分析大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)

■賈中心

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)勘查院 河南鄭州 450000）

分析大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)

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（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)勘查院 河南鄭州 450000）

本文根據(jù)自身工作經(jīng)驗(yàn)，基于鉆井安全考慮須首先完成一開(kāi)表土層鉆進(jìn)，但其固井用大口徑鋼管會(huì)造成二開(kāi)先導(dǎo)孔排渣不利，影響鉆進(jìn)效率。為解決先導(dǎo)孔鉆進(jìn)循環(huán)問(wèn)題，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，提出下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)。實(shí)踐表明，下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)于大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)具有重要的借鑒意義。

大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)

煤礦區(qū)為滿足安全生產(chǎn)需求，經(jīng)常需要從地面施工瓦斯抽采井、電纜連接井及物料輸送井等，此類鉆井工程最主要的特點(diǎn)就是完井口徑較大（Φ500～Φ1200 mm），與常規(guī)巖心鉆探所施工的Φ30～Φ150 mm口徑相孔比可謂大口徑。煤礦區(qū)地面大口徑井施工工藝以正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主，在完成先導(dǎo)孔的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多級(jí)擴(kuò)孔完井，鉆井周期長(zhǎng)，井內(nèi)事故發(fā)生概率高。煤礦區(qū)地面鉆井需要穿過(guò)第四系表土層，該地層遇水膨脹，極易坍塌掉塊。為保障大口徑井?dāng)U孔施工安全，首先需單獨(dú)完成一開(kāi)鉆井施工，用大口徑鋼管將地表第四系土層封固后，再進(jìn)行二開(kāi)基巖層井段施工。具體鉆井工序如下：①開(kāi)挖井口，下入井口護(hù)筒；②一開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)至基巖以下；③一開(kāi)擴(kuò)孔（一級(jí)或多級(jí)）至設(shè)計(jì)要求；④下入一開(kāi)鋼管，固井；⑤二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度；⑥二開(kāi)擴(kuò)孔（一級(jí)或多級(jí)）至設(shè)計(jì)要求；⑦下入二開(kāi)鋼管，固井，完井。

由鉆井工序可知，在二開(kāi)小井眼先導(dǎo)孔鉆進(jìn)過(guò)程中，井眼口徑上下不一致，且上部一開(kāi)井眼尺寸較先導(dǎo)孔大數(shù)倍，對(duì)于鉆井排渣極為不利，影響鉆進(jìn)效率，甚至造成一開(kāi)井底沉渣，引起卡鉆事故。為解決二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)排渣問(wèn)題，提高鉆進(jìn)速度，引入下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)，并通過(guò)實(shí)踐規(guī)范技術(shù)操作，實(shí)現(xiàn)大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔快速安全鉆進(jìn)。

1 煤礦區(qū)大口徑井典型井身結(jié)構(gòu)

我國(guó)煤礦區(qū)第四系表土層厚度不一，最厚超過(guò)200 m，對(duì)于大口徑井鉆進(jìn)安全影響較大。煤礦區(qū)大口徑井典型的井身結(jié)構(gòu)為二開(kāi)設(shè)計(jì)，一開(kāi)封固表土層，二開(kāi)完井達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)工藝

2.1 正循環(huán)鉆進(jìn)工藝

根據(jù)鉆井工序，煤礦區(qū)大口徑井需首先完成一開(kāi)施工，并下鋼管固井。二開(kāi)小井眼先導(dǎo)孔正循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，即出現(xiàn)井眼口徑上下不一致的情況。

設(shè)鉆桿外徑為R，先導(dǎo)孔鉆進(jìn)口徑R下，先導(dǎo)孔內(nèi)鉆井液循環(huán)上返流速V下；一開(kāi)固井鋼管內(nèi)徑R上，一開(kāi)井段鉆井液循環(huán)流速V

而鉆井過(guò)程中的鉆井液循環(huán)流速?zèng)Q定于鉆井方法、鉆進(jìn)速度、地層特性、井身結(jié)構(gòu)等，主要以能夠有效攜帶鉆屑為基本確定依據(jù)，其重要的出發(fā)點(diǎn)是鉆屑的上返速度。

同時(shí)，在一開(kāi)鋼管內(nèi)，為保證鉆屑正常上返，要求V上＞V1，即：1.3（R下2-R2）＞（R上2-R2）。

以常見(jiàn)的Φ127 mm鉆桿鉆進(jìn)二開(kāi)先導(dǎo)孔Φ311 mm孔徑為例，則要求一開(kāi)井段固井鋼管內(nèi)徑小于Φ347 mm，否則將造成鉆屑堆積在一開(kāi)底部，影響鉆進(jìn)速度，造成沉渣卡鉆。此計(jì)算結(jié)果大大限制了大口徑井的完井規(guī)格，應(yīng)用范圍小。

2.2 反循環(huán)鉆進(jìn)工藝

反循環(huán)鉆進(jìn)工藝是提高大口徑井巖屑上返流速的重要工藝方法之一，按照形成上升液流的方式分為泵吸反循環(huán)、射流反循環(huán)和氣舉反循環(huán)。

由泵吸反循環(huán)和射流反循環(huán)鉆進(jìn)工藝原理可知，井深超過(guò)70 m即難以實(shí)現(xiàn)反循環(huán)效果，遠(yuǎn)低于煤礦區(qū)大口徑井完井深度要求，不能解決二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)排渣問(wèn)題。

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝能夠有效解決大口徑深井鉆進(jìn)的排渣問(wèn)題，配套裝置主要包括氣水龍頭、空壓機(jī)、雙壁鉆桿、氣水混合器及反循環(huán)鉆頭等。其工藝原理是將空壓機(jī)的壓縮空氣經(jīng)氣水龍頭、雙壁鉆桿的環(huán)狀空間送到氣水混合器進(jìn)入內(nèi)管，利用壓縮空氣在液體中等溫膨脹作用，造成鉆桿內(nèi)外的流體比重差；在此壓差作用下，使鉆桿內(nèi)的泥漿、巖屑和氣體的三相混合體連續(xù)不斷地?cái)y出地表，再將處理過(guò)的泥漿送入（流入）孔內(nèi)，經(jīng)孔底進(jìn)入鉆具內(nèi)，補(bǔ)充排出循環(huán)液的空間，如此不斷形成反循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程。但該技術(shù)用于先導(dǎo)孔鉆進(jìn)有如下不足：

①先導(dǎo)孔的基本要求是進(jìn)行精確定向鉆進(jìn)，通過(guò)螺桿馬達(dá)及隨鉆測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)不能使用螺桿馬達(dá)及隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，只能使用單、多點(diǎn)測(cè)斜儀器掌握鉆孔軌跡，不能定向糾斜。②氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝配套設(shè)備較多，工藝較復(fù)雜，成本高，用于小井眼先導(dǎo)孔施工不經(jīng)濟(jì)。

3 大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)

綜合分析上述大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)工藝特點(diǎn)，從適用性出發(fā)，解決大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔排渣問(wèn)題，引進(jìn)下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)主要內(nèi)容包括：

①首先完成一開(kāi)施工，封固表土層；②在一開(kāi)鋼管內(nèi)居中下套管，套管規(guī)格在能夠滿足二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆具通過(guò)的基礎(chǔ)上，內(nèi)徑越小越好。套管下入基巖以下2 m左右，并穩(wěn)固；③在套管內(nèi)下入二開(kāi)先導(dǎo)孔施工鉆具，從基巖層開(kāi)始鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)循環(huán)液由于套管阻隔不能進(jìn)入一開(kāi)大口徑鋼管內(nèi)，直接從套管與鉆具環(huán)空上返，循環(huán)流速上下一致。套管實(shí)際起到導(dǎo)流的作用。該技術(shù)簡(jiǎn)易實(shí)用，可配合使用螺桿鉆具及隨鉆測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行定向鉆進(jìn)。

4 實(shí)踐應(yīng)用

4.1 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）下導(dǎo)管鉆進(jìn)只用于先導(dǎo)孔施工，先導(dǎo)孔完成后，需將導(dǎo)管拔出。因此，導(dǎo)管進(jìn)入基巖不宜過(guò)深，保證易于起拔脫出。（2）為阻隔二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)循環(huán)液進(jìn)入一開(kāi)大口徑鋼管內(nèi)，導(dǎo)管底部要滿足密封要求。（3）中心對(duì)正。鉆孔定向的基本要求是井眼中心線連續(xù)一致，大口徑井經(jīng)過(guò)先導(dǎo)孔及后續(xù)多級(jí)擴(kuò)孔鉆進(jìn)完井，鉆孔中心對(duì)正的要求嚴(yán)格，導(dǎo)管必須下放至一開(kāi)鉆孔中心位置。

4.2 應(yīng)用

某礦區(qū)大口徑瓦斯抽采井工程施工資料顯示，該井一開(kāi)表土層固井鋼管規(guī)格為Φ920 mm×12 mm，固井深度73 m，二開(kāi)完井口徑為Φ850 mm。由于二開(kāi)完井口徑較大，先導(dǎo)孔鉆進(jìn)采用Φ222 mm鉆頭成孔后，分別采用Φ550 mm、Φ850 mm鉆頭分兩次擴(kuò)孔完井。

二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)技術(shù)流程為：（1）完成導(dǎo)管底座鉆進(jìn)。導(dǎo)管底座采用Φ311mm鉆頭在一開(kāi)底部居中鉆深2 m；（2）下入Φ244.5 mm×7.92 mm導(dǎo)管。導(dǎo)管下端纏裹海帶，滿足密封要求，又能易于起拔；底部焊接扶正板及支撐板，保證對(duì)中；（3）井口穩(wěn)固，連接排渣管路；（4）使用Φ222 mm鉆頭+Φ172 mm螺桿馬達(dá)及隨鉆測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行正循環(huán)定向鉆進(jìn)。

4.3 效果對(duì)比分析

在分析實(shí)踐大口徑井二開(kāi)先導(dǎo)孔下導(dǎo)管鉆進(jìn)的同時(shí)，對(duì)比臨近井的施工情況。臨近井一開(kāi)固井鋼管規(guī)格為Φ630 mm×10 mm，二開(kāi)先導(dǎo)孔鉆進(jìn)未下導(dǎo)管。兩井直線距離3.6 km，二開(kāi)鉆遇地層相近，鉆速對(duì)比情況如表1所示。

P633.8[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-359-2