２０１１年第９期 西部探矿工程 １９９ 冻结法凿井冷冻孔施工技术应用 徐培远 （河南省煤田地质局，河南郑州４５００５３） 摘要：通过冻结法凿井冷冻孔施工技术在冲积层较厚的煤矿建井施工过程中的应用，介绍了在应用 该技术的过程中所遇到的技术难题及解决方案，着重介绍了冷冻孔施工过程中的防斜纠斜等技术的 应用以及钻井液和钻井工艺的优选方法。 关键词：冷冻孔；防斜纠斜；钻井液 中图分类号：Ｐ６３４文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２０１１）０９一Ｏ１９９一Ｏ２ 近几年冻结法凿井施工应用范围越来越广阔，对于 冲积层较厚的煤矿建井施工能有效地起到安全快捷的 作用，市场前景较好。冻结井施工前期冷冻孔的钻孔质 量十分重要，有时甚至决定着冻结井施工的成败。偏斜 是影响冷冻孔质量的关键问题之一。由于冷冻孔施工 间距小（１．２～２．７ｍ），因此一旦发生偏斜就容易造成 “穿孔”事故，无形中增加了冷冻孔施工难度。本文主要 对冷冻孔施工过程中的防斜纠斜问题进行了深入研究， 并整理出了一套科学有效地施工方案。 Ｉ技术关键 求，泵压能够满足纠斜时给螺杆提供足够动力的要求， 同时由于施工的井段多为第三、四系松散地层，泵量不 宜过大。综合考虑，该钻井工程选用ＴＢｗ一岛 ／５０泵 可以满足工程施工的需要。 ２．Ｉ．４动力 钻机配备１１Ｏｋｗ电机，泥浆泵配备９０ｋｗ电机。 ２．１．５测斜仪器 钻孔０～１００ｍ段使用灯光测斜（实际使用井深在 ５０ｍ以内）。使用灯光测斜结构简单、操作方便、数据 准确，而且使用成本低。１００ｍ以下井段选用ＪＤＴ一５Ａ 型陀螺测斜仪。陀螺测斜仪的主要特点是抗磁干扰、测 斜数据准确可靠。 ２．１．６纠偏设备 选用５１ ＺＩ２０Ｘ７、５ＬＺＩ６５Ｘ７螺杆定向钻进纠偏，同 时配备ＪＤＴ一５Ａ型陀螺测斜仪及定向控制面板。 ２．２冲洗液 （１）选配冻结凿井冷冻孑Ｌ施工的钻机及配套设备。 （２）研究冻结凿井冷冻孔施工的泥浆工艺。 （３）钻井过程中如何防斜纠斜。 ２冷冻孔施工技术的研究和应用 ２．Ｉ主要钻探设备的选型 钻探设备的合理选择直接影响钻进施工的正常和 快速进行。 ２．１．１钻机 （１）冲洗液是钻探的血液，是钻井工作中尤为重要 的问题。结合冲积层换层频繁变化大，泥浆应随时结合 地层进行调配。开孔的泥浆应适量的稠一些，护好井 冷冻ＳＬＳＬ深一般在５００￣８００ｍ，孔径］９０ｍｍ，施工 的钻机要求提升能力大于３００ｋＮ，扭矩大于 壁，随着孔的加深可缓慢调配泥浆。泥浆的综合性能 是：粘度１８￣２５ｓ，失水量小于１０ｍＬ，比重１．０５～１．１５， １４．０ｋＮ・ｍ，ＴＳＪ一２０００水源钻机在钻井工程中属于 常用机具。 ２．１．２钻塔 胶体率大于９７ ，不同的区域，对泥浆的要求也是不同 的，所以要结合实际情况。 现场应备的泥浆材料有：钠土、ＣＭＣ、纯碱（面碱）、 水解聚丙烯酰胺（ＨＰＡＭ）少量、水解聚丙烯腈 （ＨＰＡＮ）、腐植酸钾。 （２）冷冻孔常用的几种泥浆： 采用四角钻塔。 ２．Ｉ．３泥浆泵 冷冻孔施工孔径１９０ｍｍ，孔深在５００～８００ｍ之 间，泥浆泵的流量应满足将孔内的岩屑携带出井口的要 ＊收稿日期：２０１０—１ｌ一１９修回日期：２０１０一Ｉ２－０８ 作者简介：徐培￣（１９６４一），男（汉族），河南虞城人，工程师，现从事煤层气钻井工程技术及管理工作。 ２００ 西部探矿工程 ２０１１年第９期 ①煤碱剂泥浆：适应于松散粘土、流砂和风化岩层、 砾石层。 打完后要进行２～３次的快速划眼（原因；由于井斜后钻 具在自然情况下，钻头和钻具总是靠在井斜反方向的井 壁上，这样钻头在快速划眼中，可将井壁多余部分划掉， 扩大井径，形成一个和上部垂直的轴线，有利于钻孔的 垂直）。 ３．３起下钻、加尺 ②水泥泥浆：适应于易塌砂层、砾石层、不稳定地 层。 ③石灰粉锯末泥浆：这种泥浆主要是处理冲积层的 漏失和翻孔。 ④白土聚丙烯酰胺泥浆：这种泥浆质量较高，应用 下钻前上好钻头，双钳紧扣，用编织袋将钻头包好， 较广，是钻探中常用的优质泥浆。 ３防斜纠斜钻进施工 钻探工程施工领域不断拓宽，许多工程对钻孔轨迹 要求越来越高，尤其是建井工程的冻结凿井，为了满足 井筒冻结深度逐渐加深的需要，常规的钻探技术发生了 改变。利用大型设备和高精度的陀螺测斜仪等先进设 备和技术优势减少失误，提高施工效率，同时达到工程 质量要求。 ３．１开孔钻进 为保证开孔的质量，要注意下面的操作：钻进中采 用轻压、慢转、全泵量，一般开孔使用慢速（１、２挡），慢 送绳、均匀。压力１０￣２０ｋＮ。方钻、水龙头不能晃动， 特别是滑车。要不停地观察主动钻杆的垂直，发现倾斜 要及时停钻更正。因为开孔主动钻杆下部重力小，加上 水龙带的垂力，往往会使主动钻杆倾斜，必要时必须在 活动工作台上人力控制它的摆动。钻进１～２ｍ后应提 起再进行扫孔。另外，送绳速度要均匀，杜绝忽快忽慢。 方钻打完后要进行几次精心细致的扫孔、划眼。扫孔转 盘转速要高，转速高时钻具的同心度会更好，然后提起 方钻快速下放，反复几次划眼，就可起出方钻。建议方 钻（１１ｍ）钻进时间控制在５～６ｈ，不宜快，开孔偏斜率 应控制在０．２ 以内。必要时换２１５．９ｍｍ钻头进行扩 孔。随着孔径的扩大，再次下人１９０ｍｍ钻头后，它的 活动空间会大，自然垂直会好，有利于钻孔打直。 结合理论和经验，开孔钻进方钻在整个钻孔中相当 重要，上部开孔打直，下步才能多加钻铤，以增加钻具的 稳定性，保证钻孔的垂直度和提高钻井效率。所以施工 冻结钻的钻机要对开孔第一根的钻进施工十分重视。 ３．２正常钻进 如若在井深２０ｍ测斜时钻孔偏斜率在０．６ 以下 时，应尽量多加钻铤（建议 １４６～ １５９ｍｍ钻铤６ 根），在游动滑车不晃动的情况下尽量开高挡即４挡，提 高孔内钻具的同心度。在进尺的情况下压力应尽量小， 如压力小进尺缓慢时可适当加压。一般情况下压力控 制在４０￣８０ｋＮ，钻孔偏斜允许的情况下可加压Ｎｓｏ－ １５０ｋＮ。原则是“轻压吊打”。需要记住的是：每次残尺 以防在下钻过程中，泥浆中悬浮的砂子和固体从钻头眼 进人钻具，确保钻头到井底后开泵顺畅。下钻中一定要 双钳紧扣，并检查钻具，弯、坏扣的钻具要进行调换，确 保下井钻具的安全性。如下钻中遇阻或感觉有阻力时， 要开泵循环，不准强行下钻，到井底后开泵循环，如需要 测斜，几分钟后可进行测斜，根据测斜数据采取措施；如 不需要测斜可缓慢开动转盘，用千斤顶将钻塔移到起钻 前的位置，扫孔２０ｍｉｎ后即可进行正常钻进。 主动钻杆残尺钻完后提起钻具，对本次钻进井段进 行划眼。划眼的方法是：主动钻杆提起后在保证安全的 情况下，以最快的速度下放主动钻杆，不开动转盘，反复 ２～３次。然后开高速快速扫孔２次。这样做的目的主 要是修正钻孔，预防孔斜。所加钻杆必须双钳紧扣，防 止在划眼、扫孔时脱扣。 ４总结 针对冲积地层的钻机高钻速，要加强对设备的保养 和维护。定期对设备进行检查、维护维修，备好充足的 配件，以免延误工期。 对冲击层中钻进，两井井下相互“串通”的情况，我 们在每个钻孔的施工中严格钻井参数，保证钻孔的垂直 度，加密钻井的井斜测点，保证钻孔垂直度或在设计的 偏距范围之内，避免相邻两井井下发生“串通”现象。 针对冻结钻孔施工冲击层的特性，我们加强了泥浆 的正常维护工作。即开钻前要调配好适合冲击地层的 优质泥浆，并彻底循环５ｈ。同时还要更加注重泥浆的 日常维护，保证泥浆在整个钻井过程中的一致性，避免 彻底、大幅度地调换泥浆或改变泥浆的本来性能，影响 钻孔的泥浆体系，可以很大程度上保证钻孔的顺利结 柬。 参考文献： ［１３冷开奎．深孑Ｌ定向钻进技术及其在煤矿工程中的应用［Ｊ－Ｉ． 中国煤层气，２００４（１）． ［２－１王衍森，杨维好．深部土人工冻土力学特性的试验研究方 法探讨Ｉ－Ｊ］．建井技术，２００３（５）．
