摘要：由于瓦斯排放孔孔徑大、質(zhì)量要求高、施工工藝復(fù)雜、施工難度大等特點，我單位經(jīng)過長時間施工探索積累了一定的經(jīng)驗，下面用具體實例對其施工中存在的問題及成井工藝進行分析和探討。
　　關(guān)鍵詞： 套管與鉆孔同心度;裸眼井壁穩(wěn)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
　　中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)03-0020-02
　　概況：煤層氣是自生自儲于煤層中的非常規(guī)天然氣，它的主要成分為甲烷(CH4)，俗稱瓦斯。由于它的存在嚴重制約了煤礦安全生產(chǎn)。合理開發(fā)和利用煤層氣(瓦斯氣)對解決煤礦生產(chǎn)安全、減少大氣污染、節(jié)約和改變能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。因此，煤礦開采前瓦斯排放與開發(fā)利用工作就顯得尤為重要。
　　該類工程特點：一是施工鉆孔直徑大(F800-F1200mm)。二是要求鉆孔垂直精度高，一般井眼偏斜率不大于1.5‰，施工工藝復(fù)雜，施工周期長，施工難度大。
　　要解決上述技術(shù)難題必須做到：首先確保先導(dǎo)孔井身垂直，即解決防斜問題。其次是擴孔時解決鉆孔裸漏井壁的壓力平衡，以解決防坍塌、掉塊。最后是下入井套管，因其重量大、連接質(zhì)量好與否、與鉆孔同心度高與低，解決固井質(zhì)量問題。
　　下面以韓城礦務(wù)局象山礦瓦斯泵站排放孔為例，對大口徑瓦斯抽放孔的施工工藝及技術(shù)難點進行探討和分析。
　　1.鉆孔地質(zhì)條件與質(zhì)量要求
　　1.1地質(zhì)條件
　　韓城礦區(qū)屬渭北煤田石炭二疊紀地層，其中5#、11#煤層為主要目的煤層。
　　1.2質(zhì)量要求
　　深度520m 的井眼偏斜率不得大于1.5‰。
　　2井身結(jié)構(gòu)
　　松散層0-18 m，井徑Φ1000㎜下入Φ950㎜護壁管并用水泥固井;
　　巖石段井徑Φ720㎜下入Φ530㎜井管并用水泥固井;
　　注：(1) Φ950㎜為松散層護壁管，要求下入基巖2 m，松散層護壁管類型為螺旋管，壁厚8㎜.，以安全施工為原則。
　　(2) Φ530㎜為成井的井壁管，井管類型：無縫管，壁厚12㎜以保證成井安全;
　　(3)所有管外進行全井段水泥封閉止水。
　　3施工設(shè)備
　　GZ-2000型鉆機，石探廠生產(chǎn)，鉆深能力2000m;
　　PBW-1200/7B型泥漿泵;
　　27 m鉆塔(A型)，額定載荷110t;
　　配套有旋流除砂器、振動篩等泥漿固控系統(tǒng);
　　SDC-45電子單、多點測斜儀用于隨鉆測斜;
　　美國壽力XHH-1500XH風(fēng)泵(二臺)和HB80潛孔錘(Φ215㎜);
　　4施工工藝
　　4.1 施工順序
　　該井按照“鉆前安裝階段”、 “先導(dǎo)孔鉆進階段、擴孔階段”、 “下管、水泥固井階段”和“掃水泥塞及抽放殘液封口交井階段”的順序進行施工。
　　采用Φ215㎜氣動潛孔錘鉆井工藝無芯鉆進，施工先導(dǎo)孔，并進行井眼軌跡控制;待先導(dǎo)井眼施工結(jié)束后，用滾刀鉆頭逐級擴井，及時下入Φ950㎜護壁管， 擴井結(jié)束后，下入成井的Φ530㎜無縫管并進行水泥固井;水泥凝固后，進行水泥固井質(zhì)量的檢查，檢查合格后用刮刀鉆頭和鋼刷鉆頭進行掃水泥塞工作，并將管內(nèi)的液體排出，殘留液柱不大于20m;進行瓦斯抽放井的交驗工作。
　　4.2擴孔工藝
　　采用泥漿正循環(huán)牙輪鉆進工藝，采用二級擴孔方法，即將孔徑從F215㎜擴至F500㎜，再將孔徑從F500㎜擴至F720㎜，擴孔深度526m。擴井鉆頭為帶前導(dǎo)向的滾刀鉆頭。
　　4.3鉆具組合
　　4.3.1 先導(dǎo)孔施工鉆具組合
　　為有效預(yù)防井斜，先導(dǎo)孔施工采用F215㎜氣動潛孔錘+F178㎜鉆鋌2根﹢F159㎜鉆鋌2根﹢F89㎜鉆桿
　　4.3.2 擴孔施工鉆具組合
　　采用滿眼鉆具和大直徑鉆鋌的鉆具組合，以有效地滿足擴孔所需鉆壓，獲得較高的擴孔速度。
　　F500㎜/F720㎜滾刀擴孔鉆頭﹙前帶F215㎜/F500㎜導(dǎo)向鉆頭﹚﹢F178㎜鉆鋌4根(加二~三組相應(yīng)規(guī)格扶正器)﹢F159㎜鉆鋌2根﹢F127㎜鉆桿。
　　4.4泥漿使用與管理
　　泥漿為低固相聚合物泥漿。
　　4.4.1 泥漿配制
　　采用人工鈉土、廣譜護壁劑﹙GSP﹚、燒堿﹙NaOH﹚和清水進行配漿。
　　4.4.2 泥漿性能
　　泥漿性能要求：漏斗粘度22~30s﹙擴孔鉆進中可控制在20~35s﹚;API失水量<14ml/30min;密度<1.10g/㎝3 泥餅厚度<1㎜;pH值9~11;含沙量<4%。
　　4.4.3 泥漿維護
　　施工中，每班及時測量﹙不少于2次﹚泥漿性能并做好記錄，根據(jù)測試結(jié)果及時調(diào)整性能;振動篩使用率大于90%，除砂器使用率大于80%，循環(huán)槽內(nèi)設(shè)置3~5個擋砂板，及時清巖粉。
　　4.4.4鉆進液回灌技術(shù)
　　眾所周知，液面以下各個方向任何一點都會受到由液體重量所引起的壓強或壓力。換言之，在鉆探施工中，只要能保持鉆孔內(nèi)充滿泥漿，井壁上任意一點都會受到由泥漿柱重量所引起的壓強，其大小取決于鉆孔深度和泥漿的密度。并且是隨著鉆孔深度增加而增大的，可以平衡地層側(cè)應(yīng)力。我們就利用液體的這一性質(zhì)來平衡井壁側(cè)應(yīng)力阻止其坍塌掉塊。并且使用優(yōu)質(zhì)泥漿造就薄而韌的泥皮，將井壁表面粘聯(lián)在一起成為一個整體，使點轉(zhuǎn)換成面。由泥漿柱產(chǎn)生的壓力作用在這個整體面上，增大井壁所受壓強。平衡井壁側(cè)應(yīng)力使其保持穩(wěn)定、不坍塌掉塊。同時，優(yōu)質(zhì)泥漿對中、粗粒砂巖也起到了良好的降失水和排屑的護壁效果。因此始終保持泥漿灌滿鉆孔，是防止井壁坍塌的關(guān)鍵措施。具體做法是：在往井內(nèi)送水的管線上加裝一閥門開關(guān)，起鉆時將其關(guān)閉(阻止泥漿通向主動鉆桿)，把閥水開關(guān)打開將閥水管置于泥漿循環(huán)槽內(nèi)并在槽內(nèi)架半橋隔斷循環(huán)槽，使泥漿泵工作將泥漿通過閥水管注在半橋內(nèi)，這樣做的目的是為了一方面使泥漿順循環(huán)槽回灌鉆孔及時補充因鉆具離井留下的空間使之平衡，另一方面多余泥漿流回泥漿池內(nèi)，起到了循環(huán)泥漿并改善其觸變性的作用。
　　4.5鉆進參數(shù)
　　為了有效預(yù)防井斜，采用鉆鋌加壓方式，鉆頭壓力不超過鉆鋌質(zhì)量2/3。實際鉆進參數(shù)如表1和表2
　　表1先導(dǎo)孔F215氣動潛孔錘鉆進參數(shù)

鉆頭直徑 ㎜	鉆　壓 kN	轉(zhuǎn)　速 r／min	風(fēng)　量 m3／min	備　注
215	8~12	40~100	25．5-32.6	根據(jù)地層調(diào)整

　　表2滾刀擴孔鉆頭鉆進參數(shù)

鉆頭直徑 ㎜	鉆　壓 kN	轉(zhuǎn)　速 r／min	泵　量 L／min	備　注
500/800	120~160	30~80	﹥1000	根據(jù)地層調(diào)整

　　4.6防斜措施
　　從設(shè)備安裝、鉆具組合、鉆進參數(shù)等方面入手，時刻預(yù)防井眼偏斜，并及時監(jiān)測井眼斜度，并發(fā)現(xiàn)井眼偏斜時，及時采取措施糾正，保證井眼垂直度，具體措施為：
　　4.6.1鉆塔基礎(chǔ)應(yīng)堅實、穩(wěn)固。根據(jù)孔徑區(qū)域的地層基礎(chǔ)情況和鉆塔底座尺寸，做適當(dāng)尺寸的混凝土基座。
　　4.6.2鉆機、鉆塔等設(shè)備安裝必須周正、穩(wěn)固、水平，﹙三心﹚在一鉛垂線上。
　　4.6.3必須保證主動鉆桿的同心度和外徑尺寸符合要求，嚴禁使用彎曲或磨損嚴重的主動鉆桿。轉(zhuǎn)盤補心的磨損度要在規(guī)定范圍之內(nèi)，保證通孔尺寸符合要求。
　　4.6.4在兩級擴孔的施工中加裝2-3組扶正器，必須保證所使用的鉆具同心度良好，特別是鉆鋌的同心度，形成具有良好同心度的鉆柱組合。
　　4.6.5正常情況下，三個班組要按照施工設(shè)計規(guī)定選用鉆參數(shù)，并保證鉆進參數(shù)的一致，換層、鉆遇破碎帶時，合理調(diào)整鉆進參數(shù)，降低鉆壓和轉(zhuǎn)速。
　　5成井工藝
　　5.1下管工藝
　　該井共下入兩級套管，第一級為護壁管，第二級為生產(chǎn)套管。具體數(shù)據(jù)見表3。

套管規(guī)格 ｍｍ	井　段 ｍ	長　度 ｍ	單位質(zhì)量 kg／m	質(zhì)量 kg	連接方式1	備　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
　　生產(chǎn)套管柱重量為80. 17t按照下管前調(diào)整的泥漿密度1.15g/cm3計算，套管浮重68.37t，未超過鉆機提升力和鉆塔額定負荷，實際施工中采取了在套管底薪部加雙逆止閥的措施，防止泥漿過多的進入管內(nèi)。僅管如此還是存在下列問題：
　　5.1.1雖然利用F215氣動潛孔錘鉆進縮短了先導(dǎo)孔施工周期和孔身垂正的要求，但后來的二級擴孔時如果擴孔導(dǎo)向和鉆具匹配不合理，也很容易造成孔身偏斜，井徑大糾斜難度增加是眾所周知的。
　　5.1.2另外，如果孔身偏斜，如何安全的將套管下到預(yù)定位置是個嚴重的技術(shù)難點。如果套管下不到位，將會嚴重影響鉆孔質(zhì)量，造成較大經(jīng)濟損失。
　　5.2固井工藝
　　采用全井水泥固井法，用泥漿泵將水泥漿從管內(nèi)打入并從管外返至地表，(計算好替漿量)待固井候凝后，掃開殘余水泥和逆止閥，采用風(fēng)泵或提筒將管內(nèi)水提完，然后封口交井。
　　6工藝探討與結(jié)語
　　6.1施工工藝探討
　　瓦斯排放井由于本身特點，是近年來出現(xiàn)的新型鉆探項目，在施工中有幾個解決的技術(shù)環(huán)節(jié)，首先是三級成井，雖然采用了氣動潛孔錘進行先導(dǎo)孔施工縮短了一定的時間，但二級擴孔施工周期長、施工難度大、施工效率低。其次是井斜控制要得利，無論是先導(dǎo)孔施工和后兩級擴孔的中。最后是套管柱重量大、入井比較困難。如果解決了這三個技術(shù)環(huán)節(jié)，也就基本保障施工得以順利進行。
　　6.2結(jié)語
　　由于采用了氣動潛孔錘進行先導(dǎo)孔施工，效率與普通鉆進工藝相比提高近50%，施工周期縮短了近1/2。同時，經(jīng)過實施井斜控制措施，鉆孔頂角未超過10，套管入井和固井也比較順利，井底位移僅為0.45米，整體施工達到了設(shè)計要求，取得了良好的社會效應(yīng)和經(jīng)濟效益。