CN103835651A - 一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，包括如下步骤：(a)进行地质调查，确定地层倾角大小及地层发生漏失可能性；(b)安装定向钻机，钻进定向孔，通过钻杆柱注浆；(c)安装反井钻机；(d)导孔钻进；(e)扩孔钻进；(f)井壁支护。本发明适用于：地层倾角大，容易发生钻孔偏斜；存在局部破碎、溶洞或其它钻井浆液漏失风险的地层。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井工艺，特别涉及一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺。
背景技术
现有岩石地层矿井建设工程，多采用普通法凿井施工，需要工作人员下到几百米深的狭小开挖工作面，用钻机机具钻爆破孔、装炸药、工作面爆破、将爆破破碎的岩石通过吊桶提升到地面、工作面排水、然后进行支护等作业。机械化水平低、劳动力投入多、工作环境艰苦、安全条件差、事故时有发生，且爆破对围岩扰动较大，原岩应力变化大，支护困难。其中装岩、排水等工序占总施工时间的三分之一到三分之二，施工速度慢(30-40m/月)。在实际施工过程中，由于这些矿井井筒工程有约20％具有下部巷道(隧道)，因此可以采用反井钻机施工。反井钻井施工工艺具有劳动强度低、成井质量好、速度快、工效高及人身安全有可靠地保障等优点。但是，现有的普通反井钻技术是通过导孔钻进、扩孔钻进完成一个小直径的井筒(1-3m)，不能满足井筒功能要求，需要经过一次或多次刷井作业，其和普通法凿井有许多类似之处，都需布置提绞设备和井架，在井内铺设压风、供水、下料等各种管线，在刷井过程中靠打眼放炮破碎岩石，进行临时支护和永久支护。井筒中除布置吊盘外，还有封闭溜矸石孔的封口盘，其施工工序为打眼爆破-清除岩渣(岩渣通过溜矸孔溜到下水平)-临时支护-永久支护。
另外，钻孔漏失是反井钻进的复杂问题之一，也是影响反井钻井工程的工程质量与效率的关键因素之一。钻孔漏失是指反井钻井导孔钻井工程中，遇到裂隙地层、孔洞地层和高渗漏地层时，出现钻井液漏失，循环中断，破碎岩屑难以返上地面，地层失去泥浆的护壁支撑作用，容易导致卡钻、埋钻等孔内事故的发生，严重影响反井钻井工程质量和效率。现有技术的反井钻井工艺存在如下技术缺陷：(1)地层倾角大，钻进时容易发生钻孔偏斜；(2)传统反井钻井工艺不能适用于存在局部破碎、溶洞或其它钻井浆液漏失风险的情况。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于地层倾角大、存在局部破碎、溶洞或其它钻井浆液漏失风险地层的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，包括如下步骤：
(a)进行地质调查，确定地层倾角大小及地层发生漏失可能性；
(b)安装定向钻机，钻进定向孔，通过钻杆柱注浆；
(c)安装反井钻机；
(d)导孔钻进；
(e)扩孔钻进；
(f)井壁支护。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在地层可能会发生漏失时，在步骤(a)中首先确定地层漏失位置；在施工之前，对地质、设计部门提供的地质资料进行调查，在井筒附近打工程检查孔，并详细收集临近开凿井筒的地质和水文情况，并进行对照核实及分析研究，以便调查清楚地层的工程地质和水文地质情况；开挖反井钻机基础和定向钻井基础，浇筑混凝土基础；安装定向钻机，钻进直径120mm定向孔；钻孔开孔后，监测钻孔的返水返渣情况，发现返水量减小60％以上或不返水时，再提出钻杆，在已完成导孔位置下放井下钻孔电视，确定并标记导孔漏失位置。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在步骤(b)中：当遇到地层洗井液漏失、地层破碎或溶洞时，继续钻进，直至钻进到破碎地层下部稳定位置；然后上提钻具到需封漏失层上部2.5-3.5米，下放止浆塞到复杂地层上部固定；将水泥浆液从钻杆柱内注入，注浆浆液注入前：先向钻杆柱内放入20cm厚的可分解纸张，再注入比重小于1.03、粘度为25～34s且pH为10～12的PHP液体，PHP液体由水、膨润土、聚丙烯酰胺、碳酸钠和氢氧化钠组成，先将水、聚丙烯酰胺与膨润土搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入碳酸钠和氢氧化钠，最后再注入水泥浆液；然后合上钻机钻进，同时启动水泵往孔内送清水，使钻杆柱内的水泥浆液直接进入漏失孔内，按照钻孔深度2.5倍静水压力，作为注浆终压。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在步骤(b)中：地层倾角大于等于45度时，钻进通过风化带后，采用孔口止浆方式，进行注浆，注浆压力1.5倍钻孔深度水压，注浆材料采用水泥浆加聚氨酯复合注浆材料，可以利用聚氨酯的可发泡凝固速度快的优良性能和水泥浆的成本低廉等优点。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，注浆后继续扫孔钻进，遇到地层变化时，重复上述操作，直到钻孔和下部巷道贯通；提出钻具，更换钻头，再由上向下扩大钻孔，根据定向钻机能力，加大钻头直径，使钻头直径不小于216mm。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在步骤(c)和步骤(d)中：钻孔扩大完成后，拆除定向钻机，安装ZFY5.0/600型反井钻机，反井钻机导孔直径为280mm，继续扩大导孔，直至和下部巷道贯通。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在步骤(e)中：拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔钻进；孔口钻头露出地面后，拆掉反井钻机，提出扩孔钻头，反井钻井成井。
上述单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在步骤(e)中：利用井架和提绞设备，井筒内设置吊盘，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁；对于稳定地层，利用进行锚杆喷浆支护，完成井筒全部作业。
本发明的有益效果是：本发明的技术方案特别适用于如下情况：地层倾角大，容易发生钻孔偏斜；通过钻杆柱注浆，加固了漏失地层，封堵漏失位置，造用于存在局部破碎、溶洞或其它钻井浆液漏失风险的地层，可用于高渗地层堵漏施工；整个井孔总体岩石相对稳定，没有超过20m2/h涌水危险。
附图说明
图1为本发明单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺的216mm单孔注浆施工示意图；
图2为本发明单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺的350mm导孔钻进施工示意图；
图3为本发明单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺的5.0mm扩孔施工示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施例一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，在晋城赵庄西范反井工程中进行试验，包括如下步骤：
(a)首先确定地层漏失位置；在施工之前，对地质、设计部门提供的地质资料进行调查，在井筒附近打工程检查孔，并详细收集临近开凿井筒的工程地质和水文地质情况，并进行对照核实及分析研究，以便调查清楚表土的地质水文情况；开挖反井钻机基础和定向钻井基础，浇筑混凝土基础；安装定向钻机，钻进直径120mm定向孔；钻孔开孔后，监测钻孔的返水返渣情况，发现返水量减小60％以上或不返水时，再提出钻杆，在已完成导孔位置下放井下钻孔电视，确定并标记导孔漏失位置。
(b)安装定向钻机，钻进定向孔，通过钻杆柱注浆。
地层倾角大时，钻进通过风化带后，采用孔口止浆方式，进行注浆，注浆压力1.5倍钻孔深度水压，注浆材料采用水泥浆加聚氨酯的复合注浆材料，可以利用聚氨酯的可发泡凝固速度快的优良性能和水泥浆的成本低廉等优点。
注浆后继续扫孔钻进，当遇到地层洗井液漏失、地层破碎或溶洞时，继续钻进，直至钻进到破碎地层下部稳定位置；然后上提钻具到需封漏失层上部3米，下放止浆塞到复杂地层上部固定；将水泥浆液从钻杆柱内注入，注浆浆液注入前：先向钻杆柱内放入20cm厚的可分解纸张(如卫生纸)，再注入比重小于1.03、粘度为25～34s且pH为10～12的PHP液体，PHP液体由水、膨润土、聚丙烯酰胺、碳酸钠和氢氧化钠组成【注：本领域技术人员可以根据PHP液体的比重、粘度和pH就能够得出水、膨润土、聚丙烯酰胺、碳酸钠和氢氧化钠之间的配比，无需付出任何创造性劳动；粘度是用漏斗粘度计测定，此为现有技术】，先将水、聚丙烯酰胺与膨润土搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入碳酸钠和氢氧化钠，最后再注入水泥浆液；然后合上钻机钻进，同时启动水泵往孔内送清水，使钻杆柱内的水泥浆液直接进入漏失孔内，按照钻孔深度2.5倍静水压力，作为注浆终压。这种灌注特点可以随意调节水灰比例的大小、并能向水泥浆液内加入惰性材料；直接将稠泥浆送到所要封堵孔段，凝固时间短，封孔成功率达100％。
继续扫孔钻进，遇到地层变化时，重复上述操作，直到钻孔和下部巷道贯通；提出钻具，更换钻头，再由上向下扩大钻孔，根据定向钻机能力，加大钻头直径，使钻头直径不小于216mm。
(c)安装反井钻机：钻孔扩大完成后，拆除定向钻机，安装ZFY5.0/600型反井钻机，反井钻机导孔直径为280mm。
(d)导孔钻进：继续扩大导孔，直至和下部巷道贯通。
(e)扩孔钻进：拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔钻进；孔口钻头露出地面后，拆掉反井钻机，提出扩孔钻头，反井钻井成井。
(f)井壁支护：利用井架和提绞设备，井筒内设置吊盘，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁；对于稳定地层，利用进行锚杆喷浆支护，完成井筒全部作业。
在晋城赵庄西范反井工程试验中：钻井深度为539米，钻井直径为1.8米；在经过局部破碎、溶洞等高渗地层及存在钻井浆液漏失风险时，堵漏成功率达100％，成井之后的偏斜率仅为0.196％。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(a)进行地质调查，确定地层倾角大小及地层发生漏失可能性；
(b)安装定向钻机，钻进定向孔，通过钻杆柱注浆；
(c)安装反井钻机；
(d)导孔钻进；
(e)扩孔钻进；
(f)井壁支护。
2.根据权利要求1所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在地层可能会发生漏失时，在步骤(a)中首先确定地层漏失位置；在施工之前，对地质、设计部门提供的地质资料进行调查，在井筒附近打工程检查孔，并详细收集临近开凿井筒的地质和水文情况，并进行对照核实及分析研究，以便调查清楚地层的工程地质和水文地质情况；开挖反井钻机基础和定向钻井基础，浇筑混凝土基础；安装定向钻机，钻进直径120mm定向孔；钻孔开孔后，监测钻孔的返水返渣情况，发现返水量减小60％以上或不返水时，再提出钻杆，在已完成导孔位置下放井下钻孔电视，，确定并标记导孔漏失位置。
3.根据权利要求1所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(b)中：当遇到地层洗井液漏失、地层破碎或溶洞时，继续钻进，直至钻进到破碎地层下部稳定位置；然后上提钻具到需封漏失层上部2.5-3.5米，下放止浆塞到复杂地层上部固定；将水泥浆液从钻杆柱内注入，注浆浆液注入前：先向钻杆柱内放入20cm厚的可分解纸张，再注入比重小于1.03、粘度为25～34s且pH为10～12的PHP液体，PHP液体由水、膨润土、聚丙烯酰胺、碳酸钠和氢氧化钠组成，先将水、聚丙烯酰胺与膨润土搅拌成泥浆，然后在泥浆中加入碳酸钠和氢氧化钠，最后再注入水泥浆液；然后合上钻机钻进，同时启动水泵往孔内送清水，使钻杆柱内的水泥浆液直接进入漏失孔内，按照钻孔深度2.5倍静水压力，作为注浆终压。
4.根据权利要求1所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(b)中：地层倾角大于等于45度时，钻进通过风化带后，采用孔口止浆方式，进行注浆，注浆压力1.5倍钻孔深度水压，注浆材料采用水泥浆加聚氨酯的复合注浆材料。
5.根据权利要求3或4所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，注浆后继续扫孔钻进，遇到地层变化时，重复上述操作，直到钻孔和下部巷道贯通；提出钻具，更换钻头，再由上向下扩大钻孔，根据定向钻机能力，加大钻头直径，使钻头直径不小于216mm。
6.根据权利要求5所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(c)和步骤(d)中：钻孔扩大完成后，拆除定向钻机，安装ZFY5.0/600型反井钻机，反井钻机导孔直径为280mm，继续扩大导孔，直至和下部巷道贯通。
7.根据权利要求6所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(e)中：拆掉导孔钻头，连接扩孔钻头，由下向上扩孔钻进；孔口钻头露出地面后，拆掉反井钻机，提出扩孔钻头，反井钻井成井。
8.根据权利要求7所述的单孔定向钻进局部注浆反井钻井工艺，其特征在于，在步骤(e)中：利用井架和提绞设备，井筒内设置吊盘，通过配备一套单钩提升系统担负下放材料和人员功能，用整体式金属模板砌壁，无缝钢管下放混凝土，浇筑井壁；对于稳定地层，利用进行锚杆喷浆支护，完成井筒全部作业。
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