大口径钻孔下管固管工艺探讨_刘波

2009年以来，河南省煤田地质局三队为煤矿施工瓦斯抽放孔和排水孔等大口径钻孔工程15个，孔深120～930m ，下工作管直径426～1060mm 。

大口径钻孔又以下工作管和固管为工作难点。

下面以山西某煤矿瓦斯抽采5号孔为例，探讨分析大口径钻孔工程的下工作管、固管方案和措施。

钻孔开孔直径1550mm ，下Φ1350mm×16mm 护壁管10m ，以下孔径为1310mm ，全孔下入材质为Q345B 直缝钢管518m ，规格为Φ1060mm ×22mm 。

该钢管每米质量为563.14ｋg ，全部质量约292t 。

设计要求对所下管材全段水泥固井，耐压试验不小于8MPa ，工程交付时工作管内无滴、淋水现象。

钻孔所用钻机型号ZJ30，钻塔型号为K31-135/30，最大承载力1350kN 。

1下管工艺采用割孔穿杠钢绳牵引提吊的下管方法。

下管时，在管口上端处对称切割园孔。

穿杠为钻铤加工而成，用钢丝绳连接游车大钩，钻机起吊工作管。

工作管对接焊好后，抽出穿杠，将切下的园板割破口后填入孔内焊牢。

在割孔外补焊方板加强。

下管前下入Φ1350mm×16mm 井口护壁管，管外用水泥固管，待水泥凝固后，在井口开挖3m×3m×1.5m 方坑，填钢筋混凝土找平凝固，上铺2200mm×2200mm×30mm 钢板。

1.1下管前准备工作①对钻塔全面检查，做到螺栓齐全并紧固，平台整体周正、坚固，地基地梁形成整体。

②绷绳采取加固措施。

绷绳设紧绳器，地锚或地锚桩埋深大于1.5m 。

大口径钻孔下管固管工艺探讨刘波，马黎明（河南省煤田地质局三队，河南新乡453003）摘要：大口径钻孔的工作管下放和固管工艺直接关系到钻孔的成败。

以山西某煤矿瓦斯抽采孔为例，详细阐述了大口径钻孔下工作管和固管的过程，以及保证工程质量和施工安全所采取的防范措施。

在施工过程中，钻机根据钻塔的承载力、钻机的提升力实际状况，采用串杠法提吊、水泥浮力塞减轻套管质量、井口密封固管的等施工方法，成功的完成了我国煤炭行业迄今为止下工作管质量、直径最大的大口径钻孔工程，工程质量优良，与采用巨型吊车焊箍直接提吊、井口密封固管的施工方法比较，具有经济效益好，施工场地不受限制等优势。

为煤矿瓦斯排放、降温、排水等大口径钻孔工程中的施工提供了一种可靠、经济的施工工艺。

关键词：大口径钻孔；工作管；固管；串杠法提吊；水泥浮力塞中图分类号：TD713+.3文献标识码：A作者简介：刘波（1962—），男，河南睢县人，高级工程师，从事地质钻探技术管理工作。

收稿日期：2014-01-21责任编辑：樊小舟A Discussion on Large Diameter Borehole Casing Lowering and Fixing TechnologyLiu Bo,Ma Liming(The Third Exploration Team,Henan Bureau of Coal Geological Exploration,Xinxiang,Henan 453003)Abstract:The technology of large diameter borehole working casing lowering and fixing is directly related to the borehole drilling suc⁃cess or failure.Taking a gas drainage borehole in a Shanxi coalmine as an example,elaborated the process of large diameter borehole working casing lowering and fixing,countermeasures to ensure project quality and safety in operation in.During the operation,accord⁃ing to the derrick bearing capacity and rig lifting capacity,use operation measures including string bar lifting,cement buoyant plug to reduce casing weight,as well as wellhead sealing fixing.Thus have successfully completed the large diameter borehole drilling engi⁃neering with heaviest working casing,largest diameter,and excellent project quality up to now in Chinese coal paring with using giant crane welded hoop direct lifting,wellhead sealing fixing operation methods,the method has predominance of good eco⁃nomic returns,unconstrained operation site.It provides a reliable,economic operation technology for coalmine gas drainage,tempera⁃ture reduction,water drainage large diameter boreholes operation.Keywords:large diameter borehole;working casing;casing fixing;string bar lifting;cement buoyant plug中国煤炭地质COAL GEOLOGY OF CHINAVol.26No.06Jun.2014第26卷6期2014年6月文章编号:1674-1803(2014)06-0069-02doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2014.06.17第26卷中国煤炭地质③准备好穿杠孔加强板和焊缝加强筋。

200ｍ以内管外每根焊缝均加焊4道拉筋，以后均加焊6道拉筋，以增加抗拉能力并起一定扶正作用，拉筋规格为80mm×120mm×16mm的钢板。

④检查套管弯曲度，内外径要规则，管口水平度好，要求管壁厚、园度、管口平面尺寸一致。

⑤加工尾管。

在距最下部一根工作管底部0.5m处，割直径60mm的圆孔4～5个，上下错开排列。

⑥圆孔、顺孔。

用长度约12m和36m工作管分别试下，钻机升降顺畅就完成圆孔等既定工作。

1.2浮力计算、浮力塞位置、钻塔承重设计泥浆密度为1.2g/cm3,每米工作管在钻井液中浮力为86kg，在浮力塞以上每米工作管浮力为1058kg。

浮力塞焊接在第13根工作管上，据管底口160m。

此时大钩承重G=工作管质量-浮力﹢浮力塞质量，为89.3t。

下管当中让大钩承重一直保持在90t左右时，每下1ｍ工作管，钻机大钩承重减轻495kg，所以在下工作管过程中，根据拉力表的的读数和下工作管速度及时回灌钻井液。

1.3水泥浮力塞的预制工作管质量大于钻塔承载能力，下管时借助水泥浮力塞增加浮力，减轻质量。

水泥浮力塞的制作：在一根长10m的Φ1060mm×22mm工作管内用水泥预制而成，下部留0.5m空管，上部留1m空管。

浮力塞有效长度8.5m，自重7320kg。

水泥塞顶部做成漏斗状凹坑，以便透塞时自行对中。

1.4钻井液的调整与净化对孔内悬砂钻井液用优质化学钻井液进行替换，调整好性能。

钻井液净化采用机械净化、化学净化和人工捞砂三种方法同步进行，其中以机械除砂为主，全面清除钻井液中的无用固相，保持和稳定钻井液的性能，确保长时间下管的顺利进行。

1.5工作管连接工作管用J507焊条焊接，用经纬仪找中，保证管口合缝、同心。

工作管接缝三人同时焊接，焊条在焊接前在专用烤箱中预烤。

按照下管作业流程，逐根检查焊缝，外加焊加强筋，确保焊缝密实、牢固。

1.6扫水泥塞下管作业结束，下钻透管内浮力塞，操作过程中钻压500～1000kg，转速30～60r/min。

透开浮力塞后钻具下到孔底循环钻井液，用优质钻井液替换原孔内钻井液。

2固管工艺采用孔底灌注水泥浆从孔壁与管壁之间的环状间隙返出井口的方法进行固井。

2.1固管设备石油油井固井车2台。

灰罐车保证将所需散水泥同时就位。

排浆用4吋排污泵2台。

25t吊车1台。

2.2水泥浆配制水泥标号采用P.O42.5硅酸盐水泥。

干水泥用量经计算为307.2t。

水泥与水配比为1:0.6。

水泥浆密度为1.70g/ cm3左右。

水泥浆体积为289.12m3。

超径系数取1.2。

2.3排浆备容积2000m3泥浆池（孔内钻井液约700m3），以备注浆时返上的钻井液及时抽排和提管内清水用。

安装和维护注浆泵和排浆泵。

2.4固管过程①下钻透管内浮力塞结束后，全孔下入Φ127mm钻杆，距管底口2m，在地面工作管口用钢板闷头封闭，在封闭盖上加装压力表。

②灌孔利用排浆泵向管内灌浆，保证管内外压力平衡。

③开泵冲孔。

检查封闭效果，有无漏水现象。

④泵浆固管。

用固井车固管，注浆过程要连续不间断，井口返出水泥灰浆后方可停泵。

⑤替浆。

用清水替出钻具中灰浆，计算钻具、高压管和来水管内体积之和，为全部替浆量，在管底预留2m的水泥柱。

钻杆替浆量V=（0.05352×3.14×518）=4.66m3，高压管及来水管替浆量由固井车队现场计算。

2.5固管后工作①泵浆结束后，将管口固定在护筒中心，保持管口、天轮、转盘中心在同一轴线上。

②水泥初凝后（约6h），提出孔内钻具，水泥继续凝固72h。

③按要求作工作管注水试验和耐压试验，合格后替出管内清水，验收、移交甲方使用。

3结束语该工程在下工作管和固管施工中，严格执行既定的下管方案和措施，从下管到固管结束用时164h，工程质量经甲方验收，各项技术指标满足合同要求，工程质量优良。

（下转第73页）706期取顺利，保证了数量和质量。

43-2孔单孔煤层7层，煤层最大埋深1915.28ｍ，该区共计取煤20层，煤层最大厚度5.71ｍ。

③终孔测井没有遇阻现象，四个钻孔测井顺利，一次完成测井工作。

④钻具磨损减轻，证明钻井液润滑性得到提高。

⑤勘探区共计施工四个钻孔，钻探进尺5527.26ｍ，单孔最深1937.52ｍ，全部评定为甲级孔。