淺談煤礦定向多分支鉆井技術(shù)的應(yīng)用
——以邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項目為例

郭黎（中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000）

淺談煤礦定向多分支鉆井技術(shù)的應(yīng)用
——以邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項目為例

郭黎（中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000）

當(dāng)今世界煤礦開采中，地面定向近水平順層分支鉆孔群技術(shù)是一項新型實用技術(shù)，在鉆井技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，該技術(shù)已成為主要發(fā)展趨勢之一。本文以邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項目為例，對我國煤礦開采中定向多分支鉆井技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了探討，并分析了煤層氣多分支水平鉆井的增產(chǎn)機(jī)理和基本模式，進(jìn)而剖析了該工藝中井位優(yōu)選，井眼軌跡控制，螺桿定向鉆進(jìn)，化學(xué)泥漿等重要環(huán)節(jié)的技術(shù)要點，并重點對定向井軌道設(shè)計與控制技術(shù)和定向井專用工具進(jìn)行了介紹，對促進(jìn)定向多分支鉆井技術(shù)的發(fā)展具有一定的參考作用。

多分支鉆孔群；螺桿定向鉆進(jìn)；注漿堵水；水力振蕩器；化學(xué)泥漿

邢東礦隸屬于冀中能源股份集團(tuán)有限公司，開采2#煤。礦井采用立井多水平開拓方式，布置有兩個井筒即主井和副井，水平標(biāo)高分別為－760m和－980m，上下水平通過暗斜井連接。采用一次采全高、綜合長壁采煤法采煤。-980水平以深為深部開采區(qū)域，承受奧灰水壓高。為了更好的防治奧灰突水，需要針對-980以深區(qū)域下奧灰峰峰組進(jìn)行鉆探及注漿治理。-980水平以深區(qū)域防治水工作以垂向?qū)畼?gòu)造的探查與防治為重點，采用“地面定向近水平順層分支鉆孔群”技術(shù)，探查及治理層位選擇巖溶發(fā)育程度較高的奧灰八段下部，保證針對構(gòu)造異常的治理工程有效性。

1 邢東礦-980水平以深區(qū)域探查治理項目概況

邢東礦位于河北省邢臺市東北約4km處，地理坐標(biāo)為：東徑114°30′、北緯37°05′。北距市北外環(huán)路1.2km，東距京深高速公路3.2km，西部毗鄰市區(qū)，地理位置優(yōu)越。本區(qū)在地貌上屬于華北大平原西側(cè)的一部分，為太行山東麓沖洪積平原的一部分。地面海拔高度在+55～+65m之間，西高東低，地表自然坡度約為3.3‰。地面沖溝不發(fā)育，無大的自然水系和人工水體。

2 工程技術(shù)要求

2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

設(shè)計一開0～336.2m，垂深334.8m（進(jìn)入基巖層段10m），用水泥做永久性固管；二開鉆進(jìn)至1481.9m，垂深1464.1m，用水泥做永久性固管；三開裸孔，增斜段加近水平順層段，孔徑不低于Φ152mm，沿奧灰八段下部順層鉆進(jìn)。孔口管及開孔直徑自行設(shè)計。

2.2 固管要求

對所下套管均要用425#純水泥漿做全孔壁后注漿固管，注漿三天后，掃孔到孔底下0.5m，嚴(yán)格按規(guī)程做注水試驗，要求觀測8小時，每小時水位下降不超過10mm，否則重新注漿固管。

2.3 孔斜要求

定向斜直孔段及造斜段嚴(yán)格控制鉆孔軌跡，控制點坐標(biāo)差不得大于2m；水平定向鉆孔控制點軌跡水平偏差和垂直偏差均不得大于2m。在不影響鉆孔安全和現(xiàn)有鉆探技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)的前提下，招標(biāo)方對控制點的空間坐標(biāo)（經(jīng)緯度、垂深）會根據(jù)情況做出調(diào)整。

2.4 取芯要求

遇陷落柱，要求取芯鉆進(jìn)，其它段用巖屑、鉆時錄井和物理測井判層。

2.5 錄井要求

①巖屑錄井要求：松散層不撈砂樣，但必須判定基巖界面，近2#煤至奧灰段，每1m撈1包砂樣至完鉆，并做好鑒定，建立地層剖面。現(xiàn)場整理、匯總巖屑錄井表，對地層做出初步的判定和劃分。

②鉆時錄井：自基巖段每1m記錄1個點，至完井。要隨時記錄鉆時突變點，以便及時發(fā)現(xiàn)煤層，卡準(zhǔn)煤層深、厚度等。盡量保持鉆井參數(shù)的相對穩(wěn)定，以便提高鉆時參數(shù)反映地層巖性的有效性，并記錄造成卡鉆時的非地質(zhì)因素。必須經(jīng)常核對鉆具長度和井深，每打完一個單根和起鉆前必須校對井深，井深誤差不得超過0.1m。全井漏取鉆時點數(shù)不得超過總數(shù)的0.5%，目的層井段鉆時點不得漏取。

③鉆井液錄井：每8h做一次全性能測定；每2h測定一次一般性能（密度、粘度）。煤層井段或發(fā)現(xiàn)氣體顯示異常時，要連續(xù)測定鉆井液密度、粘度，并做好記錄。

2.6 簡易水文觀測

全井鉆進(jìn)過程中均應(yīng)嚴(yán)格按照鉆井要求做好簡易水文觀測記錄工作。每次起鉆后、下鉆前測量一次水位（井筒液面）；每鉆進(jìn)2h記錄一次鉆井液消耗量（泥漿池液面），進(jìn)入目的層后每1h記錄一次鉆井液消耗量，進(jìn)入奧灰后每0.5h記錄一次鉆井液消耗量。

2.7 沖洗液要求

直孔段沖洗液不做特殊要求。水平段采用化學(xué)泥漿沖洗液循環(huán)技術(shù)，保障水平孔的順利鉆進(jìn)，可采用連續(xù)泥漿罐、攪拌器、振動篩、除泥器等設(shè)備，對含沙量、泥餅等性能進(jìn)行控制。并添加潤滑劑、抑制劑等使鉆井液有良好的潤滑性、抑制性和攜砂性。泥餅的摩擦系數(shù)小于0.1，含沙量低于0.5%，低密度固相含量小于12%，鉆井液塑性粘度和動切力的比值不小于2：1。鉆孔遇見沖洗液漏失量大于5m3/h時，向前鉆進(jìn)10m，壓入清水替換沖洗液，先采用酸化洗井，然后下入潛水泵，進(jìn)行抽水洗井，至水清沙凈。水平段鉆井完成后壓入清水替換沖洗液，先采用酸化洗井，然后下入潛水泵，進(jìn)行抽水洗井，至水清沙凈。

鉆進(jìn)過程中做好鉆孔原始記錄，鉆探過程中如遇漏水、塌孔、縮徑、掉鉆等現(xiàn)象時，要詳細(xì)記錄其發(fā)生的層位、深度及量值，對換徑變層等重要環(huán)節(jié)也要進(jìn)行詳細(xì)記錄。

直孔及造斜段完成后，進(jìn)行地球物理測井，與巖屑錄井對比分析，準(zhǔn)確判斷各標(biāo)志層層位。并提交最終的鉆孔柱狀。

3 施工環(huán)節(jié)注意事項及技術(shù)安全控制

3.1 孔眼軌跡控制

設(shè)備嚴(yán)格按鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)安裝，調(diào)試，特別是天車，轉(zhuǎn)盤、孔口一線其偏差小于10mm，按規(guī)定試運轉(zhuǎn)，達(dá)到要求后方可進(jìn)行下一步施工。

注重鉆具合理組合，根據(jù)鉆具組合及地層，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)。及時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)孔眼軌跡超限時，應(yīng)及時糾正。

3.2 防漏、防塌

鉆遇煤層時要防跨塌，可適當(dāng)提高粘度、比重，加強(qiáng)鉆井液的維護(hù)和處理，加入防塌劑，保證孔下安全。

3.3 防吸附卡鉆

滲透性好的砂巖層段以及定向鉆進(jìn)孔段，發(fā)生吸附卡鉆的可能性極大，鉆井液中加入潤滑劑，減小摩擦力；鉆具組合要合理，加重鉆具位置要合適，配合水力振蕩器減小鉆具扭力及摩擦力，保證上下鉆順利；上下鉆操作要平穩(wěn)，設(shè)備要正常維護(hù)良好，保證施工設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，預(yù)防事故發(fā)生。

3.4 鉆探施工工藝及工序銜接

(1)在鉆頭優(yōu)選使用上，認(rèn)真觀察、鑒定地層巖性，結(jié)合鉆時參數(shù)，積極配合鉆頭廠家共同分析研究，進(jìn)行個性化鉆頭設(shè)計和使用。斜直孔段機(jī)械鉆效達(dá)4.90米/時，水平段機(jī)械鉆效達(dá)2.61米/時，為提高鉆效打下基礎(chǔ)。

(2)分支鉆孔鉆進(jìn)中認(rèn)真記錄鉆時、按遲到時間撈取巖屑，及時判斷地層情況，確保孔內(nèi)安全。嚴(yán)格按照鉆井設(shè)計要求做好簡易水文觀測記錄工作，認(rèn)真觀測記錄鉆井液消耗量，發(fā)現(xiàn)漏失情況后，及時上報，確保井下安全，漏失量大于5m3/h時，起鉆，然后下入潛水泵，進(jìn)行抽水洗井，至水清沙凈，配合注漿作業(yè)。

(3)分支鉆孔施工中，選擇合理的鉆具結(jié)構(gòu)組合，并配合使用水力振蕩器，解決定向進(jìn)尺緩慢情況。水力振蕩器的使用，鉆效得到提高，未使用水力振蕩器前純鉆效2.99-4.19m/h，使用后純鉆效3.91-8.63m/h，純鉆效提高最大近兩倍。鉆進(jìn)中堅持“打一劃二”（打完一單根及時進(jìn)行兩次劃眼）。增加短起鉆次數(shù)，加大泵量沖孔循環(huán)，保證孔內(nèi)巖屑及時大量上返，確保孔內(nèi)安全。

(4)分支鉆孔定向軌跡控制和記錄。三開定向、復(fù)合鉆進(jìn)過程中及時和定向技術(shù)員、司鉆進(jìn)行溝通，盡量選擇進(jìn)尺較快的地層進(jìn)行定向鉆進(jìn)，進(jìn)尺慢的地層打復(fù)合鉆進(jìn)，既能控制住井眼軌跡又能保證鉆探進(jìn)尺。鉆進(jìn)過程中控制好鉆壓，打好工具面。

4 該項目定向分支鉆孔施工難點

（1）鉆進(jìn)井眼軌跡長、方位角擺動大、爬坡角度大，致使鉆進(jìn)中磨阻大、拖壓嚴(yán)重，大大影響鉆探進(jìn)尺。因此盡可能的減小鉆進(jìn)過程中磨阻、拖壓問題，是施工的難點。

（2）定向鉆進(jìn)軌跡設(shè)計方案尤為重要，既要滿足礦方需要，又能保證在實際鉆進(jìn)施工過程中鉆時、進(jìn)尺，所以設(shè)計的軌跡要平滑。方位擺動大、爬坡角度大，造成鉆時長、進(jìn)尺緩慢，鉆壓過多的作用于孔壁上，不進(jìn)尺，造成鉆具疲勞破壞。即使通過使用水力振蕩器，井眼軌跡長了效果也不明顯；因此通過多加入鉆井液潤滑劑來解決磨阻大、拖壓嚴(yán)重問題，其實是治標(biāo)不治本。鉆井液俗稱鉆探工程的血液，在鉆探中尤為重要。

5 煤礦防治水定向多分支鉆井技術(shù)應(yīng)用前景

定向多分支鉆孔群技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并在煤炭開采行業(yè)中占據(jù)了較高的地位。它的出現(xiàn)解決了以往很多較復(fù)雜煤炭開采困難的問題，提高了煤礦的開發(fā)效率。我們應(yīng)該依靠現(xiàn)有的條件，充分利用其它學(xué)科先進(jìn)的技術(shù)，改善目前的鉆具，合理的使用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，加快新技術(shù)如自動化、智能化技術(shù)的應(yīng)用水平與程度，為定向多分支鉆孔群技術(shù)的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。

[1]王岳.石油鉆井技術(shù)智能化發(fā)展研究[J].知識經(jīng)濟(jì)，2011（08）.

[2]岳小騏.定向井軌道設(shè)計與控制技術(shù)研究[J].技術(shù)研究，2006（12）.

[3]向興華.定向井氣體鉆井新技術(shù)[J].鉆采工藝，2007（11）.

郭黎，男（1983-），2006畢業(yè)于河北地質(zhì)職工大學(xué)，于2007年進(jìn)入中國煤炭地質(zhì)總局第二水文地質(zhì)隊工作，長期從事于鉆井技術(shù)工作。