调整钻进参数，降低钻压和转速。
5成井工艺
5.1下管工艺
该井共下入两级套管，第一级为护壁管，第二级为生产套管。具体数据见表3。
套管规格
ｍｍ |
井 段
ｍ |
长 度
ｍ |
单位质量
kg／m |
质量
kg |
连接方式1 |
备 注 |
|
Φ950 |
0－18 |
18 |
185.84 |
3345.12 |
焊接 |
Q235 |
|
Φ530 |
15-526 |
523 |
153．28 |
80168．87 |
焊接 |
Q235 |
表3
生产套管柱重量为80. 17t按照下管前调整的泥浆密度1.15g/cm3计算，套管浮重68.37t，未超过钻机提升力和钻塔额定负荷，实际施工中采取了在套管底薪部加双逆止阀的措施，防止泥浆过多的进入管内。仅管如此还是存在下列问题：
5.1.1虽然利用F215气动潜孔锤钻进缩短了先导孔施工周期和孔身垂正的要求，但后来的二级扩孔时如果扩孔导向和钻具匹配不合理，也很容易造成孔身偏斜，井径大纠斜难度增加是众所周知的。
5.1.2另外，如果孔身偏斜，如何安全的将套管下到预定位置是个严重的技术难点。如果套管下不到位，将会严重影响钻孔质量，造成较大经济损失。
5.2固井工艺
采用全井水泥固井法，用泥浆泵将水泥浆从管内打入并从管外返至地表，(计算好替浆量)待固井候凝后，扫开殘余水泥和逆止阀，采用风泵或提筒将管内水提完，然后封口交井。
6工艺探讨与结语
6.1施工工艺探讨
瓦斯排放井由于本身特点，是近年来出现的新型钻探项目，在施工中有几个解决的技术环节，首先是三级成井，虽然采用了气动潜孔锤进行先导孔施工缩短了一定的时间，但二级扩孔施工周期长、施工难度大、施工效率低。其次是井斜控制要得利，无论是先导孔施工和后两级扩孔的中。最后是套管柱重量大、入井比较困难。如果解决了这三个技术环节，也就基本保障施工得以顺利进行。
6.2结语
由于采用了气动潜孔锤进行先导孔施工，效率与普通钻进工艺相比提高近50%，施工周期缩短了近1/2。同时，经过实施井斜控制措施，钻孔顶角未超过10，套管入井和固井也比较顺利，井底位移仅为0.45米，整体施工达到了设计要求，取得了良好的社会效应和经济效益。
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文章名称：
大口径瓦斯排放孔施工工艺探讨与优化
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