大口径瓦斯抽放井施工工艺.pdf

山西柳林某煤矿设计年产原煤300万t， 开采 中存在着煤层中瓦斯含量过高（一般大于40m3/t，局 部大于50m3/t）、煤与瓦斯突出的安全隐患，矿井安 全生产面临的瓦斯问题十分突出，目前采取井下抽 采地面井眼抽放的方式排放瓦斯。 我单位受矿方 委托为其施工一眼大口径瓦斯抽放井，仅用3个月 就完成了工程施工。 1概况 1.1钻遇地层 ①第四系（Q）厚度60m，岩性主要为黄土。 ②二叠系上石盒子组（P2sh）厚度160m，岩性 主要为粉砂岩、砂岩、长石石英砂岩。 ③二叠系下石盒子组（P1x）厚度120m，岩性主 要为粉砂岩、砂岩夹煤线。 ④二叠系山西组（P1s）厚度60m，岩性主要为 砂岩、粉砂岩、煤层。 岩层倾角为4～10。 岩石可钻性4～7级，其中 二叠系上石盒子 组长石石英砂岩 可钻性级别较高。 1.2井眼结构 瓦 抽 放 井 结 构如图1所示。 2主要施工设 备 主 要 施 工 设 备、器具如表2所 示。 3钻进及扩井 瓦 斯 抽 放 井 的施工难 度 主 要 图1瓦斯抽放井结构简图 Figure 1 A schematic structural diagram of gas drainage well 1.井管；2.变径接头；3.引鞋 大口径瓦斯抽放井施工工艺 王永全，崔秀忠，巩建雨 （中国煤炭地质总局水文地质局第四水文地质队，河北 邯郸056001） 摘 要瓦斯抽放孔要求井斜小，孔径大，下入的井管重量大。 以实例介绍了使用GZ-2000型钻机在某煤矿瓦斯抽放 站成功施工深400m，直径Ф690mm瓦斯抽放井的施工工艺。 在施工过程中采用Ф216mm牙轮钻头满眼钻具和钟 摆钻具施工先导井眼，再采用Ф410mm、Ф690mm组合牙轮钻头塔式钻具分级扩眼，使用电子多点测斜仪及时监测 井斜变化，用钟摆钻具组合进行纠斜，在Ф426mm管体上设置三组镶焊合金的肋骨条做成圆井器来进行圆井，在管 体底部设置浮力阀，合理掏空以减少井管重量，确保了工程质量。 关键词大口径；瓦斯抽放井；成井工艺 中图分类号P634.5；TD71262；TD71332文献标识码A 作者简介王永全（1967），男，中国煤炭地质总局第四水文地质队 党委书记兼副队长，钻探工程专业，高级工程师。 收稿日期2008-03-27 责任编辑樊小舟 Construction Technology of Large Diameter Gas Drainage Wells Wang Yongquan, Cui Xiuzhong and Gong Jianyu The Fourth Hydrogeological Exploration Team, Hydrogeological Exploration Bureau, CNACG, Handan, Hebei 056001 Abstract Small well deviation, large diameter and heavy well type lowering are required by the gas drainage wells. Examples introduced gas drainage well construction technology by the use of GZ-2000 drill rig drilled a 400m depth, Φ690mm for a coalmine gas drainage station. During construction, a pilot well drilled by Φ216mm roller bit, packed hole assembly and pendulum assembly, then Φ410mm, Φ690mm assembled roller bits and tapered drill string reaming in tandem. Well deviation is monitored by multipoint electronic inclinometer; hole straightening by pendulum assembly; well rounded out by a rounder made of Φ426mm pipe set on three sets of carbide ribs; a buoyant valve has set on the bottom of the pipe and reasonable hollow out to reduce pipe weight thus ensure to construction quality. Keywords large diameter; gas drainage well; well completion technology 文章编号1674－1803（2009）01－0065－02 中 国 煤 炭 地 质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．21 No．1 Jan．2008 第 21 卷 1 期 2009 年 1 月 第21卷中 国 煤 炭 地 质第21卷中 国 煤 炭 地 质 图2引鞋结构示意图 Figure 2 A schematic diagram of guide shoe structure 1.井管；2.加强筋；3.40mm钢板；4.245mm 石油套管；5.浮箍；6.浮鞋。 为 要求井斜小， 成井井眼口径大， 下 入 的 井 管 重 量 大。 为保证井斜尽 可 能 小 ，采 用 Ф216mm牙 轮 钻 头 无 心 钻 进 施 工 先导井眼，并采用 SDC-45型电子多 点 测 斜 仪 进 行 井 眼轨迹测量；待先 导井眼施工410m 后 ， 用Ф410mm、 Ф690mm组 合 牙 轮钻头逐级扩井， 扩井深度分别为 401m、405m。 3.1钻具组合 先导井眼钻进 采用满眼钻具的 组合方式，以有效 地保证井斜满足设计要求， 在下部采用钟摆钻具组 合， 达到减小和抑制井斜的目的。 满眼钻具组合 Ф216mm牙 轮 钻 头 （HA537）Ф212mm扶 正 器 Ф178mm无 磁 钻 铤1根Ф178mm钻 铤1根 Ф214mm扶正器Ф178mm钻铤2根Ф212mm扶正 器Ф178mm钻铤4根Ф159mm钻铤2根Ф89mm 钻杆若干。 扩井采用大径钻铤为主、塔式钻具组合，满足扩 井所需钻压， 获得较高的扩井速度。 钻具组合为 Ф410mm或Ф690mm组装牙轮钻头Ф203mm钻铤 3～4根Ф178mm钻铤6～10根Ф159mm钻铤2根 Ф127mm钻杆若干。 3.2钻进及扩井参数 一般情况下， 先导井眼钻进和扩眼采用的参数 见表3。 3.3冲洗液 全井采用聚合物泥浆作为冲洗液。 在泥浆性能 控制方面，先导井眼施工主要控制失水量较低，扩眼 施工主要考虑携带和悬浮岩屑，泥浆性能要求为 ①先导井眼 漏斗粘度22～30s，API失水量 12mL/30min,密度1.10g/cm3，泥饼厚度0.8mm，pH 值9～11。 ②扩眼 漏斗粘度35～45s，API失水量15mL/ 30min,密度1000 66 第21卷中 国 煤 炭 地 质第21卷中 国 煤 炭 地 质 管体采用THJ422型焊接材料焊接， 割洞穿杠 方法下入。 焊接时必须保证井管焊接牢靠、同心、不 泄漏。由于管串重量达超过钻机及井架的额定负荷， 为保证下管安全，在管串底部设置了引鞋（浮鞋、浮 箍等），见图2，通过掏空方式减轻下管时设备负荷。 经计算，Ф60016mm螺旋管（Q235B）管体抗外挤压 能力约为3.8MPa，采用管内掏空120m，井管抗外挤 安全系数n≈3，此时减轻设备负荷约36t，保证了下 管的安全需要。 4.3水泥固井 采用G级油井水泥和掺粉煤灰水泥，总计50t， 使用2台S-500型水泥固井车进行固井，水泥浆密 度1.40～1.80g/cm3（上部为1.40g/cm3，下部为1.80g/ cm3）。 注完水泥浆并顶替后， 起出注浆钻具， 候凝 96h后，探管内水泥塞高度为0.5m，采用清水替浆， 管内注满清水检查封闭止水质量，检查合格。 用Ф570mm钢刷钻头清扫井管内壁，利用潜水 泵将管内的浆液排出，残留液柱18.1m。 5体会 ①严格控制先导井眼的井眼轨迹。 施工先导井 眼时，应采用高精度的测量仪器连续监测井眼轨迹， 必要时使用钟摆钻具组合钻进， 保证先导井眼的偏 斜尽量小，井眼轨迹变化幅度平稳。 ②在保证成井质量和施工安全的前提下， 应根 据设计和设备能力等综合考虑， 优化井眼结构和井 径尺寸，采用合理的扩井井眼级差，提高施工效率。 ③保证井管的质量和焊接质量。 ④大口径瓦斯抽放井的井管大多为螺旋管，材 质一般为Q235B，建议国内石油套管及地质套管生 产厂家，生产Ф600mm、Ф700mm、Ф800mm等系列大 直径、钢级较高的无缝套管，以提高管材的抗外挤压 能力。 ⑤瓦斯井的井管口径大、重量大，往往采用掏空 方法减小下管时设备的负荷， 同时往往要求管外全 段水泥固井。 因此， 必须准确计算井管的抗外挤能 力， 对套管进行外挤压强度的校核， 以达到安全施 工。 参考文献 [1]秦勇，程爱国.中国煤层气勘探开发的进展与趋势[J].中国煤田地 质2007，19（1）. [2]陈庭根，等.钻井工程理论与技术[M].北京石油大学出版社.2000. [3]韩广德，等.中国煤炭工业钻探工程学[M].北京煤炭工业出版社. 3.4泥岩、砂质泥岩物性特征 泥岩、砂质泥岩在密度（或伽马伽马）曲线上呈 中等密度较低异常反映，密度值为1.9～2.40g/cm3；在 自然伽马曲线上呈较高幅值（平均55S-1左右）反映； 三侧向电阻率曲线呈低值（3～9Ωm）反映，泥岩呈 低阻较平滑反映，砂质泥岩呈低阻间有小波峰反映。 3.5细砂岩物性特征 细砂在密度（或伽马伽马）曲线上呈中高密度较 低异常反映，密度（2.01～2.43g/cm3）变化较小；在自 然伽马曲线上呈低值（8～60S-1）反映；三侧向电阻率 （4～10Ωm）曲线比较平滑。 在砂泥水分析图上易于 识别（图4）。 根据以上岩煤的物性特征和对比依据， 抓住物 性标志层,采用测井曲线异常形态对比、曲线异常组 合规律、 间距控制和特殊异常对比法进行全煤田对 比，系统地研究煤层赋存变化规律，保证煤层层位对 比正确可靠。 4结束语 在本煤田的勘探中， 采用测井物性特征对比法 取得了较好的地质效果。 在缺乏以往地质资料情况 下，依靠现有测井资料有力的指导钻探生产，保证了 野外作业顺利进行。 同时为保质保量按时完成地质 报告奠定了基础，赢得了时间，受到巴基斯坦和中方 监理充分肯定，也为后续勘探工作奠定了基础。 受勘探条件所限，测井的研究程度不够高，有待 后续工作加以丰富和完善。 对管理结构进行了重组,对管理流程进行了再造,实 现了管理的科学化、系统化,大大提高了管理水平和 管理效率。 因此,“江南模式”的推行,运用科学的方 法,结合本单位实际,优化管理制度,组织结构和管理 流程,对于提高管理水平和管理效率,有着积极的意 义。 改革很难,地勘单位的改革更难,地勘单位的改 革需要更多的实践,更多的尝试。 “江南模式”的提出 和实践,是地勘单位企业化改革的有益尝试， 同时 “江南模式”需要实践来检验,也需要在实践中不断 修改,不断完善。 ≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈ （上接第66页） ≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈ （上接第64页） 70