大直徑鉆孔內(nèi)插法固井技術(shù)應用研究

徐 波

（河南省煤田地質(zhì)局四隊，河南 鄭州 450000）

近年來，國內(nèi)大直徑鉆井施工技術(shù)發(fā)展迅速，大直徑工程井在礦井瓦斯抽排、輸冰降溫、強排水、通風、送料、下電纜以及礦山救援逃生等方面得到越來越廣泛的應用。大直徑鉆井工程作為實現(xiàn)功能性用途的礦山建設(shè)項目，有著鮮明的工藝技術(shù)特點，與一般水文水井、礦產(chǎn)資源鉆孔相比，在鉆孔垂偏斜度、終孔點位控制、套管安裝、套管固井等方面，都具有更高的技術(shù)要求[1，2]。

在大直徑鉆孔施工中，固井工藝直接關(guān)系著大直徑鉆孔的成敗，在固井施工過程中，一旦發(fā)生事故，會造成很大的經(jīng)濟損失，嚴重時可能造成鉆孔報廢。因此，鉆孔套管固井工藝的選擇，就顯得非常重要[3]。現(xiàn)結(jié)合工程實踐，對大直徑鉆孔工程施工中內(nèi)插法固井工藝進行探討研究。

1 內(nèi)插法固井技術(shù)

圖1 固井浮箍結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)插法固井工藝是針對大直徑鉆孔套管的固井特點及特殊要求而選取的一種固井技術(shù)，是用鉆桿下部連接浮箍插入頭，插入套管底部的插座內(nèi), 加壓后打開固定凡爾球，與鉆孔環(huán)空建立泥漿循環(huán)，用注漿泵通過鉆桿注水泥漿的方式，向外環(huán)空注水泥漿，使水泥漿返出地面，注漿結(jié)束后，固定凡爾球回彈，避免水泥漿倒流進套管和鉆桿，完成固井。固井浮箍結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

與傳統(tǒng)的水泥塞固井工藝相比, 內(nèi)插法固井具有以下優(yōu)點：

（1）在套管內(nèi)水泥漿與鉆井液無混漿段, 所以在套管內(nèi)可以不用清水替漿，減少施工時間。

（2）固井所需水泥漿量較常規(guī)固井法少, 節(jié)約施工成本。

（3）因使用水泥量少，可以減少因附加水泥量過大而造成的浪費和環(huán)境污染。

（4）固井結(jié)束后只需要考慮鉆桿內(nèi)的替漿量, 所以不但可以減少水泥使用量, 而且易準確計算替漿量，避免“替空”情況發(fā)生，同時還能縮短施工時間。

（5）不需要考慮鉆掃水泥塞，減少了施工工序，縮短施工時間，提高固井效率與質(zhì)量[4]。

基于內(nèi)插法固井工藝的技術(shù)特點，在采用該方法進行固井作業(yè)時會出現(xiàn)以下問題：

（1）插入頭和浮箍插座之間密封失效，造成密封不嚴，水泥漿回流入套管，造成鉆桿“插旗桿”事故。

（2）鉆井液中固相含量高，導致孔底沉沙量過大，或下套管、下固井鉆具時孔口落物造成浮箍底口堵塞，無法保證固井質(zhì)量。

由于固井過程不可逆，針對固井過程中出現(xiàn)的問題，處理不當會產(chǎn)生嚴重的后果。為了保證固井質(zhì)量，防止固井事故的發(fā)生，應制定相應的技術(shù)保障措施，避免在固井過程中發(fā)生事故，確保鉆孔施工安全與固井質(zhì)量。

2 工程實例

2.1 工程概況

河南某礦業(yè)公司地面注漿站擴能改造送料孔工程，按二開井深結(jié)構(gòu)設(shè)計，終孔孔徑Φ350mm，完鉆井深670m，孔內(nèi)下入Φ273mm×10mm 注漿套管至670m，套管采用焊接方式連接，二開完井鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

為確保輸漿管路安裝及后續(xù)施工作業(yè)的安全順利進行，需要對注漿套管進行水泥漿固井。本鉆孔二開井深大，注漿管為螺旋焊管，且為對焊連接，常規(guī)石油固井方案混漿段無法控制、施工作業(yè)時間長，風險大，且無法保證固井質(zhì)量，采用常規(guī)水泥塞固井方法作業(yè)時間長，因此本鉆孔注漿套管固井施工采用內(nèi)插法固井工藝。

2.2 套管結(jié)構(gòu)設(shè)計

本鉆孔共下入56 根Φ273mm×10mm 注漿套管，全長670m，其中尾管長2.7m，浮箍長0.4m，浮箍下深667.3m，浮箍與上部套管采用焊接方式連接。為保證焊縫強度，在套管上加焊筋板，前20 根套管，每根套管上均勻預焊3 塊筋板，后36根套管，每根套管上預焊4 塊筋板。套管串結(jié)構(gòu)：尾管+ 浮箍+Φ273mm 套管串。

圖2 井深結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 水泥用量及鉆桿替漿量計算

2.3.1 水泥用量

根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)及套管串結(jié)構(gòu)設(shè)計情況，計算得到需要水泥漿總體積為26.97m3，井徑擴大率按10% 計算，需要水泥漿共29.67m3。本次固井設(shè)計泥漿比重為1.65g/m3，水灰比為0.745:1，計算得共需干水泥28t。

2.3.2 替漿量計算

此次固井采用內(nèi)插法固井工藝，只在鉆桿及管線內(nèi)有殘留的水泥漿，套管內(nèi)理論上無水泥漿，所以在計算替漿量時，只需要考慮高壓管線及鉆桿內(nèi)的水泥漿。經(jīng)計算管線及鉆桿內(nèi)替漿量為6.28m3。在施工時，要精確控制替漿量，避免發(fā)生“替空”質(zhì)量事故。

2.4 安全技術(shù)保障措施

為了提高固井質(zhì)量，防止固井施工的發(fā)生，應制定相應的技術(shù)保障措施，避免在固井過程中發(fā)生事故，確保本鉆孔固井安全與固井質(zhì)量。具體措施有[5]：

（1）浮箍安裝前要嚴格檢查插座、插入頭及其密封圈等各部件的質(zhì)量；并對浮箍各部件進行校核，確保浮箍各附件安全可靠，保證浮箍入井后各部件能正常工作。

（2）在下套管和固井前要做好沖孔工作，充分循環(huán)鉆井液，減少鉆井液固相含量，確保井內(nèi)無沉砂，同時應盡量減少固定凡爾和凡爾閥座被沖刷的時間，避免浮箍工具失效。

（3）做好技術(shù)交底工作，明確在下套管和下鉆過程中，要抓牢各種工具，避免雜物掉入套管和鉆具內(nèi)，造成浮箍工具關(guān)閉失靈。

（4）當插入頭位置距浮箍9m 時，應先開泵循環(huán)鉆井液，沖洗浮箍上的沉砂，同時緩慢下放固井鉆具，使插入頭進入插座內(nèi)，禁止快速下放鉆具，破壞浮箍內(nèi)附件或損壞插入頭密封圈，造成密封失靈。

（5）接方鉆桿開泵頂通環(huán)空內(nèi)鉆井液，同時觀察套管密封鋼板上壓力表讀數(shù)是否有變化，若有則說明插入頭處密封不嚴密，應查明原因并采取有效措施確保插入頭處密封嚴密可靠。

（6）如果在注水泥漿或者替漿過程中發(fā)現(xiàn)井口壓力表顯示異常，應及時調(diào)整注漿排量，查明原因，直到壓力正常后再調(diào)整至正常排量。

（7）在固井或替漿過程中應確保井口各裝置密封可靠，防止因密封問題造成固井事故的發(fā)生。

2.5 固井施工流程

本鉆孔內(nèi)插法固井的流程為: 循環(huán)鉆井液→排空套管內(nèi)空氣→注隔離液→制漿、泵送漿液→替漿→上提鉆具、沖洗殘留的水泥漿。

具體施工過程：

（1）套管下設(shè)到設(shè)計位置后，在套管內(nèi)下入固井鉆具，鉆桿與套管之間環(huán)空在井口處用環(huán)形鋼板焊接密封。在密封鋼板上加裝注水閥、排氣閥和壓力表。

（2）循環(huán)泥漿，觀察是否有異常現(xiàn)象，確保泥漿循環(huán)流暢。

（3）通過注水閥向套管內(nèi)注清水，打開井口排氣閥，排空套管內(nèi)空氣。

（4）從鉆軒內(nèi)注清水6m3作為隔離液，達到隔離泥漿和水泥漿及沖洗孔壁的作用。

（5）使用混合器配制水泥漿時，下灰入混合器開始配漿，并連續(xù)測量比重達到1.65g/cm3時，用注漿泵將水泥漿送入井內(nèi)，直至水泥漿反出地面。

（6）用清水6.28m3替出鉆桿內(nèi)的水泥漿，孔底留水泥塞2.7m。

（7）打開井口密封鋼板，上提鉆具，開泵沖洗鉆具內(nèi)殘留水泥漿后起鉆，固井結(jié)束。

本次固井施工過程中無異常情況發(fā)生，水泥漿密度達到設(shè)計要求并全部返出地面，候凝48 小時后用鉆具探查水泥塞底面，經(jīng)甲乙雙方確認此次固井達到設(shè)計要求，能滿足后續(xù)施工作業(yè)需要。

3 結(jié)論

（1）本此鉆井工程采用內(nèi)插法固井工藝，安全順利的完成了固井任務(wù)，保證了固井質(zhì)量，達到了設(shè)計要求，為后續(xù)施工作業(yè)提供了安全保障。

（2）采用內(nèi)插法固井工藝，縮減了施工工序，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率。為今后大直徑鉆孔固井施工具有一定的借鑒意義。

（3）內(nèi)插法固井施工時，要確保浮箍裝置各附件安全可靠，避免因為固井工具失靈而引起事故。