钻井浮力阀法下管技术的实践与理论研究

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1、钻井浮力阀法下管技术的实践与理论研究　　摘要：含瓦斯煤层的工程开采前，瓦斯抽排井的建设工作至关重要。较传统的吊车下放瓦斯套管，使用水泥塞浮力阀进行瓦斯套管的下放，利用浮力阀提供的浮力，可以使套管的下放作业更加安全，且有更高的经济效益。该文对淮南矿业（集团）有限责任公司潘三煤矿瓦斯抽采入井钻孔（新7号孔）工程中浮力?y下管法实践进行介绍，并进一步对浮力阀法下管技术的理论进行了介绍和研究。　　关键词：煤矿瓦斯套管水泥塞浮力阀下管工程　　中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1674-098X（2016）09（b）-0021-02　　含瓦斯煤层的开采作业实施之前，需要建设瓦斯抽排井，对煤

2、层内的瓦斯进行治理。瓦斯抽排井是大口径的钢管进行焊接后形成的，一般每段钢管长度不大于9m。抽排井的工作，是先将工作管下放到井底，将水泥浆灌入到套管和孔壁间，然后排除管内泥浆，最后完成固井成井工作。　　随着开采深度的逐渐增大，根据现实需要，瓦斯抽排井的口径越来越大，深度越来越深，由此导致下放钢管的重量大，甚至超过钻井机械的起吊能力。传统的套管下放方式是使用吊车，此种方法有着较多的实践应用，但是对于大重量的套管下放工作，成本较高。因此提出了减轻钻井吊重的方法，即新型的大口径钻井自平衡浮力法下管的方法。此方法是在瓦斯套管的合适位置（钻机的安全提升力处）设置浮力塞，即在钢管内设置隔塞，并在塞下充气

3、，在较大的浮力作用下，减小套管对钻机的压力，使其至在工作套管的自重超过了钻机的起吊能力时，也能完成套管的下放工作。利用浮力法下放套管的过程中，分为单塞空气柱自平衡下管技术和双塞空气柱下管技术[1]。在套管中设置浮力塞后，下管过程中，可以通过回灌泥浆或水来调节浮力的大小，借助上部空管在泥浆中产生的浮力，将套管重力抵消。　　1工程概况　　淮南矿业（集团）有限责任公司潘三煤矿，需在工业广场内新增瓦斯抽采入井钻孔（新7号孔）1个，钻孔设计孔深为836.5m。　　考虑到工程技术要求、地层因素以及以往经验，钻孔结构拟采用二级设计。　　（1）一开新地层段：先用Φ311mm钢齿牙轮钻头打导向孔，钻进至37

4、5m；再用Φ600mm导向牙轮组合钻头二次扩孔到370m，之后用Φ820mm导向牙轮组合钻头三次扩孔到363.7m，最后用Φ1080mm导向牙轮组合钻头四次扩孔到稳定基岩面以下30m。成孔后用Φ880mm顺孔器顺孔。在确保套管能顺利下到指定深度后，下放D880mm×12mm护孔管。　　（2）二开基岩段：护孔管固管止水完毕并验收合格后，下入Φ311mm镶齿牙轮钻头沿原导向孔继续钻进，钻至846.5m。再用Φ600mm及Φ820mm导向牙轮组合钻头，分两次扩孔，导向牙轮组合钻头扩孔到836.5m（即-813.5m处）。接着在确保瓦斯工作管能顺利下到指定深度后下D630mm×15mm无缝钢管，之

5、后使用优质泥浆对钻孔进行换浆，待孔内返出全新优质泥浆后。用石油固井技术G级水泥固管，并在候凝72h后做止水实验。　　2采用浮力阀的下管方案下放D880mm瓦斯套管　　在下管工作实施前，需要根据地层情况和所下套管重量，在确保安全的前提下，合理选择下管方法。该工程中，使用TSJ2600型钻机，动力为160kW电动机。钻机额定载荷85t，D880mm×12mm的瓦斯套管重90t，按照传统下管方式，则会出现钻塔超负荷的情况，甚至钻塔倒覆。在该工程中，考虑到钻塔的负荷问题，使用水泥塞浮力阀下放。该方法不仅有效解决套管的超负荷问题，利用浮力阀将钻塔受力控制在安全范围之内，更同时节约了工程成本，有较大优

6、势。　　2.1水泥塞浮力阀下放瓦斯套管方案　　（1）先通过理论计算得到瓦斯套管的单位长度的重量，和其在泥浆中的浮力；（2）对下管过程进行施工模拟，计算出工程进展过程中各项参数，为实际的作业做好准备；（3）通过填充纯水泥浆，制作水泥浮力塞钢管；（4）完成下管工作。先靠钻机自身提升拉力下管，再采用浮力器下管。钻机下放160m（42t），然后下放水泥塞浮力器以减轻套管总重量，总浮力为155t，下放过程中当套管浮力过大时在管内回灌泥浆下管，确保套管顺利下放。　　2.2下管注意事项　　（1）各管段之间的焊缝需要密实，尤其是穿杠孔部分，需要焊实后再加加强板加固，以防跑气漏气；（2）水泥浮力阀下井前，需

7、要检查水泥塞浮力阀气密性是否完好；（3）下管前需要认真检查钻机钻塔、天轮、穿杠、钢丝绳、提拉等各部分的连接部位，确保合格后可实施下井作业；（4）现场记录要认真详实，对比实际参数与理论参数，获得信息。　　3利用浮力阀下放瓦斯套管的理论研究　　3.1水泥塞浮力阀下管工艺　　通过在套管下部设置浮力阀，并在过程中通过回灌泥浆，控制好浮力的大小，本质上是通过上部的空管在水泥浆中的浮力消减套管重力，使瓦斯套管的下放工作可以更安全、成