神华宁夏煤业集团能源工程有限公司环境安全工程分公司 宁夏银川 750021
摘要：以宁夏煤业集团公司乌兰煤矿WZD-3#注液氮孔为例，采用SS-120-PR全液压车载动力头钻机在施工注液氮钻孔时，对钻孔轨迹的控制及钻遇煤巷时需注意的事项和采取套管钻进终孔行了详细说明，为在软煤巷边施工诸如注液氮类钻孔无法完钻的探索一种新的钻井手段。
关键词：定向钻井；套管钻井；注液氮钻孔；软煤巷；复杂地层
一、概况
乌兰煤矿Ⅱ030803工作面注氮灭火钻孔项目是神华宁夏煤业集团能源工程有限公司环境安全工程分公司的工程，其目的在于利用施工的地面注液氮钻孔将液氮管线从地面沿钻孔下入，与Ⅱ030803巷道注氮管线相连接，通过注氮管线向工作面或采空区注液态氮，便于在开采过程中和采后进行注氮，达到防灭火的目的。有效解决乌兰矿Ⅱ030803工作面开采过程中煤层高温和支架回收时的防灭火问题。
二、施工状况
WZD-3#钻孔终孔位置距离Ⅱ030803运输顺槽（软煤巷）6m，距离Ⅱ030703工作面停采线278.6m，距离62.5m处有Ⅱ030803运输顺槽施工超前瓦斯抽放钻孔，设计孔深449.49m。钻孔地面受煤层「2」采动及含水层影响，上部地层无法使用泥浆定向钻进。因此，上部一开、二开采用空气钻进至完整地层后下入技术套管进行封固，再使用泥浆定向钻进「3」至终孔位置。一开￠349.3mm潜孔锤钻头钻进至基岩以下3-5m稳定岩石后下入￠330mm钢管固井；二开￠311.15mm潜孔锤钻头钻进至80m，穿过塌陷区至稳定层，下入￠244.5mm无缝钢管固井；三开￠215.9mmPDC钻头泥浆定向钻进至终孔位置（8#煤层底板以下5m），本钻孔于2014年6月15日开钻，2014年7月2日完钻，完钻深度510.4m。
由于三开钻进至441.3m时（接近7#煤顶板），孔内泥浆突然失返，立即停泵提钻，井下反馈上来信息，发现钻孔内泥浆从Ⅱ030803运输顺槽巷下帮的锚索、顶板裂隙漏出。提钻完成后，观测孔内泥浆液面情况，发现液面在38m，为防止再次发生漏失，直接采用套管钻井技术「1」施工至终孔位置。
三、施工设备
￠165mm螺杆马达、￠158.8无磁钻铤、￠215.9mmPDC钻头、MWD无线随钻测斜仪、钻科SS-120-PR全液压动力头钻机、3NB-350G泥浆泵、SULIAIR 1150HH空压机。
四、施工工艺
1．钻进方法
根据地层条件和设备状况以及钻井技术、质量要求，本次施工的钻井工程采用泥浆钻进、空气钻进相结合的方法。
（1）一开：￠349.3mm潜孔锤钻头钻进至基岩以下3-5m，约5m，下入￠330mm×8.94mm钢管，水泥固井；
钻进参数：钻压：1-3KN 转速：15-30r/min 风压：3.38MPa
（2）二开：￠311.15mm潜孔锤钻头钻进至完整基岩，约80m，下入￠244.5mm×9mm无缝钢管，泥浆泵固井；
钻进参数：钻压：10-30KN 转速：30-35r/min 风压：3.38MPa
风量计算
风量的大小应考虑的因素是：钻孔直径、钻杆外径和排渣通道上的上返风速等。排渣通道上的上返速度不应低于16m/s，一般潜孔锤钻进所需风量要比其潜孔锤额定风量大20％左右。
风量按下公式计算：
Q＝47.1k1k2（D2－d2）V
其中：Q—送风量：m3/min；
k1—孔深修正系数k1＝1～1.1；
k2—孔内涌水系数k2＝1～1.5；
D—钻孔直径：m；
d—钻杆外径：m；
V—排渣通道上返风速：16m/s；
（3）三开（定向钻井段）：￠215.9mmPDC钻头泥浆定向钻进至终孔位置（8#煤层底板以下5m），下入￠139.7mm×9.19mm石油套管到终孔位置固井。
钻进参数：钻压20-50KN，排量1400L/min，转速30-35r/min，泵压3-5MPa，钻井液密度1.08 g/cm3，粘度32s，含砂量小于1%。
在一开、二开施工时，由于乌兰煤矿矿区地层倾角为56°，倾角较大，在施工至二开结束后，井斜角达到3.4°，且方位是沿着巷道的方向变化，为控制井斜角和方位，避免钻孔与巷道贯通或太靠近巷道造成事故「4」。因此，在该段施工中要注意根据实际钻进情况调整钻进参数，控制严重跳钻，防钻具脱扣、粘扣。维持钻井液中高粘度，确保悬砂携屑、井眼畅通。控制钻进参数，做好纠斜、纠方位工作。在煤层中钻进时，采用低钻压、低转速、低排量、低射流冲击力参数组合钻进，减小煤层段井径扩大率，防止垮塌、埋钻。钻进至孔深441.3m时（接近7#煤顶板），孔内泥浆突然失返，立即停泵提钻，并及时与井下警戒人员联系反馈井下情况，发现钻孔内泥浆从Ⅱ030803运输顺槽巷下帮的锚索、顶板裂隙漏出。经分析，导致井下巷道出现漏失的原因有两个，一是钻孔与在Ⅱ030803运输顺槽巷裂隙沟通（因为巷道顶板和下帮上有泥浆渗出，并且井下观察该巷道顶、帮较破碎，判断为漏失为巷道裂隙导致）；二是钻孔与锚索孔沟通（在漏失严重地带，泥浆多从锚索钻孔附近渗出）。
为避免再次发生巷道漏浆，保证钻孔安全，决定采用套管钻井技术进行施工。
（4）套管钻井
①套管钻井系统
②套管钻井注意事项
a.下入￠130mm潜孔锤，制作反丝接头，便于将套管下至孔底后将钻杆返出，￠177.8mm套管下入长度120m（2#煤顶板以上4m）。
b.下入￠177.8mm套管后，用钻机对套管进行称重，用于判断钻杆是否与套管反开，￠177.8mm套管下至孔底后，加压1-2t，尝试正转将钻杆与套管反开，若反不开，则向孔内投砂，砂子直径为10-15mm，公投3-4桶，用于将￠177.8mm套管卡住，保证反开。
c.钻杆反出后下入￠130mm潜孔锤+￠114mm套管，套管之间丝扣上满后加焊6mm钢板3片，￠130mm潜孔锤与￠114mm套管之间用转换接头连接，并加焊4片6mm钢板，下钻至第一根￠177.8mm套管时开风吹孔，将孔内泥浆吹出，每下一根￠177.8mm套管开风吹孔一次。
d.在￠130mm潜孔锤、￠114mm套管下入时要提前将对套管进行检查、测量、编号，在下至321m时要缓慢旋转下放钻具，确保￠130mm潜孔锤顺利进入￠177.8mm套管内。
e.下套管时司钻操作要稳，每根套管下入时间不小于1min，司钻时刻注意孔内套管悬重。
f.采用￠130mm潜孔锤钻进前，提前做好井下的相关警戒，直到钻孔施工完成方可撤除井下警戒。
g.下钻至孔底后，会钻遇7#煤，穿煤时要提高钻压，尽快穿过煤层。
四、总结
根据现场实际施工情况证明，采用上述提到的钻井技术，可有效的应对此类复杂地层中施工精度较高的钻孔，预防在施工此类复杂地层中发生钻井施工。
参考文献：
[1]王海娟，张晓东，张毅，宋立东.浅析套管钻进技术.石油矿场机械，2010，39（10）：25～28.
[2]李伟.煤层气钻井中应注意相关技术问题及措施. 大众科技，No.8，2009.
[3]郝登峰. MWD在煤层气定向井施工中应用.中国煤层气，2010，Vol.7 No.5.
[4]蒋希文.钻井事故与复杂问题（第二版）「M」.北京：石油工业出版社，2006，10：24-57，436-439.
作者简介：康彦华（1982-），男，助理工程师，2005年毕业于华东交通大学计算机科学与技术专业，现在神华宁夏煤业集团能源工程有限公司环境安全工程分公司从事定向钻井技术工作。
论文作者: 康彦华,张丰,王瑞,胡新,金万海
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/26
标签：套管论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 巷道论文; 钻杆论文; 顶板论文; 地层论文; 《建筑模拟》2018年第28期论文;