繞障技術(shù)在水文水井中的應(yīng)用

張建良

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100048）

繞障技術(shù)在水文水井中的應(yīng)用

張建良*

（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京100048）

在水文水井施工中，經(jīng)常出現(xiàn)一些鉆探事故，處理起來風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、周期長，如果采用繞障技術(shù)可以有效地解決這些問題。介紹了常見的繞障方法，并對(duì)每種方法進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了螺桿鉆具繞障的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)今后的施工起了重要的指導(dǎo)作用，具有推廣價(jià)值。

繞障；螺桿鉆具；水文井

在水文水井施工中，因?yàn)榈貙悠扑?、不穩(wěn)定等原因，極易發(fā)生埋鉆、卡鉆等事故，一般處理方法是套掃，但是在實(shí)際施工中，特別是鉆孔口徑小、鉆具和鉆孔的環(huán)狀間隙不大，如果進(jìn)行套掃處理，那么套銑筒和孔壁的間隙很小，如果地層發(fā)生掉塊、坍塌，那么容易將套銑筒卡住，造成二次事故。另外采取套銑方法處理事故時(shí)，一般是先套后反，然后再套再反，如此反復(fù)直至事故處理完畢為止，在處理過程中，周期很長，花費(fèi)很大，風(fēng)險(xiǎn)性也較大，因此不如直接采用繞障的方法來處理，即在魚頂上方選一位置進(jìn)行側(cè)鉆，重新開一新孔，繞過事故段。我們?cè)谔幚砺胥@過程中，首先考慮地層情況、孔內(nèi)鉆具情況，來進(jìn)行估算事故處理成本，如果成本太高，一般直接放棄處理，而采用繞障的方法來施工。

1　常用的繞障方法

1.1特制鉆頭直接繞障

加工專業(yè)的碎合金鉆頭，底部成蘑菇頭狀，利用鉆具在孔內(nèi)一般不是正中的位置，而是偏離鉆孔中心，直接利用碎合金切削鉆具，由于鉆頭是蘑菇頭狀，在鉆進(jìn)過程中會(huì)將鉆具一點(diǎn)一點(diǎn)地切掉，慢慢地會(huì)沿著鉆具方向偏離原孔。

1.2下入偏心楔

往孔內(nèi)下入偏心楔，人為造成一定角度，然后將偏心楔用水泥固死，使用牙輪鉆頭直接鉆進(jìn)，鉆頭會(huì)沿著偏心楔的角度慢慢偏離原孔。偏心楔一般用成型產(chǎn)品或自己加工都行，如果自己加工一般有2種方法，一是利用一根舊短鉆鋌，取2～3m，在車床上切一個(gè)角度，角度一定要小、緩。另一種方法是取一根管，用氣焊沿一定角度隔開，將割掉的那部分管旋轉(zhuǎn)180°，然后和另一部分進(jìn)行焊接，就成了一個(gè)偏心楔。偏心楔加工完成后，利用鉆具送入孔內(nèi)魚頂位置，用水泥固死。

1.3彎螺桿鉆具側(cè)鉆繞障

首先在魚頂上方打入水泥，形成人工井底，凝固一定時(shí)間后，然后下入彎螺桿鉆具來進(jìn)行側(cè)鉆繞障。

2　各種繞障方法優(yōu)缺點(diǎn)

2.1特制合金鉆頭直接繞障

該方法優(yōu)點(diǎn)是比較簡單易行，不用固水泥，也不用停待，直接下入特制鉆頭即可，而且碎合金鉆頭切削鉆具也比較快，成功率比較大，缺點(diǎn)是周期長，碎合金磨損嚴(yán)重，一般一個(gè)鉆頭使用20h左右，需要提鉆換新鉆頭，在今后的鉆進(jìn)過程中，新眼可能會(huì)緊挨著老眼，因此事故鉆具有可能活動(dòng)，影響下一步施工，因此有安全隱患。

2.2下入偏心楔

該方法優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，成本較低，容易成功，缺點(diǎn)是偏心楔容易活動(dòng)，在后續(xù)施工過程中，偏心楔如果活動(dòng)，給施工帶來不必要麻煩，因此也存在安全隱患。

2.3彎螺桿側(cè)鉆

該方法優(yōu)點(diǎn)是施工周期短，成功率較高，缺點(diǎn)是技術(shù)難度高，需要熟悉的專業(yè)人員來操作，另外成本高，為了繞障必須購置彎螺桿鉆具或請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員來指導(dǎo)。

3　繞障關(guān)鍵技術(shù)

由于前2種方法比較簡單，而使用彎螺桿繞障技術(shù)難度高，因此主要就彎螺桿繞障的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

3.1鉆孔分支點(diǎn)的確定

在繞障前必須確定分支點(diǎn)，分支點(diǎn)的選擇應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)2個(gè)方面來衡量，如果分支點(diǎn)選的偏上，那么需要增加鉆探進(jìn)尺，如果分支點(diǎn)選的偏下，會(huì)使在繞障施工中，鉆頭碰到魚頂位置，使繞障失敗。一般要提前查看鉆孔的班報(bào)表，即原始記錄，選擇地層完整孔段，鉆進(jìn)效率較高的孔段，也就是說地層相對(duì)較軟的孔段，目的是減少水泥砼與巖層硬度差值，能增大分支成功的可能性。一般分支點(diǎn)離事故頭30～50m，盡量做到即能減少鉆進(jìn)工作量，又能保證繞障的成功率。

3.2建造水泥孔底

繞障成功的先決條件一是在事故鉆具上部建造具有足夠強(qiáng)度的水泥孔底,盡可能降低與孔壁巖石的硬度差,以滿足繞障要求,二是水泥漿要封到設(shè)想封閉孔段，因此要注意以下幾點(diǎn):

（1）選用425以上的高標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥或G級(jí)油井水泥；

（2）配置純水泥漿液，為達(dá)到最佳凝固效果盡可能減少水灰比而增大水泥漿稠度，水泥漿的比重大于1.85g/cm3。為縮短水泥凝固時(shí)間,可加速凝劑,無水氯化鈣3%～5%,三乙醇胺0.1%；

（3）往孔內(nèi)灌注水泥一般采用泵送法,將配置好的純水泥漿用泥漿泵壓送到孔內(nèi)預(yù)定位置,若泵壓較高可以低速開車并緩慢提升鉆具；

（4）灌注完畢,必須用清水將鉆桿柱內(nèi)的水泥漿壓送到預(yù)定位置,清水壓送量即灰漿替水量要準(zhǔn)確計(jì)算,否則水泥漿被稀釋將影響水泥凝結(jié)強(qiáng)度,不少單位注漿失敗的主要原因之一就是壓漿替水量計(jì)算不正確,造成浪費(fèi),也影響工期；

（5）水泥灌注至少72h后才能掃孔。

3.3彎螺桿鉆具的選擇

根據(jù)鉆孔口徑和現(xiàn)場(chǎng)泥漿泵的泵量，選擇相適應(yīng)的螺桿型號(hào)。

選擇合適角度的螺桿鉆具，如果角度造斜參數(shù)過大會(huì)引起造斜后鉆桿折斷，太小則將會(huì)造斜失敗。一般常用的有1.25°、1.5°、2°、2.25°螺桿鉆具，如果地層較軟，則選擇小角度的螺桿鉆具，如果地層很硬，則需要大角度的螺桿鉆具。另外現(xiàn)場(chǎng)的小角度螺桿鉆具可以采用增加彎接頭的方法使其用于硬巖層。螺桿鉆具最好配備扶正器，以保證分支點(diǎn)的出入口通暢。

4　操作注意事項(xiàng)

（1）配置鉆具時(shí)，機(jī)上余尺盡量加高,只要有進(jìn)尺就繼續(xù)鉆進(jìn),直到不進(jìn)尺為止。

（2）在剛開始繞障時(shí)，不能加壓，并控制進(jìn)尺，一般6～8小時(shí)進(jìn)尺1m，最好在主卷揚(yáng)滾筒外緣上用粉筆均勻畫線做標(biāo)志，方便司鉆控制放繩速度。

（3）勤觀察上返巖屑比例，剛開始的時(shí)候全部是水泥，隨著鉆進(jìn)深度的增加，巖屑的比例應(yīng)該逐漸增多。

（4）加單根時(shí)一定使用旋繩擰卸鉆桿，防止下面鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，造成造斜角度和位置發(fā)生變化。

（5）如果巖屑比例占到50%以上時(shí)，可以適當(dāng)增加鉆壓，但是要逐漸增加，每次增加0.5t。

（6）全部出新眼后，繼續(xù)往下鉆進(jìn)一定距離，防止換常規(guī)鉆具后，新鉆孔又往回拐，使鉆頭碰到事故魚頂，繞障失敗。但是也不易用彎螺桿鉆進(jìn)井段過長，以免使鉆孔的井斜超標(biāo)。

（7）鉆孔分支點(diǎn)一定要反復(fù)進(jìn)行修整，保證提下鉆時(shí)通暢。

（8）繞障完畢轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)的初始階段,應(yīng)當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速鉆進(jìn)一段時(shí)間再把轉(zhuǎn)速適當(dāng)提高。

5　結(jié)語

（1）分支孔段水泥封填封孔質(zhì)量的好壞是側(cè)鉆分支繞障成功與否的關(guān)鍵。

（2）造斜分支層段宜選擇在可鉆性7級(jí)左右的巖層，水泥砼與巖層硬度差值趨小較易分支。

（3）在整個(gè)分支造斜繞障過程中，每一個(gè)回次鉆具組合與司鉆精心操作也非常重要。

（4）在孔內(nèi)較穩(wěn)定的情況下，盡可能地采用低固相沖洗液或無固相沖洗液，以降低螺桿鉆具液動(dòng)馬達(dá)工作時(shí)泥漿泵的泵壓。

（5）用側(cè)鉆技術(shù)繞過孔內(nèi)事故鉆具,與傳統(tǒng)處理孔內(nèi)事故方法相比具有安全、可靠、孔內(nèi)不留隱患等特點(diǎn),減少處理井內(nèi)事故時(shí)發(fā)生的不良后果,與繼續(xù)處理井內(nèi)事故和移井位相比,減少了人、財(cái)、物力的消耗,爭(zhēng)取了時(shí)間,保證了工期,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（6）使用螺桿鉆具繞障時(shí)需要對(duì)井場(chǎng)的主要機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修,以免在繞障時(shí)發(fā)生故障而導(dǎo)致提鉆。

（7）繞障時(shí)鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤要定向鎖定,需提動(dòng)鉆具時(shí),方鉆桿不能提離方補(bǔ)芯,以免造成錯(cuò)位,使已形成的臺(tái)階或新井報(bào)廢。

（8）側(cè)鉆成功后,應(yīng)及時(shí)提鉆更換鉆具,以免造成局部井段彎曲過大,井斜超差嚴(yán)重,形成“狗腿”現(xiàn)象。應(yīng)用鉆鋌扶正器或?qū)Ｓ媒宇^進(jìn)行擴(kuò)井,避免給繼續(xù)鉆井和下套管帶來不利。

[1]李光華.螺桿鉆側(cè)鉆分支繞障技術(shù)處理繩索取心鉆孔事故[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（11）.

[2]程增福.側(cè)鉆技術(shù)在官2井卡鉆事故處理中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2011（5）.

P634.2

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1004-5716(2015)07-0029-03

2014-07-11

張建良（1971-），男（漢族），河北高邑人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事水文水井、地?zé)峋@探新工藝、新技術(shù)研發(fā)工作。