新集一礦供壓風管道鉆孔工程施工工藝淺析

王 燦

(安徽省煤田地質局水文勘探隊，安徽 宿州 234000)

通過地面鉆孔對井下進行供風，改善井下安全開采的施工條件，以新集一礦為例結合大口徑施工工藝，對供壓風管道鉆孔施工工藝進行探討。

新集一礦位于淮南鳳臺縣新集鎮，礦井地處于淮河沖擊平原，第四系(Q)平均厚度約為161.28m，為河湖相沉積。含煤地層為二疊系地層，可采煤層為11層，厚度27.53m。

供壓風管道鉆孔位于礦后煤倉東南隅，礦鐵路北側，距離2008年施工氮氣管道鉆孔10m。設計孔深480m，包括鉆井、電測井、測斜、管路安裝、工作管除銹防腐、固管填充孔壁、止水檢查等工序。要求終孔軌跡偏離中線不大于2m。

1 鉆孔結構

孔深0～205.18m孔徑為Φ630 mm，下置Φ550×12 mm螺旋管護壁并固管。孔深205.18～480.02m孔徑為Φ444.5 mm，0～480.02m下置Φ325×12 mm石油套管并固管。

圖1 供壓風管道鉆孔結構圖

2 施工工藝

根據施工技術要求，成孔必須要求垂直。

2.1 加固地基

地基用水泥加固并找平，四角再用鐵板穩固，確保鉆塔與鉆機安裝穩固，水平周正，防止地基下沉。開鉆前先用水平尺對孔口、主軸、天輪進行檢查，確保三點一線后方可開孔。

2.2 鉆具組合

1)一路套管孔徑

松散層:Φ127 mm鉆桿+Φ191 mm加重鉆具4根40m+Φ371 mm無芯四翼合金鉆頭;

穩定基巖段:Φ127 mm鉆桿+Φ191 mm加重鉆具4根40m+Φ311 mm三翼牙輪鉆頭;

二徑擴孔:Φ127 mm鉆桿+Φ191 mm加重鉆具4根30m+Φ630 mm四翼合金鉆頭及Φ630 mm三翼牙輪鉆頭。

2)二路套管孔徑

基巖段至終孔:Φ127 mm鉆桿+Φ191 mm加重鉆具3根30m+Φ311 mm三翼牙輪鉆頭;

二徑擴孔:Φ127 mm鉆桿+Φ191 mm加重鉆具3根30m+Φ444.5 mm三翼牙輪鉆頭。

2.3 鉆進參數

1)松散層

鉆壓600～800 kg，轉速50～150 rpm，泵量50～150 L/min。

2)基巖段

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

2.4 沖洗液

1)第四系松散層采用“Na2CO3+腐殖酸鉀(KHm)+聚丙烯腈+膨潤土”配制的泥漿護壁，可防止地層坍塌。

2)基巖采用“聚丙稀酰胺+聚丙烯腈+Na2CO3+KHm+膨潤土”配制的雙聚低固相泥漿護壁，具有除砂好，流變性好，配置簡單的特點，泥皮薄而堅韌，可防止地層坍塌。

3)配備泥漿性能測量儀器，每天進行泥漿性能測量，指導鉆機及時調整泥漿配比和補充漿液。見表1。

表1 泥漿性能

2.5 施工順序

1)開孔用Φ371 mm無芯鉆頭鉆進至190.00m，然后用Φ311 mm三翼牙輪鉆頭無芯至256.55m進行常規，確定Φ550 mm護壁管下置深度。

2)松散層用Φ630 mm四翼合金鉆頭擴孔，基巖段用Φ630 mm牙輪鉆頭擴孔至套管下放深度即205.18m，下置Φ550×12 mm螺旋管護壁205.18m并固管。

3)固管及止水檢查合格后采用Φ311 mm三翼牙輪鉆頭無芯至孔深480.02m，進行常規測井。

4)最后用Φ444.5 mm三翼牙輪鉆頭擴孔至孔深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)下管前后采用稀泥漿循環洗孔，將鉆孔過程中遺留的巖屑洗出，確保下管和固管順利。

2)用一根同徑20m套管進行探孔順孔，確保下管順利。

3)在尾管底口1m處打直徑2～3 cm的小眼，間隔20 cm。

4)對入孔管材逐根檢查、丈量、編號，彎曲和有凹陷、裂紋的管材不能入井，下管時按編號順序入井。

5)下管前用鋼絲刷把每一根套管的絲扣都刷洗干凈，抹上鉛油、纏上棉線后擰緊。

6)下套管時保證垂直度，除用水平尺外，在90度夾角方向設置兩個吊線處，人工吊線，保證垂直度。

7)φ550 ×12 mm 護壁管 205.18m 總重量 33 t，φ325 ×12 mm工作管480.62m總重量45 t，鉆塔荷載能力25 t，直接下管鉆機載荷能力達不到，因此采用浮力筏并預制在底部管內。通過泥漿的浮力作用承擔一部分重量，減輕鉆塔承受的拉力。當泥漿的浮力大于工作管自重時，向管內注入清水來平衡控制套管的浮力。

3.2 下管及固管

下管采用鉆機提升和浮力閥的方法。固管采用泥漿泵通過鉆桿往管內注入水泥漿，管口與注漿管路的環狀間隙用鋼板密封，水泥漿液通過小眼返到孔壁的方法。

3.2.1 下入護壁管與固管

為隔離地表水防止松散層坍塌，Φ550×12 mm護壁管下入205.18m(穩定基巖)進行隔離，套管采用管箍對焊接并在對接處焊接加強筋。固井選用P·O42.5型號水泥，水泥與水按1:0.6比例配制成品水泥漿40 t，連續注漿3個h，直到孔口返出水泥漿。停泵等水泥凝固72h后進行絲扣檢查及固井底口止水檢查。(附表2)

3.2.2 下入石油套管與固管

石油套管主要是向下井下供風的工作管路，φ325×12 mm石油套管下入深度為480.02m。石油套管帶有管箍采用絲扣緊固。固井選用P·O42.5型號水泥，水泥與水按1:0.6比例配制成品水泥漿87.8 t。連續注漿5個h，直到孔口返出水泥漿。停泵等水泥凝固72h后進行絲扣檢查及固井底口止水檢查。(附表3)

表2 表套管止水檢查表

3.3 管內積水排除

下入帶有撈砂管鉆具距管內0.5m處先對管內沉積物進行大泵量反復沖洗。沖洗后殘余沉積物都沉入撈砂管內，起出鉆具帶出沉積物，反復進行沖洗，直至管內返出清水無沉積物。最后采用提籃法提出管內積水。

表3 工作管止水檢查表

3.4 防斜

采用高精度測斜儀器每鉆進30m測斜一次，頻繁的測斜能夠有效的控制孔斜，在測斜過程中采取有效的防斜措施:

1)發生輕微偏斜時，按照地質鉆探常用方法即掃、鏟等方法糾偏。

2)擴孔法:采用大于原鉆孔直徑的鉆頭進行擴孔，操作時應輕壓、慢轉、進尺不得過快。

3)導正法:在鉆孔不斜的孔段加導正裝置，使糾斜的鉆具在保持正直的情況下鉆進。

最終終孔天頂角0.80°，方位角 302.30°，據靶心偏移距0.69m，符合設計要求。附鉆孔軌跡圖。

4 結語

1)施工過程中必須嚴格控制孔斜，合理配置加重鉆具、有效的控制鉆壓，采用高精度測斜儀器頻繁測斜，來保證鉆孔的垂直度。

圖2 新集一礦供壓風管道鉆孔軌跡圖

2)配置合理的鉆具和加重鉆具，有效的分級擴孔，能夠提高施工效率，減少施工工期，節約成本。

3)下管過程中采用浮力伐能夠有效的控制下管重力，科學運用浮力技術來彌補鉆機承載能力的不足，有效節約成本。

4)充分考慮到管內積水的壓力，進行管內積水處理，為井下管道對接連通提高安全保證。

［1］魯小輝.鉆井技術論文集［M］.石油工業出版社.2009.

［2］陳庭根，等.鉆進工程理論與技術［M］.北京石油大學出版社.2000.

［3］韓廣德，等.中國煤炭工業鉆探工程學［M］.煤炭工業出版社.2000.

［4］劉方建.新集一礦13－1煤開拓及西一采區教學設計.2008.