郭黎（中国煤炭地质总局第二水文地质队，河北 邢台 054000）

浅谈煤矿定向多分支钻井技术的应用
——以邢东矿-980水平以深区域探查治理项目为例

郭黎（中国煤炭地质总局第二水文地质队，河北 邢台 054000）

当今世界煤矿开采中，地面定向近水平顺层分支钻孔群技术是一项新型实用技术，在钻井技术领域有着广阔的应用前景，该技术已成为主要发展趋势之一。本文以邢东矿-980水平以深区域探查治理项目为例，对我国煤矿开采中定向多分支钻井技术的发展进行了探讨，并分析了煤层气多分支水平钻井的增产机理和基本模式，进而剖析了该工艺中井位优选，井眼轨迹控制，螺杆定向钻进，化学泥浆等重要环节的技术要点，并重点对定向井轨道设计与控制技术和定向井专用工具进行了介绍，对促进定向多分支钻井技术的发展具有一定的参考作用。

多分支钻孔群；螺杆定向钻进；注浆堵水；水力振荡器；化学泥浆

邢东矿隶属于冀中能源股份集团有限公司，开采2#煤。矿井采用立井多水平开拓方式，布置有两个井筒即主井和副井，水平标高分别为－760m和－980m，上下水平通过暗斜井连接。采用一次采全高、综合长壁采煤法采煤。-980水平以深为深部开采区域，承受奥灰水压高。为了更好的防治奥灰突水，需要针对-980以深区域下奥灰峰峰组进行钻探及注浆治理。-980水平以深区域防治水工作以垂向导水构造的探查与防治为重点，采用“地面定向近水平顺层分支钻孔群”技术，探查及治理层位选择岩溶发育程度较高的奥灰八段下部，保证针对构造异常的治理工程有效性。

1 邢东矿-980水平以深区域探查治理项目概况

邢东矿位于河北省邢台市东北约4km处，地理坐标为：东径114°30′、北纬37°05′。北距市北外环路1.2km，东距京深高速公路3.2km，西部毗邻市区，地理位置优越。本区在地貌上属于华北大平原西侧的一部分，为太行山东麓冲洪积平原的一部分。地面海拔高度在+55～+65m之间，西高东低，地表自然坡度约为3.3‰。地面冲沟不发育，无大的自然水系和人工水体。

2 工程技术要求

2.1 钻孔结构

设计一开0～336.2m，垂深334.8m（进入基岩层段10m），用水泥做永久性固管；二开钻进至1481.9m，垂深1464.1m，用水泥做永久性固管；三开裸孔，增斜段加近水平顺层段，孔径不低于Φ152mm，沿奥灰八段下部顺层钻进。孔口管及开孔直径自行设计。

2.2 固管要求

对所下套管均要用425#纯水泥浆做全孔壁后注浆固管，注浆三天后，扫孔到孔底下0.5m，严格按规程做注水试验，要求观测8小时，每小时水位下降不超过10mm，否则重新注浆固管。

2.3 孔斜要求

定向斜直孔段及造斜段严格控制钻孔轨迹，控制点坐标差不得大于2m；水平定向钻孔控制点轨迹水平偏差和垂直偏差均不得大于2m。在不影响钻孔安全和现有钻探技术手段能够实现的前提下，招标方对控制点的空间坐标（经纬度、垂深）会根据情况做出调整。

2.4 取芯要求

遇陷落柱，要求取芯钻进，其它段用岩屑、钻时录井和物理测井判层。

2.5 录井要求

①岩屑录井要求：松散层不捞砂样，但必须判定基岩界面，近2#煤至奥灰段，每1m捞1包砂样至完钻，并做好鉴定，建立地层剖面。现场整理、汇总岩屑录井表，对地层做出初步的判定和划分。

②钻时录井：自基岩段每1m记录1个点，至完井。要随时记录钻时突变点，以便及时发现煤层，卡准煤层深、厚度等。尽量保持钻井参数的相对稳定，以便提高钻时参数反映地层岩性的有效性，并记录造成卡钻时的非地质因素。必须经常核对钻具长度和井深，每打完一个单根和起钻前必须校对井深，井深误差不得超过0.1m。全井漏取钻时点数不得超过总数的0.5%，目的层井段钻时点不得漏取。

③钻井液录井：每8h做一次全性能测定；每2h测定一次一般性能（密度、粘度）。煤层井段或发现气体显示异常时，要连续测定钻井液密度、粘度，并做好记录。

2.6 简易水文观测

全井钻进过程中均应严格按照钻井要求做好简易水文观测记录工作。每次起钻后、下钻前测量一次水位（井筒液面）；每钻进2h记录一次钻井液消耗量（泥浆池液面），进入目的层后每1h记录一次钻井液消耗量，进入奥灰后每0.5h记录一次钻井液消耗量。

2.7 冲洗液要求

直孔段冲洗液不做特殊要求。水平段采用化学泥浆冲洗液循环技术，保障水平孔的顺利钻进，可采用连续泥浆罐、搅拌器、振动筛、除泥器等设备，对含沙量、泥饼等性能进行控制。并添加润滑剂、抑制剂等使钻井液有良好的润滑性、抑制性和携砂性。泥饼的摩擦系数小于0.1，含沙量低于0.5%，低密度固相含量小于12%，钻井液塑性粘度和动切力的比值不小于2：1。钻孔遇见冲洗液漏失量大于5m3/h时，向前钻进10m，压入清水替换冲洗液，先采用酸化洗井，然后下入潜水泵，进行抽水洗井，至水清沙净。水平段钻井完成后压入清水替换冲洗液，先采用酸化洗井，然后下入潜水泵，进行抽水洗井，至水清沙净。

钻进过程中做好钻孔原始记录，钻探过程中如遇漏水、塌孔、缩径、掉钻等现象时，要详细记录其发生的层位、深度及量值，对换径变层等重要环节也要进行详细记录。

直孔及造斜段完成后，进行地球物理测井，与岩屑录井对比分析，准确判断各标志层层位。并提交最终的钻孔柱状。

3 施工环节注意事项及技术安全控制

3.1 孔眼轨迹控制

设备严格按钻机标准安装，调试，特别是天车，转盘、孔口一线其偏差小于10mm，按规定试运转，达到要求后方可进行下一步施工。

注重钻具合理组合，根据钻具组合及地层，合理选择钻进参数。及时监测，发现孔眼轨迹超限时，应及时纠正。

3.2 防漏、防塌

钻遇煤层时要防跨塌，可适当提高粘度、比重，加强钻井液的维护和处理，加入防塌剂，保证孔下安全。

3.3 防吸附卡钻

渗透性好的砂岩层段以及定向钻进孔段，发生吸附卡钻的可能性极大，钻井液中加入润滑剂，减小摩擦力；钻具组合要合理，加重钻具位置要合适，配合水力振荡器减小钻具扭力及摩擦力，保证上下钻顺利；上下钻操作要平稳，设备要正常维护良好，保证施工设备正常运转，预防事故发生。

3.4 钻探施工工艺及工序衔接

(1)在钻头优选使用上，认真观察、鉴定地层岩性，结合钻时参数，积极配合钻头厂家共同分析研究，进行个性化钻头设计和使用。斜直孔段机械钻效达4.90米/时，水平段机械钻效达2.61米/时，为提高钻效打下基础。

(2)分支钻孔钻进中认真记录钻时、按迟到时间捞取岩屑，及时判断地层情况，确保孔内安全。严格按照钻井设计要求做好简易水文观测记录工作，认真观测记录钻井液消耗量，发现漏失情况后，及时上报，确保井下安全，漏失量大于5m3/h时，起钻，然后下入潜水泵，进行抽水洗井，至水清沙净，配合注浆作业。

(3)分支钻孔施工中，选择合理的钻具结构组合，并配合使用水力振荡器，解决定向进尺缓慢情况。水力振荡器的使用，钻效得到提高，未使用水力振荡器前纯钻效2.99-4.19m/h，使用后纯钻效3.91-8.63m/h，纯钻效提高最大近两倍。钻进中坚持“打一划二”（打完一单根及时进行两次划眼）。增加短起钻次数，加大泵量冲孔循环，保证孔内岩屑及时大量上返，确保孔内安全。

(4)分支钻孔定向轨迹控制和记录。三开定向、复合钻进过程中及时和定向技术员、司钻进行沟通，尽量选择进尺较快的地层进行定向钻进，进尺慢的地层打复合钻进，既能控制住井眼轨迹又能保证钻探进尺。钻进过程中控制好钻压，打好工具面。

4 该项目定向分支钻孔施工难点

（1）钻进井眼轨迹长、方位角摆动大、爬坡角度大，致使钻进中磨阻大、拖压严重，大大影响钻探进尺。因此尽可能的减小钻进过程中磨阻、拖压问题，是施工的难点。

（2）定向钻进轨迹设计方案尤为重要，既要满足矿方需要，又能保证在实际钻进施工过程中钻时、进尺，所以设计的轨迹要平滑。方位摆动大、爬坡角度大，造成钻时长、进尺缓慢，钻压过多的作用于孔壁上，不进尺，造成钻具疲劳破坏。即使通过使用水力振荡器，井眼轨迹长了效果也不明显；因此通过多加入钻井液润滑剂来解决磨阻大、拖压严重问题，其实是治标不治本。钻井液俗称钻探工程的血液，在钻探中尤为重要。

5 煤矿防治水定向多分支钻井技术应用前景

定向多分支钻孔群技术现在已经得到了广泛的应用，并在煤炭开采行业中占据了较高的地位。它的出现解决了以往很多较复杂煤炭开采困难的问题，提高了煤矿的开发效率。我们应该依靠现有的条件，充分利用其它学科先进的技术，改善目前的钻具，合理的使用地质导向技术，加快新技术如自动化、智能化技术的应用水平与程度，为定向多分支钻孔群技术的发展开拓更为广阔的空间。

[1]王岳.石油钻井技术智能化发展研究[J].知识经济，2011（08）.

[2]岳小骐.定向井轨道设计与控制技术研究[J].技术研究，2006（12）.

[3]向兴华.定向井气体钻井新技术[J].钻采工艺，2007（11）.

郭黎，男（1983-），2006毕业于河北地质职工大学，于2007年进入中国煤炭地质总局第二水文地质队工作，长期从事于钻井技术工作。