深部煤炭资源勘查水文孔施工和起下套管技术

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2023年12月14日发(作者：)

４２　西部探矿工程　２０１３年第７期　深部煤炭资源勘查水文孔施工和起下套管技术　李学良　（河南省煤田地质局四队，河南平顶山４６７０００）　摘　要：通过多个深度在ｌＯ００ｍ以上水文钻孔的工程实践，研究总结了深部煤炭资源勘查水文孔的　钻井施工技术和扩孔技术；研制的异径止水器结构简单、止水效果可靠；研制的套管提拔器，使水文　孔起套管方法由井口提拔套管拓展到井下提拔套管，抽水套管成功从井中起出的成功率大大提高，　为单井完成多次抽水试验提供了有利条件，大幅降低了项目的勘探成本。　关键词：深部；煤田勘探；水文孔；套管；起下技术　中图分类号：Ｐ６３４文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１３）０７一Ｏ０４２—０３　煤炭是我国重要的基础能源，在维护国家能源安　次，水文孑Ｌ综合地质情况见表１。　表１　水文孔综合地质情况表　全等方面具有非常重要的地位。目前我国的煤矿已经　进入深部开采期，为保证我国煤炭工业的可持续发展　的需要，对老矿区外围及深部煤炭资源进行勘查意义　重大。在深部煤炭资源勘探中，施工水文孔的深度已　经接近１５００ｍ，施工难度非常大。因此，开展深部煤炭　资源勘查水文孔的施工技术、止水方法、起下套管方法　的研究，对于保障水文孔的施工质量和安全，缩短整个　勘探周期，全面提升我国煤炭资源勘查技术水平具有　重要的意义。　１工程概况　河南省平顶山贾寨一堂街煤炭详查项目是省级地　勘项目，项目位于平顶山市宝丰县闹店、郏县李口乡一　带，共设计钻孑Ｌ３７个。其中４个为水文钻孔，水文工作　量为５１１０ｍ。　１．１地层情况　地层上部为第四系，下部基岩为紫红色中细粒砂　２设备及器具　岩，即金斗山砂岩，其次为石千峰组（平顶山砂岩），以　下含煤地层为石炭一二叠系。石盒子组含薄煤层多　层，其中四　、五：为大部可采煤层；山西组含可采煤层　两层，二。煤层平均厚度为５．００ｍ。２个水文孑Ｌ的终孑Ｌ层　位为∈　灰岩，２个水文孔的终孔层位Ｃ：ｔ砂岩。　１．２地质和水文地质要求　钻机：ｘＢ—ｌ６００岩芯钻机；钻塔：２２．５ｍ四角钻塔；　泥浆泵：ＮＢＢ２６０／７型；深井潜水泵ｌＯＯＱＪ６－－２２ｏ／５６；ＣＯ：　洗井管汇。　３钻井工艺　３．１钻孔结构　一开孔径　２１５．９ｒａｍ，孔深１０４ｍ，下入　１６８ｍｍ套　设计的４个水文孑Ｌ进入煤系地层均要求全取芯，每　个水文孔还要进行抽水试验２次，对主要可采煤层二　煤的顶、底板直接和间接充水层进行抽水试验达８层　收稿日期：２０１２－１２－０６　管１０２ｍ。二开孔径　１１３ｒａｍ至终孔。扩孑Ｌ时，上部扩　孑Ｌ孔径为　１５２ｒａｍ，深度３２０ｍ，止水位置上部扩孔孔　径为　１３３ｍｍ，深度根据抽水止水位置和岩性确定。　３．２钻具组合　作者简介：李学良（１９８５－），男（汉族），山东齐河人，助理工程师，现从事煤田地质勘探、煤层气钻井、大口径特凿钻井技术　Ｔ：作。　

２０１３年第７期　西部探矿工程　４３　一开钻具组合：（２ｊ２１５．９ｍｍ牙轮钻头＋　２１４ｍｍ　稳定器＋　１２１ｍｍ短钻铤１根＋　２１４ｍｍ稳定　器＋　１２１ｍｍ钻铤１根＋　８３ｒａｍ钻铤＋　６０ｍｍ　钻杆＋立轴钻杆。　二开钻具组合：　ｌ　１３ｍｍ金刚石钻头／ＰＤＣ钻头＋　（２ｊ１０８ｍｍ岩芯管＋　８３ｍｍ钻铤９～ｌ２根＋　６０ｒａｍ钻　杆＋立轴钻杆。　扩孔钻具组合：　１５２ｒａｍ导向扩孑Ｌ钻头＋　８３ｍｍ钻铤６－９根＋　６８ｍｍ钻铤３－６根＋（２ｊ６０ｒａｍ钻杆＋立轴钻杆。　１３３ｍｍ导向扩孔钻头＋　８３ｍｍ钻铤３－６根十　６８ｍｍ钻铤３￣６根＋（２ｊ６０ｍｍ钻杆＋立轴钻杆。　３－３钻井液　见基岩前新近系钻进采用的细分散钻井液体系。　配方为单位钻井液重量中加入１０％～３０％粘土粉＋　３％～４％粘土重量的纯碱＋０．５％ＣＭＣ（羧甲基纤维素１。　钻井液指标为漏斗粘度１８～２５ｓ，比重１．１０—１．２０　ｇ／ｃｍ　，　失水量小于１６ｍＬ／３０ｍｉｎ左右，泥饼厚度ｌ－２ｍｍ，含砂　量小于８％，ｐＨ值８－９。　煤系地层钻进钻井液采用的不分散低固相钻井液　体系。配方为单位钻井液重量中加入３％～４％粘土＋　粘土重量３％　４％的纯碱＋０．１８％聚丙烯晴（ＨＰＡＮ）＋　Ｏ．３％～０．６％聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）。钻井液指标为漏斗　粘度１８～２３ｓ，比重１．０５～１．１０￣ｃｍ　，失水量小于　１０ｍＬ／３０ｍｉｎ，泥饼厚度小于ｌｍｍ且韧性较好，含砂量小　于４％，ｐＨ值８－９。　３．４扩孔　二开　１　１３ｍｍ孔径施工至终孔层位、测井完成　后，为完成水文孔二次抽水工作，需转入扩孔工序。为　防止扩出新眼，采用导向扩孔钻头进行扩孑Ｌ。首先使　用　１５２ｍｍ导向钻头扩孑Ｌ至３２０ｍ，其次使用　１３３ｍｍ　导向钻头扩孔至钻孔上部抽水层止水位置，完成上部　第一次抽水工作后，继续向下扩孔至二次抽水止水位　置，进行第二次抽水试验。　３．５顺孔　首先使用　１５２ｍｍ钻头带一根长为６ｍ的　１４６ｍｍ　岩芯管顺孔至３２０ｍ。其次使用　１３３ｍｍ金刚石钻头　带一根长度为６ｍ的　１２７ｍｍ岩芯管顺孔至抽水层止　水位置。　３．６架桥　由于４个水文钻孔均进行二次抽水孔，按照抽水设　计，首先进行单孔上部抽水层位的抽水，因此需要在上　部抽水层和下部抽水层的中间合适位置进行架桥封　隔。架桥时用一根长度为６ｍ的　１０８ｍｍ岩芯管，在岩　芯管中问从下而上填充弯折的扫把杆、粘土球、砖块、　粘土球，最上部下人４个厚度为１２ｒａｍ的直径与岩芯管　内径相同的平皮带圆板与螺丝头相连，用于封隔螺丝　头内眼，防止下钻时岩芯管内的架桥材料在压力的作　用下进入钻具中。将岩芯管下人到止水位置后，开泵　将平皮带及以下的扫把杆、粘土球、砖块、粘土球送人　封隔位置后起钻。再次下钻用螺丝头探底，确认架桥　成功后，用不超过ｌｔ的压力将架桥封隔段捣实后起钻，　完成架桥作业。　４下套管作业　４．１钻井液体系转换　下套管之前必须进行钻井液体系转换，使用预胶　化淀粉、ＣＭＣ和纯碱等材料，将钻井液的指标调整到　粘度２５—２６ｓ，比重１．１０ｄｃｍ３，失水量小于１０ｍＬ／３０ｍｉｎ，　含砂量１％，ｐＨ值１ｌ～１２后，使用长度为４ｍ左右的　１０８ｍｍ岩芯管接钻具下到上部抽上层止水位置冲　孔换浆，待井口返出的的钻井液指标合格后，转入下　套管作业。　４．２下套管　仔细检查和丈量套管。下套管之前，使用长度不　小于１０ｍ的岩芯管再次进行顺孔。下套管时，套管接　头丝扣必须抹漆缠绵线，上扣时应加套把上紧，下人井　中的每一根套管外部必须涂抹上黄油。由于抽水套管　重量大，为防止在下套管过程中丝扣拉脱，采用漂浮法　下人套管。套管堵头缠棉布后插入　８９ｒａｍ止水器底　口，点焊三点，不要过紧。　采用异径止水方法，　８９ｒａｍ止水器长度约１．２ｍ，　止水压盘上部焊四条挡板，止水压盘下部缠绕１０ｍｉｎｘ　１０ｍｍ油浸棉盘根线，长度１ｍ，盘根线外部用塑料布包　扎牢固。由于采用漂浮法下套管，下套管过程中根据　套管浮力情况，在套管中不断注入清水，根据拉力表数　据控制套管悬重在合理范围内。套管下到止水位置后　下压止水器，控制下压力为２．５～３．０ｔ，完成止水后，井口　下人三瓣卡固定好套管。　４．３套管组合　套管堵头＋（２ｊ８９ｍｍ止水器＋　８９ｒａｍ套管＋　８９ｒａｍ套管提拔器＋　８９ｒａｍ套管＋（２ｊ８９ｍｍ／　１２７ｍｍ　变径接头＋　１２７ｍｍ套管（３００ｍ），见图１。　由于下人井中的套管长度长、重量大，为确保套管　在抽水试验结束后能够成功从井中提出，我们研制了　

西部探矿工程　２０１３年第７期　套管提拔器，下套管时加装在套管串下部合适的位置，　起套管时可以下人与套管提拔器配对使用的提拔拉头　加钻具，实现从套管串下段设计位置（套管提拔器）向　上起拉套管。转动钻具，套管提拔器和提拔拉头可以　自由实现结合和松开作业，经过多个水文孔工程实践　验证，非常安全可靠。　拔器中间孔隙，下压顶掉套管止水器底部的套管堵头，　下到抽水层下部后，用清水冲孔至孑Ｌ口返出清水为止。　５－３洗井　进行二氧化碳洗井３次。每次洗井使用压力为６～　７ＭＰａ的二氧化碳１３～１５瓶。进行水位观测２４～４８ｈ。　５．４抽水试验　在上部　１２７ｍｍ套管中下人深井潜水泵，下深　３００ｍ，测管规格为　３０ｍｍ钢管，完成抽水试验工作。　６起套管　抽水试验完成后，下钻具循环换浆。换浆完成后，　下人提拔拉头加钻具，提拔接头与　８９ｍｍ套管提拔器　结合完成后，上拉钻具提拔套管。套管拉活以后起出　钻具，改用套管提篮起出套管，起套管过程中应注意灌　孑Ｌ。　套管全部起出后，下钻扫孔、透孔，透孑Ｌ过架桥位　置至孔底后，转入二次扩孔、起下套管和抽水试验等Ｔ　作，施工方法同上。　７结论　通过对深部煤炭资源勘查水文孔施Ｔ技术、起下　套管技术的研究和工程实践，我队研制的异径止水器　结构简单、止水可靠；研制的井底套管提拔器和提拔套　管方法，颠覆了传统的起拔套管方法，使水文孑Ｌ起套管　方法由井口提拔套管拓展到井下提拔套管，抽水套管　成功起出的概率大大提高，大幅降低了水文孑Ｌ的施　图１钻孔套管组合图　成本，为深部煤炭资源勘查水文孔施Ｔ找到了一条新　的方法和途径。　参考文献：　…赵金洲，张桂林．钻井Ｔ程技术手册［Ｍ］．北京：中国石化出版　社．２０１１．　５抽水试验　５．１冲孔　下套管结束后，在抽水试验前应进行冲孔工作。　根据（２ｊ８９ｒａｍ套管提拔器的下人位置，在套管中下人　４２ｒａｍ外平摩擦焊钻杆，上部可变径接　６０ｒａｍ常规　钻杆。用　４２ｍｍ外平摩擦焊钻杆穿过　８９ｒａｍ套管提　＜－０　。　＜Ｉｔ　：　ｎ　！　（　口　０　；０妒　’　，　，；　，　，　，　，　，ｐ　０　，　［２Ｊ　中油长城钻井有限责任公司钻井液分公司．钻井液技术手　册『Ｍ１．北京：石油工业出版社，２００９．　，　，　！　：，一　，｜（０　，　，　，　℃，‘　，；　’，ｖｆ’，　一　，　，　，　！，；　，０　’一　，　＜’百　（上接第４１页）　井中成功应用并取得了令人满意的效果。随着我同深　水勘探的不断推进，ＰｒｅＶｕｅ地层评价系统必将有着更　广阔的应用前景。　参考文献　【１１李建周，孙金山，蒋钱涛，等．深水综合录井新技术及应用　ｆＣ］ｌｌ首届中国石油Ｔ业录井技术交流会论文集．东营：中国　石油大学出版社，２０１１．１７０—１８０．　［２１李建周，关利军，蒋钱涛，等．南海深水综合录井关键技术研　究　石油天然气学报，２０１２，３４（８）：５３—５６．　［３１毛敏，郭东明．随钻地层压力录井技术存高温高压井中的应　用ｆＪ１．录井Ｔ程，２０１　ｌ，２２（３）：４２—４６．　

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