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摘要：许多地面瓦斯排放钻孔直径太大、深度太深，导致煤矿瓦斯排放井钻探难度较大。本文主要从钻孔的垂直度、导向孔施工、分级扩孔、浮力塞设计、套管的稳定性、固井等方面，对大口径瓦斯排放钻孔施工技术进行系统的分析，从而达到在大口径瓦斯排放井的基础上完成钻探的施工任务。
关键词：煤矿大口径瓦斯排放井;导向孔;套管
近年来，地面钻井瓦斯排放技术在煤矿行业中近年得到了广泛的应用。地面大口径瓦斯排放井的钻探工作，需要将矿井中的瓦斯进行预抽，然后将其排放进地面上的相应通道。目前，这种方法主要是用于现代化的煤矿，这不仅可以有效防止发生瓦斯爆炸等事故，也使地下能源可以得到有效地利用。由此可见，瓦斯井的钻探是一项非常复杂的工作，其对于技术人员的要求较高，这份工作需要极多的细心与耐心，一点小小的错误也可能会导致钻井报废，造成财产的损失，严重的话甚至会对人身安全造成严重影响。
一、钻孔钻探施工
因为地面瓦斯排放钻井的孔径大、深度深，且瓦斯抽采管壁厚也比以往施工的大口径钻井大。为保证钻井终孔时顺利把套管下入孔内，首先要确保钻井的垂直度适合，才能使得大口径瓦斯排放井成功成井。在这个施工过程中，可以选择先施工小口径导向孔，然后采取分级扩孔措施，保证钻孔的垂直度。
1.导向孔施工
确定导向孔的施工质量是否符合行业标准，是保障瓦斯抽放钻孔工作是否可以成功的主要因素，它可以反映出钻孔轨迹和指定的目标靶点位置。小口径导向孔在施工过程中，主要考虑几个方面：
（1）钻头选择，导向孔施工，钻头直径选择不宜过大，也不宜太小。钻头直径过大，没有合适的钻具组合，则不容易控制井斜;钻头直径过小，在分级扩孔过程中，常常出现牙轮掌掉落等各类孔内落物情况，则需要耗费大量的时间进行打捞处理。如果导向孔钻头直径选择合适，可以将落入孔内的物品透孔送至井底，不需要再费时费力的进行处理。
（2）钻具组合选择，选择导向孔钻头直径相匹配的扶正器及钻铤组合，能保证钻井井斜得以有效控制，也可以提高钻探时效。
（3）钻压控制，在施工时都遵循“钻井工具保持笔直，满眼钻探”的要求。钻井钻探的过程中，钻井压力必须得到合理控制，通常使用轻压悬挂的方式对孔斜进行控制，保持钻压稳定，尤其遇到地层软硬变化时，容易造成井斜，合理控制钻压更显重要。
（4）测斜工作，钻井导向孔每钻进100m左右时，使用高精度测斜仪测斜一次，每隔10米设置一个监测点，如果发现孔斜过偏，需要对其进行及时纠正。
2.分级扩孔
先对小孔径进行施工，完成后方可进行大口径的施工，一般使用分级扩孔的方式。分级扩孔首先要合理进行分级管理，一方面如果孔径太小的话会造成回转抖动的问题、产生跳钻的现象;如果孔径过大的话进尺将会非常的困难;另一方面要根据钻机生产能力确定分级孔径。其次要选择合适的钻头的型号，面对不同的矿质要选择不同的钻头，冲击层使用刮刀扩孔钻进，钻头不宜形成泥包且扩孔速度快，基岩层使用牙轮组合钻头或者PDC组合扩孔钻头，同时要保证钻头的长度、强度、稳定性。在分级扩孔时，尤其第一级分级扩孔过程中，一些大的岩屑或大块岩石容易掉入导向孔内，导向孔堵实后，扩孔效率非常底，这时就需要下钻透通导向孔。
3.钻进施工中的注意事项
大口径钻井钻进时，扭矩较大，对钻具的要求较高，施工中要加强钻具检查，弯曲磨薄的钻具严禁下入井内，特别是在起钻时，认真检查钻杆是否跑水;钻压保持稳定，以免折断钻具，钻具脱扣和折断时应及早发现，并采取合理的方法处理;钻井液采用经振动筛过滤的优质泥浆，保证孔底沉砂不大于0.3m。
二、套管稳定性
煤矿大口径瓦斯排放井终孔下入的瓦斯抽采管路，直径较大，重量往往在200吨左右，甚至更重，其质量远远超出了钻机提升能力及井架所承受的限度，此时，要考虑使用浮力法进行下管工作。在浮力法的使用中，要防止形成空管过多现象。如若产生过多空管，则会导致套管外部的泥浆横向挤压力超过套管自身抗压极限，使得套管横向失稳变形，此时套管将无法继续下入井内或者从井内提出，整个钻孔在即将结束时出现这种情况，将造成重大且不可逆转的恶劣影响。因此，在下管工作前，先要要对套管进行受力分析，防止套管发生形变，影响使用，保证套管的稳定性，确保下管工作的成功。
三、成井
1.下管
大口径瓦斯排放井瓦斯管路下管是整个成井工作中的关键步骤，不容有失，在下管过程中需要注意以下事项：
（1）大口径瓦斯排放井管路下放周期较长，有时甚至近十天，这就需要在下套管前先将泥浆性能调整至良好状态，确保套管焊接连接时不被孔壁粘附。
（2）套管對接时需使用扶正工具，将套管校正垂直后，方可进行焊接。
（3）套管焊接时要求焊缝饱满牢固，达到管路焊接标准，不得有砂眼，防止固井质量不合格时井内滴漏水。
（4）套管下放至设备载荷小于或等于最大大钩载荷的80%、保证留存20%的安全升力，以防止在目前特殊的情况下可在设备能力范用内进行处理作业，此时加焊浮力塞，保证下管提升拉力不再增加，减少设备载荷。根据理论计算及孔内阻力情况，及时向管内补充泥浆，防止空管过多，套管横向失稳。
2.固井
套管下管结束后，需要使用水泥浆将套管及钻井的环状间隙充填，确保井下揭露钻井时不得滴水漏水。固井的具体步骤如下：
（1）下完瓦斯排放井管路后，下入钻杆到设计深度后，焊接好井口闷盖。然后使用泥浆泵进行大排量循环洗井作业，洗井时间至少两个循环周，确保井内没有沉砂，并调整钻井液性能达到固井要求后方可进行固井施工。
（2）固井施工前召集和固井相关人员召开固井交底会，就固井相关事宜以及人员分工做好明确的安排，以防施工过程中出现混乱，影响正常施工。 （3）所有固井车辆准备就位后连接固井设备及管线，并对注水泥浆管线及闸门试压15MPa，稳压3min，不刺不漏后泄压。
（4）两台单机单泵同时注入隔离液清水共40m?，排量为2.0m?/min。
（5）两台单机单泵同时注入水泥浆，其中前面为低密度水泥浆，密度控制在1.60-1.65 g/cm?，后面为高密度水泥浆，密度控制在1.75-1.80g/cm?。发现井口返出水泥浆后，停止注水泥作业，开始替浆。
（6）替浆：单车大排量将钻杆内水泥浆替出，再将套管内多余的水泥浆替出，然后关闭井口的高压闸门，替浆量必须用水柜准确计量。
（7）关井侯凝。
（8）放压时间根据水泥浆凝固时间而定，放压之前不得打开井口闸门。放压作业从套管闸门打开观察，鉆井、固井人员到场一同作业。
四、大口径瓦斯排放井的技术难点
大口径瓦斯排放井一般要求大直径、垂直度高、目标控制严格。如果偏离目标，将造成重大安全事故和不可估量的经济损失。
1.需要保证钻孔垂直高度
为保证大直径、深孔径、成孔垂直度高，大直径钻井采用施工中设备安装、控制钻进压力、大泵量钻进、优化钻具组合、跟踪测斜等措施确保钻孔的垂直度。
2.钻井工艺的选择
为了考虑成井成本，一般施工单位在承接到大口径瓦斯排放井任务时，通常选择TSJ3000、2600、2000等类型的水源钻机和泥浆泵组来代替石油设备。近年来，由于瓦斯排放井井径设计的难度增加，泥浆泵排量不足，钻头研磨或切削的岩石需要不断的重复破碎成小颗粒，才能通过泥浆携带出钻井，导致钻井工作效率低，因此需要综合考虑设备选型、泥浆配制、钻具组合、钻进参数、钻探方法，优化钻井工艺。
3.泥浆液的选择
泥浆的质量与性能是大口径成孔孔内安全及效率的关键，根据相应地区地质情况选用双聚低固相泥浆，这种泥浆配制简单、流变性好、泥皮薄而坚韧，携砂能力强，可防止地层垮塌等特点。
4.井身结构和分级扩孔
在完成小口径导向钻孔施工后，进行大口径分级扩孔。
（1）分级原则。一般导向孔施工完成后，大口径排放孔将把导向孔逐级扩大至设计井径，分级扩孔要根据设备生产能力及扩孔效率确定分级级数。
（2）扩孔钻头类型。冲积层采用刮刀式扩孔钻头，基岩段扩孔常采用牙轮组合扩孔钻头或者PDC组合扩孔钻头，根据地层硬度选择合适的钻头。
结束语
在煤矿地面进行大口径瓦斯排放井施工时，应结合实际情况首先进行小口径导向孔钻进，严格控制钻井的垂直度，为钻井的下一步施工打好基础工作。然后通过分级扩孔的方式，优化扩孔孔径，实现钻孔钻进工作的顺利进行，最终确保套管的成功下入，再通过固井，完成整个钻井的工艺施工。
参考文献
[1]王继良. 金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术[J].现代工业经济和信息化，2015，06 ： 28 -30 +35.
[2]熊杰，来甲，高卫乾。金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2015，07 ：27-29+33.
[3]任立鹏. 浅谈钻探技术在煤矿井下防治水的应用[J]. 化工中间体， 2019.
[4]赵玉启. 超化煤矿地面大口径排放钻孔施工技术[J]. 江西煤炭科技， 2019， 161（01）：14-16。
[5]贺闪闪.矿井瓦斯大口径抽采井施工技术研究[J]. 煤炭与化工，2018， 41（03）：143-145+148。
[6]段立强. 煤矿大口径高保直瓦斯排放孔施工工艺[J]. 科学时代，2015， 000（009）：134-134，135。
[7]王彬成. 煤矿瓦斯地质钻探工艺及实施要点分析[J]. 当代化工研究，2018。
[8]Zhao Yuqi。 超化煤矿地面大口径排放钻孔施工技术[J]. 江西煤炭科技，2019， 000（001）：8-10。
[9]姜振华. 煤矿大口径瓦斯井建井技术研究[J]. 华东科技：学术版， 2013（9）：366-366。
关键词：煤矿大口径瓦斯排放井;导向孔;套管
近年来，地面钻井瓦斯排放技术在煤矿行业中近年得到了广泛的应用。地面大口径瓦斯排放井的钻探工作，需要将矿井中的瓦斯进行预抽，然后将其排放进地面上的相应通道。目前，这种方法主要是用于现代化的煤矿，这不仅可以有效防止发生瓦斯爆炸等事故，也使地下能源可以得到有效地利用。由此可见，瓦斯井的钻探是一项非常复杂的工作，其对于技术人员的要求较高，这份工作需要极多的细心与耐心，一点小小的错误也可能会导致钻井报废，造成财产的损失，严重的话甚至会对人身安全造成严重影响。
一、钻孔钻探施工
因为地面瓦斯排放钻井的孔径大、深度深，且瓦斯抽采管壁厚也比以往施工的大口径钻井大。为保证钻井终孔时顺利把套管下入孔内，首先要确保钻井的垂直度适合，才能使得大口径瓦斯排放井成功成井。在这个施工过程中，可以选择先施工小口径导向孔，然后采取分级扩孔措施，保证钻孔的垂直度。
1.导向孔施工
确定导向孔的施工质量是否符合行业标准，是保障瓦斯抽放钻孔工作是否可以成功的主要因素，它可以反映出钻孔轨迹和指定的目标靶点位置。小口径导向孔在施工过程中，主要考虑几个方面：
（1）钻头选择，导向孔施工，钻头直径选择不宜过大，也不宜太小。钻头直径过大，没有合适的钻具组合，则不容易控制井斜;钻头直径过小，在分级扩孔过程中，常常出现牙轮掌掉落等各类孔内落物情况，则需要耗费大量的时间进行打捞处理。如果导向孔钻头直径选择合适，可以将落入孔内的物品透孔送至井底，不需要再费时费力的进行处理。
（2）钻具组合选择，选择导向孔钻头直径相匹配的扶正器及钻铤组合，能保证钻井井斜得以有效控制，也可以提高钻探时效。
（3）钻压控制，在施工时都遵循“钻井工具保持笔直，满眼钻探”的要求。钻井钻探的过程中，钻井压力必须得到合理控制，通常使用轻压悬挂的方式对孔斜进行控制，保持钻压稳定，尤其遇到地层软硬变化时，容易造成井斜，合理控制钻压更显重要。
（4）测斜工作，钻井导向孔每钻进100m左右时，使用高精度测斜仪测斜一次，每隔10米设置一个监测点，如果发现孔斜过偏，需要对其进行及时纠正。
2.分级扩孔
先对小孔径进行施工，完成后方可进行大口径的施工，一般使用分级扩孔的方式。分级扩孔首先要合理进行分级管理，一方面如果孔径太小的话会造成回转抖动的问题、产生跳钻的现象;如果孔径过大的话进尺将会非常的困难;另一方面要根据钻机生产能力确定分级孔径。其次要选择合适的钻头的型号，面对不同的矿质要选择不同的钻头，冲击层使用刮刀扩孔钻进，钻头不宜形成泥包且扩孔速度快，基岩层使用牙轮组合钻头或者PDC组合扩孔钻头，同时要保证钻头的长度、强度、稳定性。在分级扩孔时，尤其第一级分级扩孔过程中，一些大的岩屑或大块岩石容易掉入导向孔内，导向孔堵实后，扩孔效率非常底，这时就需要下钻透通导向孔。
3.钻进施工中的注意事项
大口径钻井钻进时，扭矩较大，对钻具的要求较高，施工中要加强钻具检查，弯曲磨薄的钻具严禁下入井内，特别是在起钻时，认真检查钻杆是否跑水;钻压保持稳定，以免折断钻具，钻具脱扣和折断时应及早发现，并采取合理的方法处理;钻井液采用经振动筛过滤的优质泥浆，保证孔底沉砂不大于0.3m。
二、套管稳定性
煤矿大口径瓦斯排放井终孔下入的瓦斯抽采管路，直径较大，重量往往在200吨左右，甚至更重，其质量远远超出了钻机提升能力及井架所承受的限度，此时，要考虑使用浮力法进行下管工作。在浮力法的使用中，要防止形成空管过多现象。如若产生过多空管，则会导致套管外部的泥浆横向挤压力超过套管自身抗压极限，使得套管横向失稳变形，此时套管将无法继续下入井内或者从井内提出，整个钻孔在即将结束时出现这种情况，将造成重大且不可逆转的恶劣影响。因此，在下管工作前，先要要对套管进行受力分析，防止套管发生形变，影响使用，保证套管的稳定性，确保下管工作的成功。
三、成井
1.下管
大口径瓦斯排放井瓦斯管路下管是整个成井工作中的关键步骤，不容有失，在下管过程中需要注意以下事项：
（1）大口径瓦斯排放井管路下放周期较长，有时甚至近十天，这就需要在下套管前先将泥浆性能调整至良好状态，确保套管焊接连接时不被孔壁粘附。
（2）套管對接时需使用扶正工具，将套管校正垂直后，方可进行焊接。
（3）套管焊接时要求焊缝饱满牢固，达到管路焊接标准，不得有砂眼，防止固井质量不合格时井内滴漏水。
（4）套管下放至设备载荷小于或等于最大大钩载荷的80%、保证留存20%的安全升力，以防止在目前特殊的情况下可在设备能力范用内进行处理作业，此时加焊浮力塞，保证下管提升拉力不再增加，减少设备载荷。根据理论计算及孔内阻力情况，及时向管内补充泥浆，防止空管过多，套管横向失稳。
2.固井
套管下管结束后，需要使用水泥浆将套管及钻井的环状间隙充填，确保井下揭露钻井时不得滴水漏水。固井的具体步骤如下：
（1）下完瓦斯排放井管路后，下入钻杆到设计深度后，焊接好井口闷盖。然后使用泥浆泵进行大排量循环洗井作业，洗井时间至少两个循环周，确保井内没有沉砂，并调整钻井液性能达到固井要求后方可进行固井施工。
（2）固井施工前召集和固井相关人员召开固井交底会，就固井相关事宜以及人员分工做好明确的安排，以防施工过程中出现混乱，影响正常施工。 （3）所有固井车辆准备就位后连接固井设备及管线，并对注水泥浆管线及闸门试压15MPa，稳压3min，不刺不漏后泄压。
（4）两台单机单泵同时注入隔离液清水共40m?，排量为2.0m?/min。
（5）两台单机单泵同时注入水泥浆，其中前面为低密度水泥浆，密度控制在1.60-1.65 g/cm?，后面为高密度水泥浆，密度控制在1.75-1.80g/cm?。发现井口返出水泥浆后，停止注水泥作业，开始替浆。
（6）替浆：单车大排量将钻杆内水泥浆替出，再将套管内多余的水泥浆替出，然后关闭井口的高压闸门，替浆量必须用水柜准确计量。
（7）关井侯凝。
（8）放压时间根据水泥浆凝固时间而定，放压之前不得打开井口闸门。放压作业从套管闸门打开观察，鉆井、固井人员到场一同作业。
四、大口径瓦斯排放井的技术难点
大口径瓦斯排放井一般要求大直径、垂直度高、目标控制严格。如果偏离目标，将造成重大安全事故和不可估量的经济损失。
1.需要保证钻孔垂直高度
为保证大直径、深孔径、成孔垂直度高，大直径钻井采用施工中设备安装、控制钻进压力、大泵量钻进、优化钻具组合、跟踪测斜等措施确保钻孔的垂直度。
2.钻井工艺的选择
为了考虑成井成本，一般施工单位在承接到大口径瓦斯排放井任务时，通常选择TSJ3000、2600、2000等类型的水源钻机和泥浆泵组来代替石油设备。近年来，由于瓦斯排放井井径设计的难度增加，泥浆泵排量不足，钻头研磨或切削的岩石需要不断的重复破碎成小颗粒，才能通过泥浆携带出钻井，导致钻井工作效率低，因此需要综合考虑设备选型、泥浆配制、钻具组合、钻进参数、钻探方法，优化钻井工艺。
3.泥浆液的选择
泥浆的质量与性能是大口径成孔孔内安全及效率的关键，根据相应地区地质情况选用双聚低固相泥浆，这种泥浆配制简单、流变性好、泥皮薄而坚韧，携砂能力强，可防止地层垮塌等特点。
4.井身结构和分级扩孔
在完成小口径导向钻孔施工后，进行大口径分级扩孔。
（1）分级原则。一般导向孔施工完成后，大口径排放孔将把导向孔逐级扩大至设计井径，分级扩孔要根据设备生产能力及扩孔效率确定分级级数。
（2）扩孔钻头类型。冲积层采用刮刀式扩孔钻头，基岩段扩孔常采用牙轮组合扩孔钻头或者PDC组合扩孔钻头，根据地层硬度选择合适的钻头。
结束语
在煤矿地面进行大口径瓦斯排放井施工时，应结合实际情况首先进行小口径导向孔钻进，严格控制钻井的垂直度，为钻井的下一步施工打好基础工作。然后通过分级扩孔的方式，优化扩孔孔径，实现钻孔钻进工作的顺利进行，最终确保套管的成功下入，再通过固井，完成整个钻井的工艺施工。
参考文献
[1]王继良. 金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术[J].现代工业经济和信息化，2015，06 ： 28 -30 +35.
[2]熊杰，来甲，高卫乾。金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2015，07 ：27-29+33.
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[5]贺闪闪.矿井瓦斯大口径抽采井施工技术研究[J]. 煤炭与化工，2018， 41（03）：143-145+148。
[6]段立强. 煤矿大口径高保直瓦斯排放孔施工工艺[J]. 科学时代，2015， 000（009）：134-134，135。
[7]王彬成. 煤矿瓦斯地质钻探工艺及实施要点分析[J]. 当代化工研究，2018。
[8]Zhao Yuqi。 超化煤矿地面大口径排放钻孔施工技术[J]. 江西煤炭科技，2019， 000（001）：8-10。
[9]姜振华. 煤矿大口径瓦斯井建井技术研究[J]. 华东科技：学术版， 2013（9）：366-366。