煤礦大口徑瓦斯排放井鉆探的施工技術

張海堂

摘要：許多地面瓦斯排放鉆孔直徑太大、深度太深，導致煤礦瓦斯排放井鉆探難度較大。本文主要從鉆孔的垂直度、導向孔施工、分級擴孔、浮力塞設計、套管的穩定性、固井等方面，對大口徑瓦斯排放鉆孔施工技術進行系統的分析，從而達到在大口徑瓦斯排放井的基礎上完成鉆探的施工任務。

關鍵詞：煤礦大口徑瓦斯排放井;導向孔;套管

近年來，地面鉆井瓦斯排放技術在煤礦行業中近年得到了廣泛的應用。地面大口徑瓦斯排放井的鉆探工作，需要將礦井中的瓦斯進行預抽，然后將其排放進地面上的相應通道。目前，這種方法主要是用于現代化的煤礦，這不僅可以有效防止發生瓦斯爆炸等事故，也使地下能源可以得到有效地利用。由此可見，瓦斯井的鉆探是一項非常復雜的工作，其對于技術人員的要求較高，這份工作需要極多的細心與耐心，一點小小的錯誤也可能會導致鉆井報廢，造成財產的損失，嚴重的話甚至會對人身安全造成嚴重影響。

一、鉆孔鉆探施工

因為地面瓦斯排放鉆井的孔徑大、深度深，且瓦斯抽采管壁厚也比以往施工的大口徑鉆井大。為保證鉆井終孔時順利把套管下入孔內，首先要確保鉆井的垂直度適合，才能使得大口徑瓦斯排放井成功成井。在這個施工過程中，可以選擇先施工小口徑導向孔，然后采取分級擴孔措施，保證鉆孔的垂直度。

1.導向孔施工

確定導向孔的施工質量是否符合行業標準，是保障瓦斯抽放鉆孔工作是否可以成功的主要因素，它可以反映出鉆孔軌跡和指定的目標靶點位置。小口徑導向孔在施工過程中，主要考慮幾個方面：

（1）鉆頭選擇，導向孔施工，鉆頭直徑選擇不宜過大，也不宜太小。鉆頭直徑過大，沒有合適的鉆具組合，則不容易控制井斜;鉆頭直徑過小，在分級擴孔過程中，常常出現牙輪掌掉落等各類孔內落物情況，則需要耗費大量的時間進行打撈處理。如果導向孔鉆頭直徑選擇合適，可以將落入孔內的物品透孔送至井底，不需要再費時費力的進行處理。

（2）鉆具組合選擇，選擇導向孔鉆頭直徑相匹配的扶正器及鉆鋌組合，能保證鉆井井斜得以有效控制，也可以提高鉆探時效。

（3）鉆壓控制，在施工時都遵循“鉆井工具保持筆直，滿眼鉆探”的要求。鉆井鉆探的過程中，鉆井壓力必須得到合理控制，通常使用輕壓懸掛的方式對孔斜進行控制，保持鉆壓穩定，尤其遇到地層軟硬變化時，容易造成井斜，合理控制鉆壓更顯重要。

（4）測斜工作，鉆井導向孔每鉆進100m左右時，使用高精度測斜儀測斜一次，每隔10米設置一個監測點，如果發現孔斜過偏，需要對其進行及時糾正。

2.分級擴孔

先對小孔徑進行施工，完成后方可進行大口徑的施工，一般使用分級擴孔的方式。分級擴孔首先要合理進行分級管理，一方面如果孔徑太小的話會造成回轉抖動的問題、產生跳鉆的現象;如果孔徑過大的話進尺將會非常的困難;另一方面要根據鉆機生產能力確定分級孔徑。其次要選擇合適的鉆頭的型號，面對不同的礦質要選擇不同的鉆頭，沖擊層使用刮刀擴孔鉆進，鉆頭不宜形成泥包且擴孔速度快，基巖層使用牙輪組合鉆頭或者PDC組合擴孔鉆頭，同時要保證鉆頭的長度、強度、穩定性。在分級擴孔時，尤其第一級分級擴孔過程中，一些大的巖屑或大塊巖石容易掉入導向孔內，導向孔堵實后，擴孔效率非常底，這時就需要下鉆透通導向孔。

3.鉆進施工中的注意事項

大口徑鉆井鉆進時，扭矩較大，對鉆具的要求較高，施工中要加強鉆具檢查，彎曲磨薄的鉆具嚴禁下入井內，特別是在起鉆時，認真檢查鉆桿是否跑水;鉆壓保持穩定，以免折斷鉆具，鉆具脫扣和折斷時應及早發現，并采取合理的方法處理;鉆井液采用經振動篩過濾的優質泥漿，保證孔底沉砂不大于0.3m。

二、套管穩定性

煤礦大口徑瓦斯排放井終孔下入的瓦斯抽采管路，直徑較大，重量往往在200噸左右，甚至更重，其質量遠遠超出了鉆機提升能力及井架所承受的限度，此時，要考慮使用浮力法進行下管工作。在浮力法的使用中，要防止形成空管過多現象。如若產生過多空管，則會導致套管外部的泥漿橫向擠壓力超過套管自身抗壓極限，使得套管橫向失穩變形，此時套管將無法繼續下入井內或者從井內提出，整個鉆孔在即將結束時出現這種情況，將造成重大且不可逆轉的惡劣影響。因此，在下管工作前，先要要對套管進行受力分析，防止套管發生形變，影響使用，保證套管的穩定性，確保下管工作的成功。

三、成井

1.下管

大口徑瓦斯排放井瓦斯管路下管是整個成井工作中的關鍵步驟，不容有失，在下管過程中需要注意以下事項：

（1）大口徑瓦斯排放井管路下放周期較長，有時甚至近十天，這就需要在下套管前先將泥漿性能調整至良好狀態，確保套管焊接連接時不被孔壁粘附。

（2）套管對接時需使用扶正工具，將套管校正垂直后，方可進行焊接。

（3）套管焊接時要求焊縫飽滿牢固，達到管路焊接標準，不得有砂眼，防止固井質量不合格時井內滴漏水。

（4）套管下放至設備載荷小于或等于最大大鉤載荷的80%、保證留存20%的安全升力，以防止在目前特殊的情況下可在設備能力范用內進行處理作業，此時加焊浮力塞，保證下管提升拉力不再增加，減少設備載荷。根據理論計算及孔內阻力情況，及時向管內補充泥漿，防止空管過多，套管橫向失穩。

2.固井

套管下管結束后，需要使用水泥漿將套管及鉆井的環狀間隙充填，確保井下揭露鉆井時不得滴水漏水。固井的具體步驟如下：

（1）下完瓦斯排放井管路后，下入鉆桿到設計深度后，焊接好井口悶蓋。然后使用泥漿泵進行大排量循環洗井作業，洗井時間至少兩個循環周，確保井內沒有沉砂，并調整鉆井液性能達到固井要求后方可進行固井施工。

（2）固井施工前召集和固井相關人員召開固井交底會，就固井相關事宜以及人員分工做好明確的安排，以防施工過程中出現混亂，影響正常施工。

（3）所有固井車輛準備就位后連接固井設備及管線，并對注水泥漿管線及閘門試壓15MPa，穩壓3min，不刺不漏后泄壓。

（4）兩臺單機單泵同時注入隔離液清水共40m?，排量為2.0m?/min。

（5）兩臺單機單泵同時注入水泥漿，其中前面為低密度水泥漿，密度控制在1.60-1.65 g/cm?，后面為高密度水泥漿，密度控制在1.75-1.80g/cm?。發現井口返出水泥漿后，停止注水泥作業，開始替漿。

（6）替漿：單車大排量將鉆桿內水泥漿替出，再將套管內多余的水泥漿替出，然后關閉井口的高壓閘門，替漿量必須用水柜準確計量。

（7）關井侯凝。

（8）放壓時間根據水泥漿凝固時間而定，放壓之前不得打開井口閘門。放壓作業從套管閘門打開觀察，鉆井、固井人員到場一同作業。

四、大口徑瓦斯排放井的技術難點

大口徑瓦斯排放井一般要求大直徑、垂直度高、目標控制嚴格。如果偏離目標，將造成重大安全事故和不可估量的經濟損失。

1.需要保證鉆孔垂直高度

為保證大直徑、深孔徑、成孔垂直度高，大直徑鉆井采用施工中設備安裝、控制鉆進壓力、大泵量鉆進、優化鉆具組合、跟蹤測斜等措施確保鉆孔的垂直度。

2.鉆井工藝的選擇

為了考慮成井成本，一般施工單位在承接到大口徑瓦斯排放井任務時，通常選擇TSJ3000、2600、2000等類型的水源鉆機和泥漿泵組來代替石油設備。近年來，由于瓦斯排放井井徑設計的難度增加，泥漿泵排量不足，鉆頭研磨或切削的巖石需要不斷的重復破碎成小顆粒，才能通過泥漿攜帶出鉆井，導致鉆井工作效率低，因此需要綜合考慮設備選型、泥漿配制、鉆具組合、鉆進參數、鉆探方法，優化鉆井工藝。

3.泥漿液的選擇

泥漿的質量與性能是大口徑成孔孔內安全及效率的關鍵，根據相應地區地質情況選用雙聚低固相泥漿，這種泥漿配制簡單、流變性好、泥皮薄而堅韌，攜砂能力強，可防止地層垮塌等特點。

4.井身結構和分級擴孔

在完成小口徑導向鉆孔施工后，進行大口徑分級擴孔。

（1）分級原則。一般導向孔施工完成后，大口徑排放孔將把導向孔逐級擴大至設計井徑，分級擴孔要根據設備生產能力及擴孔效率確定分級級數。

（2）擴孔鉆頭類型。沖積層采用刮刀式擴孔鉆頭，基巖段擴孔常采用牙輪組合擴孔鉆頭或者PDC組合擴孔鉆頭，根據地層硬度選擇合適的鉆頭。

結束語

在煤礦地面進行大口徑瓦斯排放井施工時，應結合實際情況首先進行小口徑導向孔鉆進，嚴格控制鉆井的垂直度，為鉆井的下一步施工打好基礎工作。然后通過分級擴孔的方式，優化擴孔孔徑，實現鉆孔鉆進工作的順利進行，最終確保套管的成功下入，再通過固井，完成整個鉆井的工藝施工。

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