岩芯钻探的防斜和纠斜

刁长河（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队 哈密 839000）

岩芯钻探的防斜和纠斜

刁长河
（新疆维吾尔自治区有色地质勘查局704队 哈密 839000）

分析了造成岩芯钻探中钻孔偏斜的几方面的原因，介绍了钻孔防斜的方法，并进一步探讨了钻孔纠斜的注意要点。

岩芯钻孔防斜纠斜

由于实际靶区和环境限制，地质设计对钻探偏斜往往有比规范要求更严格的时候。一方面，因为特殊地层和钻具级配等方面的影响，钻孔跑斜或严重跑斜经常发生，这就需要我们一方面从理论上设计控制，一方面从实践中研究和总结并解决钻探施工过程中的防斜和纠斜问题。

1　造成钻孔偏斜的因素

第一，钻具级配不合理。岩芯钻探基本以小几厘米为主，正常以Φ46～Φ91为多，这些年随钻探市场的增多，应运而生的工器具加工企业迅速增多，造成钻探器具级配混乱。主要表现在：钻杆、钻具不匹配，钻具、钻头不匹配，多种不匹配是引起钻探施工易斜的原因之一。

第二，地质结构复杂。

（1）地层倾角较大。一般情况下，地层倾角小于45°时，钻孔不易偏斜，而当钻孔地层倾角介于45°～65°时，钻孔即存在易偏斜的倾向，但正常较易防治，当钻孔地层倾角介于65°～90°时，钻孔极易偏斜，且用简单的方法根本无法控制。

（2）地层软硬互层频繁。在地层硬度相对保持稳定的情况时，钻探施工不易发生偏斜现象，而当地层倾角较大，且软硬互层频繁时，钻孔偏斜极易发生。

（3）岩石力学结构不均匀，同一块岩体，多向应力分布不均匀，且软硬也不均匀，也可能造成钻探施工过程中的偏斜问题。

2　钻孔防斜

钻孔防斜采取由简到繁的步骤：

第一步，合理钻具级配。

多年的研究和实验，合理的钻具级配是钻探施工设计和实施必须优先考虑和规范的问题，并且我国的钻具级配基本已经形成一套系列规范，非特殊情况，当选为宜。

例如：Φ75（Φ76、Φ77）钻头→Φ75.5（Φ76.5、Φ 77.5）扩孔器→Φ73岩芯管→Φ71（Φ72）钻杆。

Φ95（Φ96、Φ97、Φ98）钻头→Φ95.5（Φ96.5、Φ 97.5、Φ98.5）扩孔器→Φ89岩芯管→Φ89（Φ90、Φ92）钻杆。

第二步，选择合理的钻头。

在严重偏斜地层施工，适合的钻头可以达到事半功倍的效果。

当岩层倾角较大，但强度比较稳定时，选择平底钻头为宜。

当岩层倾角较大，且强度、软度不均匀时，可以先施工试验孔，根据试验结果，再选择合适的钻头，正常情况下：

当遇顶层进地层时，当选外锥形钻头为宜，如图1：

图1　外锥形钻头

当遇顺层跑地层时，当选内锥形钻头为宜，如图2：

图2　内锥形钻头

通常外锥形钻头可选台阶式，即3～4级为宜，内锥形钻头以平滑面为宜。

第三步，特殊钻具。

（1）偏心钻具：偏心钻具更适合于孔径较大的钻孔，防斜仅限于钻孔上漂的钻孔。

当钻孔轨迹偏离设计轨迹（更多为直孔）的时候，使用偏心钻具，可以有效地加重偏心，利用自然重力的作用使钻孔趋向于垂直地心即垂直方向。

该钻具在使用的过程中，如果想达到较好的效果，必须是有条件达到钻具转速500r/min以上（小口径），或200r/min以上（大口径），当钻孔深度较深（超1 000m）或回转空间较小的情况下，该钻具不宜使用。

偏心钻具的加工简易行，一般在野外施工现场即可完成，偏心比例以10%左右为宜，小则效果不好，大则易生成井内事故。

应该注意，对于设计斜孔，且钻孔下斜的情况，禁用。

（2）塔式钻具：塔式钻具分塔式和倒塔式。塔式钻具的使用，也应该以易偏斜地层的试验孔为依据选择。塔式钻具防斜效果较好，但在使用过程中，必须检查钻具加工的同心度，即在地表组装完成后，悬空空转检查，不同心者，不能下井，另外塔式钻具适宜于比较完整的地层，不易卡钻、埋钻的孔段。

（3）钢性钻具：钢性钻具，即为钻具前端钢性较好，抗弯曲的钻具，在地层完整、应力稳定、强度较大且均匀的地层，钢性钻具防斜效果良好。

钢性钻具，可采用特殊的厚壁原材料为岩芯管制作，也可以用普通的岩芯材料特制而成，以加强岩芯管的导正性，从而以物理功效防止钻孔偏离。

（4）钻进参数：

①钻压：设计斜孔，但钻孔下斜的情况下，加大钻压50%～100%；设计斜孔，但钻孔上漂的情况下，减小钻压至少50%。

②转速：当遇钻孔偏斜时不宜过高。

③泵量：当遇钻孔偏斜时，提高泵量不小于50%，以便保证钻进工作面的清洁。

3　钻孔纠斜

钻孔纠斜是钻探施工过程中不可避免要遇到的问题。

当前石油钻井，纠斜一系列的技术问题已经很成熟，而在岩芯钻探施工方面，纠斜仍然有待尝试。

首先，小口径纠斜，设备不配套，纠斜成本高，技术不熟练，因此多以钻孔报废为首选。但是，在以后的钻探施工中，纠斜必须为一项可行的手段，否则深度钻探技术将难以达到预期靶区。

到目前为止，钻井纠斜以冲洗及传递脉冲信号，孔底随钻测斜、定位、螺杆钻具辅助来完成，效果良好，技术成熟。但在岩芯钻探中，应当注意以下要点：

（1）口径不易太小。虽然螺杆钻具从理论上可以做到任何规格，但实践中，螺杆规格太小，将会因为液动动力不足，难以达到设计或预期纠斜目标。

（2）留有恰当的纠斜空间。常用螺杆弯度（弯接头）1°～2°，螺杆长度5～8m。如果螺杆直径和钻孔口径间隙太小，螺杆及弯接头难以下入孔底，或者即使下入孔底，也是螺杆上端和钻头处于同一井壁方向，达不到纠斜目标。通常，螺杆直径应小于孔径20～40mm为宜。

（3）对于无线随钻测斜仪，必须配备有效的除沙、除泥设备，保证冲洗液的清洁。

（4）配备足够泵量和泵压泥浆泵。通常，Φ75口径的钻孔，Φ50的螺杆，泵量不低于300 L/min，泵压不小于10mpa。Φ120～Φ89螺杆，泵量应在800～1 000 L/min，泵压不小于13mpa。

（5）配备足够强度的钻杆。钻杆在受力时如挠度太大，将会造成井底设备仪器定位偏差，从而造成纠斜方位偏差，导致纠斜失败。

（6）纠斜孔段一般控制在10m以内，当纠斜效果不明显时，可换用较大角度的螺杆（弯接头）。当测斜仪已经显示有纠正趋势时，应停止纠斜，正常钻进至可测当前孔底倾角及方位时再采取下一步措施。

收稿：2016-04-06

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