徐栓祥 孫廣京

（山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東省巨野縣，274918）

龍固井田巨厚表土層超大孔徑深孔制冷孔施工技術(shù)研究

徐栓祥 孫廣京

（山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東省巨野縣，274918）

為解決龍固井田制冷鉆孔穿過567 m巨厚表土層、?650 mm超大孔徑、840 m大垂深、靶域半徑≤1 m的垂直度、管壁厚（重量達(dá)180 t）的施工技術(shù)難題，采取在先導(dǎo)孔施工中增加一級(jí)?450 mm擴(kuò)孔、加密到每30～50 m測斜一次的科學(xué)施工技術(shù)措施，研究了泥漿配制比例，使泥漿粘度達(dá)到27S、密度1.16 g/cm3的最佳配比，達(dá)到鉆孔終孔最大偏距在0.645～0.993 m的較高垂直度，套管安全順利下放到位，注漿固管合格的要求，解決了巨厚表土層超大孔徑鉆孔施工的技術(shù)難題。

巨厚表土層 超大孔徑 高垂直度 制冷鉆孔

1 龍固礦井地溫概況

龍固礦井恒溫點(diǎn)的深度50 m、溫度18.9℃；煤系地層平均地溫梯度3.23℃/100 m。主采3＃煤層全部處于一級(jí)或二級(jí)高溫區(qū)，且大部分為二級(jí)高溫區(qū)；同時(shí)井下涌水較大，水溫46～51℃，造成采掘工作面氣溫升高，井下環(huán)境溫度比較惡劣。經(jīng)實(shí)際測定，掘進(jìn)工作面氣溫常年保持在30℃以上，最高達(dá)到39℃，曾造成工作面因高溫停工，嚴(yán)重影響了職工的身體健康和工作效率，制約了礦井的安全生產(chǎn)。為降低井下溫度，改善作業(yè)環(huán)境，除在原有地面冰冷輻射系統(tǒng)和井下WAT集中制冷降溫系統(tǒng)外，增加了二期WAT制冷降溫工程，需要在地面施工2個(gè)制冷孔。

2 制冷孔技術(shù)要求

二期降溫工程布置地面鉆孔2個(gè)，終孔深度840 m，鉆孔直徑?650 mm，全孔下?450 mm套管，注漿固管；固管達(dá)到管外的水泥分布均勻，孔口管外必須返漿；固管后，要求試驗(yàn)壓力值不小于8.5 MPa，持續(xù)時(shí)間不下于30 min；鉆孔按靶域控制，要求鉆孔落底位置靶域半徑不大于1 m。

3 穿過地層概況

鉆孔穿過的表土層厚567 m，進(jìn)入基巖273 m：穿過的第四系表土層厚約140 m左右，主要巖性為細(xì)砂、粉砂、砂質(zhì)粘土及粘土；新近系厚約427 m左右，主要由厚層粘土、砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)砂及砂層組成；揭露的基巖地層為石炭－二迭系地層，巖性有中－細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰?guī)r及煤層。

4 鉆探施工技術(shù)

本工程具有孔徑大、垂直度要求高、地層較復(fù)雜和管壁厚（重量大）等難點(diǎn)。

按設(shè)計(jì)要求，鉆孔分2次進(jìn)行施工，即先施工先導(dǎo)孔，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一級(jí)擴(kuò)孔，全孔下?450 mm×13～28 mm套管，并注漿固管。在實(shí)際施工中，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，一級(jí)?650 mm擴(kuò)孔時(shí)，鉆機(jī)扭矩過大，鉆桿容易受傷而出現(xiàn)斷鉆桿事故，為避免斷鉆桿事故發(fā)生，決定在?216 mm和?650 mm中間增加了一級(jí)?450 mm擴(kuò)孔。

4.1 先導(dǎo)孔的施工

先導(dǎo)孔表土段使用?216 mm鋼齒三牙輪鉆頭鉆進(jìn)至基巖（深567 m），換?216 mm鑲齒三牙輪和復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)至終孔（深841 m）。

在先導(dǎo)孔鉆進(jìn)過程中，為防止鉆孔偏斜超限，使用足量的鉆鋌并采取合理的鉆進(jìn)參數(shù)。對于不同的地層采取不同的泵量和壓力，且每30～50 m測斜一次，發(fā)現(xiàn)孔斜有超限趨勢時(shí)，及時(shí)使用螺桿鉆進(jìn)行糾偏，并增加測斜次數(shù)，使鉆孔在較少糾偏的情況下達(dá)到較高的垂直度。

K1號(hào)孔全孔進(jìn)行了2次糾偏，在孔深470 m處和孔深500 m處，其最大偏距0.993 m（孔深836 m）。K2號(hào)孔全孔共進(jìn)行了5次糾偏，分別在孔深540 m、570 m、600 m、700 m、735 m處；其最大偏距0.645 m（孔深740 m）。兩鉆孔偏距均滿足設(shè)計(jì)靶域≤1 m的要求。

鉆進(jìn)過程中，為防止孔壁坍塌及鉆孔縮徑，使用優(yōu)質(zhì)的化學(xué)泥漿，且隨時(shí)進(jìn)行性能測試，發(fā)現(xiàn)泥漿性能變差，及時(shí)排出，更換新泥漿。使用振動(dòng)篩除巖粉，不但減少巖粉的重復(fù)循環(huán)，而且減少泥漿泵的磨損。先導(dǎo)孔施工使用的泥漿粘度一般為18S，密度1.08 g/cm3，p H值為8～9。

4.2 擴(kuò)孔施工

K1號(hào)孔使用?650 mm鋼齒（或鑲齒）牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔深642 m，以下孔段分兩級(jí)擴(kuò)孔，先用使用?450 mm鑲齒牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔深841 m，再換用?650 mm鑲齒牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔深841 m。

K2號(hào)孔使用?650 mm鋼齒牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔340 m，以下孔段分兩級(jí)擴(kuò)孔，先用使用?450 mm鋼齒（或鑲齒）牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔深841 m，再換用?650 mm鋼齒（或鑲齒）牙輪組合鉆頭擴(kuò)至孔深841 m。

為保證擴(kuò)孔時(shí)不出新孔，鉆頭下接0.8 m的導(dǎo)向（?216 mm鋼齒鉆頭或?450 mm鑲齒牙輪組合鉆頭）。在擴(kuò)孔過程中，為防止巖粉沉淀而堵塞先導(dǎo)孔，每擴(kuò)50 m左右提鉆一次，換用?216 mm鉆頭將先導(dǎo)孔順孔一次。

擴(kuò)孔過程中，為防止孔壁坍塌及鉆孔縮徑，在泥漿中添加了護(hù)壁劑。由于擴(kuò)孔后孔徑較大，泥漿上返速度較慢。為保證大顆粒巖粉能及時(shí)攜帶至地面，泥漿盡可能稠，以防巖粉回落造成埋鉆事故。擴(kuò)孔時(shí)使用的泥漿，其粘度一般為28S，密度1.20 g/cm3，p H值為9～10。707～727 m及其以下層段由于使用的稠泥漿稠，且先導(dǎo)孔施工時(shí)已堵漏，而未出現(xiàn)明顯的泥漿消耗現(xiàn)象。

4.3 套管下放

為保證套管能一次安全順利下放到底，在套管下放之前做了大量的準(zhǔn)備工作。

K1號(hào)孔擴(kuò)孔結(jié)束后停放2 d時(shí)間。在這期間，使用臥式螺旋卸料沉碎離心機(jī)把孔內(nèi)泥漿中未完全水化的顆粒及巖粉全部分離清除，在此過程中不斷加入泥漿添加劑調(diào)整泥漿參數(shù)，使泥漿粘度達(dá)26S，密度1.15 g/cm3，p H值為9～10，失水量8.8 m L/min；然后取35 m長的套管試孔至孔底，提上后，再等待6 d進(jìn)行第二次試孔，以確保長時(shí)間下管不出現(xiàn)一點(diǎn)意外。試孔結(jié)束后，再次使用?650 mm鋼齒牙輪組合鉆頭順至孔底，并沖孔12 h，提鉆正式下套管。

K2號(hào)孔根據(jù)K1號(hào)孔摸索的相關(guān)參數(shù)，在擴(kuò)孔結(jié)束前使用臥式螺旋卸料沉碎離心機(jī)調(diào)整好泥漿，使泥漿粘度達(dá)27S，密度1.16g/cm3，p H值為9～10，失水量17.9 ml/min。擴(kuò)孔結(jié)束后，未進(jìn)行鉆孔停放測試，采用35 m長的套管試孔后，開始了套管的正式下放。

套管規(guī)格為?450 mm×13～28 mm，總重量達(dá)180余t。每根套管上頭分四面均勻焊接了四塊厚10 mm肋骨，一是阻檔套管卡子下滑，二是保證注漿時(shí)灰漿在套管四周分布均勻。為保證下套管安全，特地加固了鉆塔和天梁，更換了粗鋼絲繩，并在套管底部焊接浮力器，使用千斤頂，以減輕鉆塔的承載力。套管兩端均打45°坡口，由3人對焊，每個(gè)焊縫焊4～7遍，將焊縫填滿焊平。最下部的一根套管底部焊接成錐形，自套管底部向上每0.5 m割1組出漿孔，每組4個(gè)，共割3組；頂部焊接浮力器。K1號(hào)孔下放深度840.81 m，K2號(hào)孔下放深度840.96 m，套管下放質(zhì)量合格。

4.4 注漿固管

下完套管后，下鉆桿對上浮力器絲扣，循環(huán)泥漿。在注漿之前，先壓入33 m3清水，以避免水泥漿和泥漿混合，影響注漿質(zhì)量。水泥漿采用42.5R型普通硅酸鹽水泥，其水灰比為0.7∶1，每孔注入量140 m3，每孔用水泥140 t，直至孔口返漿。

兩孔對套管均做了壓力滲漏實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)壓力8.5 MPa，30 min壓力不降低，說明套管焊接質(zhì)量可靠，無漏水現(xiàn)象存在。水泥凝固后，下鉆空取出浮力器，將孔底水泥及巖粉沖撈干凈。經(jīng)試探，K1號(hào)孔套管內(nèi)沉淀物高度0.43 m，K2號(hào)孔套管內(nèi)沉淀物高度0.45 m。

工程竣工后套管內(nèi)全是清水，套管底部靜水壓力達(dá)8.4 MPa。為保證后續(xù)施工安全，使用吊桶將套管內(nèi)的清水提出。

5 鉆孔質(zhì)量評(píng)述

（1）鉆孔垂直度。鉆孔施工過程中每30～50 m測斜一次，測出其頂角、方位，計(jì)算出偏距。終孔后經(jīng)孔斜測量，K1號(hào)孔最大偏距0.993 m；K2號(hào)孔最大偏距0.645 m，最大偏距均小于1 m，滿足了設(shè)計(jì)的垂直度要求。

（2）套管下放深度。在鉆進(jìn)過程中，每100 m、基巖界面、終孔各丈量鉆具一次，誤差無論大小，均進(jìn)行了校正，從而保證了鉆孔終孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下套管時(shí)，每根套管均進(jìn)行了丈量，計(jì)算出套管下放的實(shí)際深度。兩孔套管下放深度均達(dá)到了840 m，滿足設(shè)計(jì)的下放深度要求。

（3）套管焊接質(zhì)量。所下套管經(jīng)壓力滲漏實(shí)驗(yàn)檢查無滲漏，焊接質(zhì)量可靠。

（4）注漿質(zhì)量。固管管外水泥分布均勻，注漿時(shí)孔口返漿，注漿質(zhì)量可靠。

（5）泥漿消耗量的觀測。鉆進(jìn)過程中，對于泥漿明顯消耗的層位增加了簡易水文的觀測，及時(shí)了解該層段泥漿消耗情況，指導(dǎo)下一步工作時(shí)應(yīng)采取措施，避免孔內(nèi)事故的發(fā)生。

6 結(jié)論

經(jīng)井下揭露，兩個(gè)鉆孔偏距均小于1 m，滿足了設(shè)計(jì)的垂直度要求；固管質(zhì)量很好。目前正在安裝德國WAT集中制冷降溫系統(tǒng)，設(shè)計(jì)6臺(tái)制冷器，制冷量可達(dá)19800 k W，極大緩解了制約礦井的井下高溫?zé)岷栴}。

Study on construction technology of drilling super－large aperture deep cooling hole in super－thick topsoil in Longgu mine field

Xu Shuanxiang，Sun Guangjing
（Shandong Xinjulong Energy Co.，Ltd.，Juye，Shandong 274918，China）

In order to solve the construction technical problems of drilling for refrigeration through 567m thick topsoil，super－large aperture ofФ650mm，large vertical depth of 840 m，the radius of target domain being not more than 1m and thick tube wall（weighs up to 180t）in Longgu mine field，some scientific construction technical measures are adopted that increasing a Φ450mm reaming in the construction of the pilot hole，densifying the inclination measurementonce every 30～50m；the slurry mixing ratio is researched to get the best ratio with viscosity of 27Sand density of 1.16g/cm3.And then the maximum offset of the well completion reaches higher verticality within 0.645～0.993m；casing is run into position safely and smoothly；grouting to consolidate the casing meets the requirement，which resolve the technical problems of super－large aperture drilling construction in super－thick topsoil.

super－thick topsoil，super－large aperture，high verticality，drilling for refrigeration

TD727

A

徐栓祥（1971－），山東寧陽人，1991年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院，地質(zhì)工程師。

（責(zé)任編輯 張艷華）