■贾中心

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院 河南郑州 450000）

分析大口径井二开先导孔下导管钻进技术

■贾中心

（河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院 河南郑州 450000）

本文根据自身工作经验，基于钻井安全考虑须首先完成一开表土层钻进，但其固井用大口径钢管会造成二开先导孔排渣不利，影响钻进效率。为解决先导孔钻进循环问题，通过理论分析和现场对比试验，提出下导管钻进技术。实践表明，下导管钻进技术对于大口径井二开先导孔钻进具有重要的借鉴意义。

大口径井二开先导孔下导管钻进

煤矿区为满足安全生产需求，经常需要从地面施工瓦斯抽采井、电缆连接井及物料输送井等，此类钻井工程最主要的特点就是完井口径较大（Φ500～Φ1200 mm），与常规岩心钻探所施工的Φ30～Φ150 mm口径相孔比可谓大口径。煤矿区地面大口径井施工工艺以正循环回转钻进为主，在完成先导孔的基础上，经过多级扩孔完井，钻井周期长，井内事故发生概率高。煤矿区地面钻井需要穿过第四系表土层，该地层遇水膨胀，极易坍塌掉块。为保障大口径井扩孔施工安全，首先需单独完成一开钻井施工，用大口径钢管将地表第四系土层封固后，再进行二开基岩层井段施工。具体钻井工序如下：①开挖井口，下入井口护筒；②一开先导孔钻进至基岩以下；③一开扩孔（一级或多级）至设计要求；④下入一开钢管，固井；⑤二开先导孔钻进至设计深度；⑥二开扩孔（一级或多级）至设计要求；⑦下入二开钢管，固井，完井。

由钻井工序可知，在二开小井眼先导孔钻进过程中，井眼口径上下不一致，且上部一开井眼尺寸较先导孔大数倍，对于钻井排渣极为不利，影响钻进效率，甚至造成一开井底沉渣，引起卡钻事故。为解决二开先导孔钻进排渣问题，提高钻进速度，引入下导管钻进技术，并通过实践规范技术操作，实现大口径井二开先导孔快速安全钻进。

1 煤矿区大口径井典型井身结构

我国煤矿区第四系表土层厚度不一，最厚超过200 m，对于大口径井钻进安全影响较大。煤矿区大口径井典型的井身结构为二开设计，一开封固表土层，二开完井达到设计要求。

2 大口径井二开先导孔钻进工艺

2.1 正循环钻进工艺

根据钻井工序，煤矿区大口径井需首先完成一开施工，并下钢管固井。二开小井眼先导孔正循环钻进时，即出现井眼口径上下不一致的情况。

设钻杆外径为R，先导孔钻进口径R下，先导孔内钻井液循环上返流速V下；一开固井钢管内径R上，一开井段钻井液循环流速V

而钻井过程中的钻井液循环流速决定于钻井方法、钻进速度、地层特性、井身结构等，主要以能够有效携带钻屑为基本确定依据，其重要的出发点是钻屑的上返速度。

同时，在一开钢管内，为保证钻屑正常上返，要求V上＞V1，即：1.3（R下2-R2）＞（R上2-R2）。

以常见的Φ127 mm钻杆钻进二开先导孔Φ311 mm孔径为例，则要求一开井段固井钢管内径小于Φ347 mm，否则将造成钻屑堆积在一开底部，影响钻进速度，造成沉渣卡钻。此计算结果大大限制了大口径井的完井规格，应用范围小。

2.2 反循环钻进工艺

反循环钻进工艺是提高大口径井岩屑上返流速的重要工艺方法之一，按照形成上升液流的方式分为泵吸反循环、射流反循环和气举反循环。

由泵吸反循环和射流反循环钻进工艺原理可知，井深超过70 m即难以实现反循环效果，远低于煤矿区大口径井完井深度要求，不能解决二开先导孔钻进排渣问题。

气举反循环钻进工艺能够有效解决大口径深井钻进的排渣问题，配套装置主要包括气水龙头、空压机、双壁钻杆、气水混合器及反循环钻头等。其工艺原理是将空压机的压缩空气经气水龙头、双壁钻杆的环状空间送到气水混合器进入内管，利用压缩空气在液体中等温膨胀作用，造成钻杆内外的流体比重差；在此压差作用下，使钻杆内的泥浆、岩屑和气体的三相混合体连续不断地携出地表，再将处理过的泥浆送入（流入）孔内，经孔底进入钻具内，补充排出循环液的空间，如此不断形成反循环钻进过程。但该技术用于先导孔钻进有如下不足：

①先导孔的基本要求是进行精确定向钻进，通过螺杆马达及随钻测量系统实现。气举反循环钻进不能使用螺杆马达及随钻测量系统，只能使用单、多点测斜仪器掌握钻孔轨迹，不能定向纠斜。②气举反循环钻进工艺配套设备较多，工艺较复杂，成本高，用于小井眼先导孔施工不经济。

3 大口径井二开先导孔下导管钻进技术

综合分析上述大口径井二开先导孔钻进工艺特点，从适用性出发，解决大口径井二开先导孔排渣问题，引进下导管钻进技术。该技术主要内容包括：

①首先完成一开施工，封固表土层；②在一开钢管内居中下套管，套管规格在能够满足二开先导孔钻具通过的基础上，内径越小越好。套管下入基岩以下2 m左右，并稳固；③在套管内下入二开先导孔施工钻具，从基岩层开始钻进。

钻进循环液由于套管阻隔不能进入一开大口径钢管内，直接从套管与钻具环空上返，循环流速上下一致。套管实际起到导流的作用。该技术简易实用，可配合使用螺杆钻具及随钻测量系统进行定向钻进。

4 实践应用

4.1 技术关键点

（1）下导管钻进只用于先导孔施工，先导孔完成后，需将导管拔出。因此，导管进入基岩不宜过深，保证易于起拔脱出。（2）为阻隔二开先导孔钻进循环液进入一开大口径钢管内，导管底部要满足密封要求。（3）中心对正。钻孔定向的基本要求是井眼中心线连续一致，大口径井经过先导孔及后续多级扩孔钻进完井，钻孔中心对正的要求严格，导管必须下放至一开钻孔中心位置。

4.2 应用

某矿区大口径瓦斯抽采井工程施工资料显示，该井一开表土层固井钢管规格为Φ920 mm×12 mm，固井深度73 m，二开完井口径为Φ850 mm。由于二开完井口径较大，先导孔钻进采用Φ222 mm钻头成孔后，分别采用Φ550 mm、Φ850 mm钻头分两次扩孔完井。

二开先导孔下导管钻进技术流程为：（1）完成导管底座钻进。导管底座采用Φ311mm钻头在一开底部居中钻深2 m；（2）下入Φ244.5 mm×7.92 mm导管。导管下端缠裹海带，满足密封要求，又能易于起拔；底部焊接扶正板及支撑板，保证对中；（3）井口稳固，连接排渣管路；（4）使用Φ222 mm钻头+Φ172 mm螺杆马达及随钻测量系统进行正循环定向钻进。

4.3 效果对比分析

在分析实践大口径井二开先导孔下导管钻进的同时，对比临近井的施工情况。临近井一开固井钢管规格为Φ630 mm×10 mm，二开先导孔钻进未下导管。两井直线距离3.6 km，二开钻遇地层相近，钻速对比情况如表1所示。

P633.8[文献码]B

1000-405X（2015）-10-359-2