1、2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月阳泉矿区是中国煤与瓦斯突出频率最高、瓦斯涌出量最大、自然灾害最严重的矿区之一。特别是近年来，随着煤矿开采强度加大、采掘深度增加，瓦斯成为制约矿井安全、高效发展的关键因素。只有治理好瓦斯，才能充分释放矿井先进产能，提升煤炭安全稳定供应能力。阳泉新宇岩土工程有限责任公司积极发挥专业优势，聚焦瓦斯治理，优选施工措施，做好设备维保，科学推进水砂压裂，全力以赴抢抓工期，为七元煤矿项目安全生产筑牢基础。1工程概况华阳新材料科技集团七元煤矿井田位于太行山脉北段西侧，寿阳县朝阳镇孙家庄村马首乡钮家庄村尹灵芝镇庙思峪村阳泉市市辖区旧街乡梁家庄村一带。山西国辰建设工程勘察
2、设计有限公司承担了山西阳泉矿区七元煤矿项目地面直井大液量水砂压裂瓦斯治理技术钻井工程的设计工作。地面直井大液量水砂压裂瓦斯治理技术的应用，能够有效改善压裂影响范围内的应力集中状态，通过预抽减少煤层含气量，降低煤层突出危险性，提高采掘速度。工程根据七元煤矿提供的采掘图进行井位布置，钻井布置的主要工作面巷道有：采区大巷，首采工作面1 5 1 0 1胶带输送机顺槽、回风顺槽，相邻工作面1 5 1 0 3胶带输送机顺槽、回风顺槽，备采工作面1 5 1 0 2胶带输送机顺槽、回风顺槽，相邻工作面1 5 1 0 4胶带输送机顺槽、回风顺槽。钻井间距为2 6 0 3 0 0m，压裂范围覆盖目的巷道。共布设地
3、面钻井5 4个，钻井进尺约4 13 0 5m。防突巷道长度约1 40 0 0m1。Q Y W-3 1井位于寿阳县圪垛村，标口坐标：X（纬距）=41 9 64 8 0.1 5 3m，Y（经距）=3 84 3 33 9 8.4 5 7m，H（高度）=11 5 8.1 9 0m。设计靶深：垂深7 4 8.1 9m，斜深7 6 6.6 5m；设计井深：垂深7 8 5.1 9m，斜深8 0 4.8 9m。Q Y W-3 1井的目的煤层为太原组1 5#煤层、1 5下#煤层，完钻原则：钻穿太原组1 5下#煤层，留足3 0m 口袋完钻2。2钻井工程施工设计2.1井身结构设计Q Y W-3 1井井身结构数据如表
4、1所示。收稿日期：2022-07-06作者简介：高建军，1987年生，男，山西临县人，工程师，主要从事矿井地面煤层气钻井、大液量水砂压裂、煤层气排采工作。水砂压裂瓦斯治理技术钻井工程设计研究高建军（阳泉新宇岩土工程有限责任公司，山西 阳泉0 4 5 0 0 0）摘要：以七元煤矿Q Y W-3 1井为对象，对地面直井大液量水砂压裂瓦斯治理技术钻井工程进行设计研究。该工程的实施能够有效改善压裂影响范围内应力集中状态，通过预抽进而降低煤层含气量，降低煤层突出危险性，提高采掘速度，保障煤矿开采的安全。关键词：水砂压裂；瓦斯治理；钻井中图分类号：T D 7 1 2+.6文献标志码：A文章编号：2 0 9
5、 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 1 3 7-0 3Drilling Engineering Design of Water Sand Fracturing Gas Control TechnologyGAO Jianjun(Yangquan Xinyu Geotechnical Engineering Co.,Ltd.,Yangquan 045000,Shanxi,China)Abstract:Taking QYW-31 drilling in Qiyuan Coal Mine as the object,the drilling engineering of high f
6、luid volume water sandfracturing gas control technology for vertical surface wells was designed and studied.The implementation of this project caneffectively improve the state of stress concentration in the area affected by fracturing,reduce the coal seam gas content throughpre-pumping,reduce the ri
7、sk of coal seam outburst,improve the mining speed,and ensure the safety of coal mining.Key words:water sand fracturing;gas control;drilling（总第2 1 0期）技术研究表 1 QYW-31 井井身结构数据表项别井段深度/m钻头直径/mm套管钢级套管尺寸套管下深/m环空水泥浆返深一开井段0 60.00311.15J 55244.50 mm 8.94 mm59.50地面二开井段60.00 804.89215.90J 55139.70 mm 7.72 mm803.
8、00562.51 m（斜深）注：一开用 311.15 mm 钻头钻进，进入稳定的基岩不小于 5 m，预计井深 60 m，下入 244.50 mm 表层套管，注水泥固井，水泥浆返至地面；二开用 215.90 mm 钻头钻进，钻至15下#煤层底界以下 30 m 完钻，测井后下入 139.70 mm 生产套管固井，固井水泥返至 15#煤层顶板以上 200 m。1 3 7 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0602 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月表 3 钻具组合设计表 2 钻头及钻井参数设计Q Y W-3 1井井身结构如图1所示。图 1 QYW-31 井井身
9、结构示意图2.2主要设备型号和功率井架：型号A-2 7，功率7 5 0k W；天车：型号T C 8 0，功率8 0 0k W；游动系统：型号Y C8 0/D G8 0，功率8 0 0k W；水龙头：型号8 0T，功率8 0 0k W；钻机：型号T S J-2 6 0 0，功率8 0 0k W；转盘：4 4 5m m，功率2 1k W；柴油机1：型号1 2 V 1 3 5 Z D（增压），功率2 6 0k W；发电机：型号 4 1 3 5D，功率 5 0k W；泥浆泵：型号3 N B-3 5 0，功率3 6 7.7k W；无磁钻铤：型号1 5 9m m；电子单点：型号S Q D-Y；测斜绞车：型
10、号S J-23。2.3井身质量要求钻井施工作业按D Z/T0 2 5 0 2 0 1 0煤层气钻井作业规范执行，钻井工程质量达到N B/T1 0 0 0 3 2 0 1 4煤层气钻井工程质量验收评级规范中的优良级别。井深以转盘面至井底，校核后钻具实长为准；每钻进1 0 0m、每次进出煤层（1 0m 范围内）以及完井后应校核钻具长度4。钻井施工作业具体要求如下：a)煤层气井的地层测试和排采均要求井壁必须规整和光滑，直井段最大井斜 1，靶心距 2 0m；b)二开全角变化率直井段1.2/2 5m，造斜段5/2 5m，稳斜段3/2 5m；一开/二开井段的井径扩大率 2 0%，煤层段井径扩大率 3 5%
11、。2.4钻头及钻井参数设计钻头及钻井参数设计如表2所示。2.5钻具组合设计钻具组合设计如表3所示。项别钻头直径/mm钻头型号钻头数量/个钻压/kN转速/（r min-1）排量/（L s-1）泵压/MPa一开井段311.15GA114110 3060201.5 3.0二开井段215.90H5174250 6060 9010 201.5 7.0序号钻进井段/m钻具组合1 0 60.00311.15 mm PDC（Polycrystalline Diamond Compact，聚晶金刚石复合片）钻头+接头+4 根 159 mm 钻铤+保护接头+108 mm 方钻杆260.00 804.89215.9
12、0 mm PDC 钻头+165 mm 螺杆+接头+159 mm 无磁钻铤+8 根 159 mm 钻铤+接头+127 mm 钻杆+保护接头+108 mm 方钻杆2.6钻井液性能参数指标a)一开，井段0 6 0.0 0m。钻井液类型为坂土浆，密度1.0 5 1.1 5g/c m3，黏度4 0 5 0m P a s。b)二开。(a)井段6 0.0 0 6 0 0.0 0m。钻井液类型为聚合物，密度1.0 5 1.1 0g/c m3，黏度3 0 4 0m P a s，p H值为8 9，含砂量4%。(b)井段6 0 0.0 0 8 0 4.8 9m。钻井液类型为低固相，密度1.0 5g/c m3，黏度2
13、 6 3 0m P a s，p H 值为7.0 8.0，含砂量0.5%。2.7施工工艺该次施工使用T S J-2 6 0 0钻机，主要采用低固相聚合物钻井液作为循环介质，采用合理的钻井参数和钻具组合，控制好井身质量，同时保护好目的煤层，从而高质量完成该井的钻井施工任务。2.8各次开钻或分井段施工重点要求2.8.1钻前施工要求a)钻机安装完毕，主管部门需复测井位坐标及地面的海拔高度；b)井架安装后必须保持垂直，要求天车、大钩、转盘中心在1条垂直线上，转盘中心偏差不得大于1 0m m；c)设备运转正常，安全装置灵活、有效；d)各种仪器仪表要准确灵敏、有效；e)井队技术员要仔细丈量钻机补心高，并根据
14、实测补心高校对井深；f)钻具外观检查合格，确保螺纹清洁，钻井技术员和地质工程师分别丈量下井钻具长度，并仔细核查，确保钻具长度丈量准确，同时在钻具记录上标明钻具内外径、扣型等技术参数，否则不许下井；g)振动筛及钻井液循环系统安装符合要求5。244.50 mm 59.50 m311.15 mm 60.00 m造斜点：100.00 m水泥返深：562.51 m（斜深）15#煤层顶板以上 200 m15#煤层：762.51 766.65 m15下#煤层：771.81 773.88 m139.70 mm 803.00 m215.90 mm 804.89 m1 3 8 2 0 2 3年第3期2 0 2 3
15、年3月2.8.2第一次开钻a)一开用3 1 1.1 5m m 钻头钻进，每钻进1个单根快速划眼2 3遍。当开始钻进钻压不够时，钻压加到钻铤总重量的7 0%，钻进中保证井眼规则。坚持小排量、低钻压转盘开钻，严禁用水力冲击，保护好井壁和基础。b)必须用钻井液开钻，不允许使用清水钻井，因此开钻前应配制好足够量的钻井液。c)下井钻具参照钻具组合设计，钻进过程中参照设计规定的钻进参数，送钻要均匀，不许加压启动转盘，如果有憋跳，应减压钻进。d)钻进中，要轻压吊打，适当控制钻速，打前2根单根时必须用水平仪找正方钻杆，防止水龙头把方钻杆拉斜，造成井眼偏斜。e)钻遇漏失层段时，可根据实际漏速采取相应措施堵漏。2
16、.8.3第二次开钻a)开钻前按设计要求装好井口，满足地质录井要求。下入2 1 5.9 0m m 钻头探水泥塞面。b)钻头进出套管鞋时低速慢起，防碰挂。c)搞好井身质量预控，井队配备单点测斜仪，每钻进2 5m 测斜1次，发现井斜轨迹超出设计，立即采取措施纠正，以确保井身质量合格。d)下钻时操作平稳，不得猛刹、猛顿、猛放，漏失层段、煤层段下钻速度控制在3 0m/m in以内。每次下钻要探井底沉砂高度，决定是否调整钻井液性能和循环时间，如果下钻不能一次到底，要分段循环。每次开泵前要注意泵压变化，采用小排量开泵措施，避免蹩漏地层。起钻时控制起钻速度，遇卡不能硬提，操作平稳，启车、坐吊卡等不能猛提、猛放，起钻每3柱必须灌满钻井液1次。e)全井段起钻遇卡不得超过原悬重1 0 0k N，必要时采取倒划眼的方法，慢慢起出遇卡井段；下钻遇阻不得低于原悬重5 0k N，必要时开泵划眼，通过遇阻井段。井队应精心操作，充分做好井下复杂情况和事故的预防工作，同时做好预防和处理井下复杂的物资准备。f)钻井液工要密切注意钻井液池液面变化，发现井漏、井涌，要及时停钻观察，并采取正确的处理措施。3固井设计3.1固井质量
