王 灿

(安徽省煤田地质局水文勘探队，安徽 宿州 234000)

通过地面钻孔对井下进行供风，改善井下安全开采的施工条件，以新集一矿为例结合大口径施工工艺，对供压风管道钻孔施工工艺进行探讨。

新集一矿位于淮南凤台县新集镇，矿井地处于淮河冲击平原，第四系(Q)平均厚度约为161.28m，为河湖相沉积。含煤地层为二叠系地层，可采煤层为11层，厚度27.53m。

供压风管道钻孔位于矿后煤仓东南隅，矿铁路北侧，距离2008年施工氮气管道钻孔10m。设计孔深480m，包括钻井、电测井、测斜、管路安装、工作管除锈防腐、固管填充孔壁、止水检查等工序。要求终孔轨迹偏离中线不大于2m。

1 钻孔结构

孔深0～205.18m孔径为Φ630 mm，下置Φ550×12 mm螺旋管护壁并固管。孔深205.18～480.02m孔径为Φ444.5 mm，0～480.02m下置Φ325×12 mm石油套管并固管。

图1 供压风管道钻孔结构图

2 施工工艺

根据施工技术要求，成孔必须要求垂直。

2.1 加固地基

地基用水泥加固并找平，四角再用铁板稳固，确保钻塔与钻机安装稳固，水平周正，防止地基下沉。开钻前先用水平尺对孔口、主轴、天轮进行检查，确保三点一线后方可开孔。

2.2 钻具组合

1)一路套管孔径

松散层:Φ127 mm钻杆+Φ191 mm加重钻具4根40m+Φ371 mm无芯四翼合金钻头;

稳定基岩段:Φ127 mm钻杆+Φ191 mm加重钻具4根40m+Φ311 mm三翼牙轮钻头;

二径扩孔:Φ127 mm钻杆+Φ191 mm加重钻具4根30m+Φ630 mm四翼合金钻头及Φ630 mm三翼牙轮钻头。

2)二路套管孔径

基岩段至终孔:Φ127 mm钻杆+Φ191 mm加重钻具3根30m+Φ311 mm三翼牙轮钻头;

二径扩孔:Φ127 mm钻杆+Φ191 mm加重钻具3根30m+Φ444.5 mm三翼牙轮钻头。

2.3 钻进参数

1)松散层

钻压600～800 kg，转速50～150 rpm，泵量50～150 L/min。

2)基岩段

钻压800～1 200 kg，转速 50～300 rpm，泵量 250～850 L/min。

2.4 冲洗液

1)第四系松散层采用“Na2CO3+腐殖酸钾(KHm)+聚丙烯腈+膨润土”配制的泥浆护壁，可防止地层坍塌。

2)基岩采用“聚丙稀酰胺+聚丙烯腈+Na2CO3+KHm+膨润土”配制的双聚低固相泥浆护壁，具有除砂好，流变性好，配置简单的特点，泥皮薄而坚韧，可防止地层坍塌。

3)配备泥浆性能测量仪器，每天进行泥浆性能测量，指导钻机及时调整泥浆配比和补充浆液。见表1。

表1 泥浆性能

2.5 施工顺序

1)开孔用Φ371 mm无芯钻头钻进至190.00m，然后用Φ311 mm三翼牙轮钻头无芯至256.55m进行常规，确定Φ550 mm护壁管下置深度。

2)松散层用Φ630 mm四翼合金钻头扩孔，基岩段用Φ630 mm牙轮钻头扩孔至套管下放深度即205.18m，下置Φ550×12 mm螺旋管护壁205.18m并固管。

3)固管及止水检查合格后采用Φ311 mm三翼牙轮钻头无芯至孔深480.02m，进行常规测井。

4)最后用Φ444.5 mm三翼牙轮钻头扩孔至孔深480.02m，下置Φ325×12 mm石油套管480.02m并固管。

3 下管措施及固管

3.1 下管措施

1)下管前后采用稀泥浆循环洗孔，将钻孔过程中遗留的岩屑洗出，确保下管和固管顺利。

2)用一根同径20m套管进行探孔顺孔，确保下管顺利。

3)在尾管底口1m处打直径2～3 cm的小眼，间隔20 cm。

4)对入孔管材逐根检查、丈量、编号，弯曲和有凹陷、裂纹的管材不能入井，下管时按编号顺序入井。

5)下管前用钢丝刷把每一根套管的丝扣都刷洗干净，抹上铅油、缠上棉线后拧紧。

6)下套管时保证垂直度，除用水平尺外，在90度夹角方向设置两个吊线处，人工吊线，保证垂直度。

7)φ550 ×12 mm 护壁管 205.18m 总重量 33 t，φ325 ×12 mm工作管480.62m总重量45 t，钻塔荷载能力25 t，直接下管钻机载荷能力达不到，因此采用浮力筏并预制在底部管内。通过泥浆的浮力作用承担一部分重量，减轻钻塔承受的拉力。当泥浆的浮力大于工作管自重时，向管内注入清水来平衡控制套管的浮力。

3.2 下管及固管

下管采用钻机提升和浮力阀的方法。固管采用泥浆泵通过钻杆往管内注入水泥浆，管口与注浆管路的环状间隙用钢板密封，水泥浆液通过小眼返到孔壁的方法。

3.2.1 下入护壁管与固管

为隔离地表水防止松散层坍塌，Φ550×12 mm护壁管下入205.18m(稳定基岩)进行隔离，套管采用管箍对焊接并在对接处焊接加强筋。固井选用P·O42.5型号水泥，水泥与水按1:0.6比例配制成品水泥浆40 t，连续注浆3个h，直到孔口返出水泥浆。停泵等水泥凝固72h后进行丝扣检查及固井底口止水检查。(附表2)

3.2.2 下入石油套管与固管

石油套管主要是向下井下供风的工作管路，φ325×12 mm石油套管下入深度为480.02m。石油套管带有管箍采用丝扣紧固。固井选用P·O42.5型号水泥，水泥与水按1:0.6比例配制成品水泥浆87.8 t。连续注浆5个h，直到孔口返出水泥浆。停泵等水泥凝固72h后进行丝扣检查及固井底口止水检查。(附表3)

表2 表套管止水检查表

3.3 管内积水排除

下入带有捞砂管钻具距管内0.5m处先对管内沉积物进行大泵量反复冲洗。冲洗后残余沉积物都沉入捞砂管内，起出钻具带出沉积物，反复进行冲洗，直至管内返出清水无沉积物。最后采用提篮法提出管内积水。

表3 工作管止水检查表

3.4 防斜

采用高精度测斜仪器每钻进30m测斜一次，频繁的测斜能够有效的控制孔斜，在测斜过程中采取有效的防斜措施:

1)发生轻微偏斜时，按照地质钻探常用方法即扫、铲等方法纠偏。

2)扩孔法:采用大于原钻孔直径的钻头进行扩孔，操作时应轻压、慢转、进尺不得过快。

3)导正法:在钻孔不斜的孔段加导正装置，使纠斜的钻具在保持正直的情况下钻进。

最终终孔天顶角0.80°，方位角 302.30°，据靶心偏移距0.69m，符合设计要求。附钻孔轨迹图。

4 结语

1)施工过程中必须严格控制孔斜，合理配置加重钻具、有效的控制钻压，采用高精度测斜仪器频繁测斜，来保证钻孔的垂直度。

图2 新集一矿供压风管道钻孔轨迹图

2)配置合理的钻具和加重钻具，有效的分级扩孔，能够提高施工效率，减少施工工期，节约成本。

3)下管过程中采用浮力伐能够有效的控制下管重力，科学运用浮力技术来弥补钻机承载能力的不足，有效节约成本。

4)充分考虑到管内积水的压力，进行管内积水处理，为井下管道对接连通提高安全保证。

［1］鲁小辉.钻井技术论文集［M］.石油工业出版社.2009.

［2］陈庭根，等.钻进工程理论与技术［M］.北京石油大学出版社.2000.

［3］韩广德，等.中国煤炭工业钻探工程学［M］.煤炭工业出版社.2000.

［4］刘方建.新集一矿13－1煤开拓及西一采区教学设计.2008.