偏斜法处理钻孔事故初探

2015-12-20胡世伟

西部探矿工程 2015年7期

关键词：楔子孔底螺丝

胡世伟，雷　艳

（1.河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南郑州450000；2.中国地质大学长江钻头公司，湖北武汉430074）

偏斜法处理钻孔事故初探

胡世伟*1，雷艳2

（1.河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南郑州450000；2.中国地质大学长江钻头公司，湖北武汉430074）

在小口径岩芯钻探孔施工中，经常会出现孔内事故，特别是发生烧钻、孔底卡钻事故，更难处理。怎样又快又好地将事故处理成功并继续施工，且完全满足地质设计要求和有关规范规程，是每个钻探施工者必须面对的问题。在河南省偃龙煤田西村矿区的钻探施工中，我们摸索并掌握了一套利用偏心楔补打斜孔处理烧钻事故的施工技术，有效解决了深孔（1000m以下）烧钻的问题，并完全满足地质设计要求。

深孔；偏心楔；偏斜；烧钻事故

1　施工概况

河南省偃龙煤田西村煤详查矿区位于巩义市西南部，行政区隶属巩义市西村镇、芝田镇、鲁庄镇管辖。勘查区东西长约16.5km，南北宽约6.5 km，总面积99.08km2。

ZK1803钻孔为地质详查孔，设计孔深1350m，直孔，设计倾角为90°。2012年10月9日开始施工，2013年3月20日终孔，施工孔深1398.38m，终孔孔径为Ø94mm。地质特征上部360m主要为第四系黄土层，含粘土、砂质粘土、亚砂土及砂砾，为坡冲积物；360m以下为二叠系石千峰组，主要是泥岩、砂质泥岩、砂岩及石英砂岩（平顶山砂岩）；上、下石盒子组，以泥岩和砂岩为主，含三、四、五、六、七段煤段；山西组，含主要煤层二1煤；太原组。

2013年1月13日夜间，施工至1341m时，由于泥浆泵堵塞，发生了严重烧钻事故。在处理过程中，孔底又出现了断钻杆事故，经多次努力，仍不能处理成功。为了不报废1000多米的钻探工作量，且考虑到距终孔较近（此处已接近二1煤层），经研究决定在事故头上方偏斜后继续向下施工。

2　偏斜施工技术方案的确定

深孔偏斜对于我院来说是第一次，无任何经验可谈，只能依靠书本上介绍的方法施工。由于补打斜孔工序繁多、耗时费力、施工难度大、技术要求高，稍有不慎，可能会前功尽弃[1]，因此在施工前，集中我院钻探技术人员的全部智慧，对该钻孔的地层情况、施工情况进行仔细地分析，经综合考虑各种因素，慎重地制定了一套施工技术方案。

经过对已采取的岩样分析，1315.8～1317.2m为泥岩段，以下至事故头上（即1325m）均为砂岩，不适于偏斜。经研究决定从1315.8～1317.2m处偏斜，采用2套施工方案（也可以叫2个步骤）进行。

第一步，用水泥砂浆封孔至1300m左右，使用600号高标号水泥，加减水剂，以尽快提高水泥砂浆的强度。待强度提高后用Ø94mm钻头扫孔至1313m，然后换用Ø75mm钻头、短钻具扫孔，以期望能够自然偏斜。第二步，如果自然偏斜不成功，则扫孔至1322m左右，下入偏心楔强行偏斜。偏心楔的底部在砂岩段，顶部在泥岩段，从泥岩段偏斜。

3　偏心楔的制作

偏心楔用Ø89mm×6.5mm的厚壁岩芯管制成，长度为5.3m，斜面长2m（含直面段0.1m），顶角约为2°41′，预计偏斜位置离楔子顶0.7～0.8m。其结构如图1所示。

制作方法：将岩芯管切开后翻转180°焊接牢固，在偏心楔的底部切割6～8个高约90mm的锯齿形缺口，在其顶部100mm处钻2个直径为8mm的圆孔（固定连接销钉用）。

图1　偏心楔结构简图（单位：mm）

4　偏斜

4.1封孔

按照研究的施工方案，用600号水泥加减水剂搅拌水泥砂浆封闭钻孔从孔底至1300m左右。水泥砂浆的配比为水泥∶砂∶清水∶减水剂=1∶1∶0.7∶0.015（重量比），用泥浆泵注入孔内。

4.2扫孔

停待1d后，用Ø94mm钻头扫孔至1313m，然后再停待2d，待水泥砂浆的强度提高后，使用Ø75mm钻头、0.5m短钻具继续扫孔至1322m处，自然偏斜没有成功，准备下入偏心楔强行偏斜。

4.3下放偏心楔

下偏心楔前，先要调好泥浆，使粘度在23～25s之间，pH值=9～10，固相含量小于3%，用Ø113mm钻具扫孔至360m（该段施工孔径为Ø113mm，以下孔径为Ø94mm），然后再换成Ø94mm钻具扫孔至1322m，冲孔1～2h，以保证全孔顺畅。

偏心楔与钻杆之间用一根长1.5mØ73mm厚壁岩芯管连接，岩芯管内装满0.5～1cm碎石，下部用胶泥封住，岩芯管内的脑袋下部用橡胶垫堵住（有两个作用：防止碎石进入钻杆；楔子放到孔底剪断螺丝后开泵冲孔，碎石易全部压出岩芯管）。岩芯管的下部钻2个直径为8mm的圆孔，偏心楔与厚壁岩芯管用2个Ø8mm的钢性螺丝连接。楔子下到孔底后算准机上余尺，上提钻具30～40cm，下墩，以剪断螺丝（钻机手把必须要控制好，以防螺丝墩断后钻具下插太多），若剪断螺丝后钻具仍下行0.7～0.9m，则说明偏心楔下放成功。

4.4固定偏心楔

确认螺丝剪断后，将岩芯管放在楔子面最可能的下部，开泵，将岩芯管内的碎石压出岩芯管，并使其全部落在楔子斜面一边的缝隙中（楔子与孔壁间的缝隙）以保证楔子的背部紧贴孔壁。冲孔十几分钟后，不提钻从立轴水龙头投放碎石，每冲孔20min投放一小捧碎石，每次投放不可过快，分3次投放即可。

4.5偏斜

碎石投放完成后，提钻，下Ø89mm钻具+Ø94mm合金钻头。本次使用普通合金钻头，严禁有外出刃，底出刃仅出露1～2mm，尽量不要内出刃。钻头共镶焊6组合金，小八角柱状合金与块状合金交替镶焊。

Ø89mm钻具必须先短后长替换使用，第一次使用50cm长的钻具，待取出完整岩芯，即完全偏斜过去后，再施工1m以上，换成80cm长的岩芯管，施工1m后换成1.5m钻具，待偏斜的钻孔段超过4m后，可换成更长一点的钻具正常施工。替换钻具的原则是：除刚偏斜时钻具脑袋在偏斜器的斜面上外，保证每次替换的钻具脑袋全部在已经偏斜的孔段内，以免磨楔子面。

第一次下50cm长的钻具时，钻具内带一管碎石送到孔底，若未取出完整岩芯，第二次再送一管碎石，以保证楔子固定牢固。

钻进参数：转速，80～85r/min；钻头压力约600kg。钻具平稳缓慢进尺即可，不可过快，严禁在同一地方长时间磨，以防止破坏楔子面。

经小心操作，偏斜成功。经十几天的谨慎施工，将二1煤取出并顺利终孔。经电测井，各项指标均符合地质设计及有关规范要求。