防止大孔径水井施工中孔斜的施工方法浅谈

2021-03-25张海刚

凿岩机械气动工具 2021年1期

张海刚

（山东天瑞重工有限公司，山东潍坊261041）

0 引言

由于天气干旱，水位逐年下降，钻灌溉用水井越来越广泛。在水井钻探施工过程中，经常发生井孔倾斜的现象，尤其是200 米以上的深井，斜度较大时会对施工造成严重影响。钻进时，如果井斜度较大，造成阻力增加，钻杆磨损严重；提钻时，井斜可能会导致卡钻，严重时可能会造成塌孔，埋钻。井孔倾斜是施工中造成事故的主要因素，影响着工期、成本和质量，探讨井孔倾斜问题成为行业内具有重要意义的课题。

图1 软硬地层交互对井斜的影响示意图

1 造成井斜的原因

造成井斜的原因有三个方面：地层结构、钻压力大小以及设备安装。

1.1 地质因素对井斜的影响

地质因素是造成井斜的客观原因。一般来说，灌溉水井所遇到的地层为第四系和第三系地层，其特点是上部松散、下部致密，软硬不均，多软硬互层。软硬地层抗破碎能力不同，造成钻速高低不等，引起井孔倾斜（见图1）。另外，层与层的接触面不水平，倾斜角度决定着钻孔弯曲的方向。

在影响井斜的地质因素中，主要因素是地层倾角。其他因素对井斜的影响都与地层倾角有关。根据钻井实践可得到地层倾角对井斜的影响规律：地层倾角＜45°时，井孔一般沿地层上倾方向偏斜；地层倾角＞60°时，井孔将沿地层下倾方向倾斜；地层倾角在45°-60°之间时，井孔倾斜不稳定。总之，如果单从地层因素考虑，井斜不会超过地层倾角。

1.2 钻压力对井斜的影响

目前水井钻进主要是采用钻杆自重加压，没有配备钻压仪，钻压力的大小由刹车把控制，全凭操作者的感觉和经验。钻进速度慢时就狠加压，钻压力太大，钻杆弯曲，易造成井孔倾斜。

1.3 设备安装对井斜的影响

现在施工中采用的潜孔钻机，多配备水平仪。钻井开始前调整液压支腿，使钻机保持水平。钻进过程中，由于钻机震动以及钻具、钻杆重量的增加，导致水平失衡，如果不及时调整，就可能造成井斜。

2 预防和控制井斜的施工方法

造成井斜的原因多种多样，而分辨各种因素需丰富的经验及理论知识。个人认为，施工前对地形、地貌进行理论和实际的探测，施工时对各关键参数进行量化，钻进过程中仔细观察随时调整，能够有效地避免井斜。

（1）水井专用履带式潜孔钻机进入场地前应尽量将支腿处的地基硬化，避免施工过程中机台振动造成地基下沉，致使钻机不水平，引起井斜。另外，施工过程中应随时注意观察水平仪状态并及时调整。

（2）对于表层泥层较深的地形应采用螺旋钻头钻进至石层[1]；对于表层地质较硬的工况，潜孔钻进前禁止使用扭力，并轻微加推进力使表层形成一个坚实的基准孔，可在随后的钻进过程中防止坍塌或倾斜。

（3）当钻头由软地层进入硬地层时，应尽量减小钻压力，不使钻具产生弯曲，中速钻进，到钻头完全进入硬地层时逐渐加压，加速钻进。当钻头由硬地层进入软地层时，匀速钻进，钻进中经常上下提升钻头，将岩渣吹干净。发现井斜时，应及时处理，切不可钻完孔后再处理。

（4）对于钻压大小的影响，采用专门的下部加压钻具，如钻铤、加压块等控制，加大钻具的刚性，尽量不使用钻杆重量加压。在机台安装指重表，严格控制钻压力。

（5）在钻具的合适位置加装扶正器，减小环形间隙[2]。潜孔钻工作时，建议加装两个扶正器。上扶正器的理论位置为钻杆的最大弯曲长度。考虑到井径的扩大、扶正器的磨损、以及冲击器的长度，实际位置应降低5%-10%。比如89 钻杆，上扶正器的理论位置为钻头上方17 米处，实际安装位置在15-16 米之间。下扶正器应安装在上扶正器和潜孔冲击器中间，以保持刚性和导正性。