偏斜法處理鉆孔事故初探

胡世偉，雷　艷

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450000；2.中國地質(zhì)大學(xué)長江鉆頭公司，湖北武漢430074）

偏斜法處理鉆孔事故初探

胡世偉*1，雷艷2

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院，河南鄭州450000；2.中國地質(zhì)大學(xué)長江鉆頭公司，湖北武漢430074）

在小口徑巖芯鉆探孔施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)事故，特別是發(fā)生燒鉆、孔底卡鉆事故，更難處理。怎樣又快又好地將事故處理成功并繼續(xù)施工，且完全滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)范規(guī)程，是每個(gè)鉆探施工者必須面對(duì)的問題。在河南省偃龍煤田西村礦區(qū)的鉆探施工中，我們摸索并掌握了一套利用偏心楔補(bǔ)打斜孔處理燒鉆事故的施工技術(shù)，有效解決了深孔（1000m以下）燒鉆的問題，并完全滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

深孔；偏心楔；偏斜；燒鉆事故

1　施工概況

河南省偃龍煤田西村煤詳查礦區(qū)位于鞏義市西南部，行政區(qū)隸屬鞏義市西村鎮(zhèn)、芝田鎮(zhèn)、魯莊鎮(zhèn)管轄?？辈閰^(qū)東西長約16.5km，南北寬約6.5 km，總面積99.08km2。

ZK1803鉆孔為地質(zhì)詳查孔，設(shè)計(jì)孔深1350m，直孔，設(shè)計(jì)傾角為90°。2012年10月9日開始施工，2013年3月20日終孔，施工孔深1398.38m，終孔孔徑為?94mm。地質(zhì)特征上部360m主要為第四系黃土層，含粘土、砂質(zhì)粘土、亞砂土及砂礫，為坡沖積物；360m以下為二疊系石千峰組，主要是泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及石英砂巖（平頂山砂巖）；上、下石盒子組，以泥巖和砂巖為主，含三、四、五、六、七段煤段；山西組，含主要煤層二1煤；太原組。

2013年1月13日夜間，施工至1341m時(shí)，由于泥漿泵堵塞，發(fā)生了嚴(yán)重?zé)@事故。在處理過程中，孔底又出現(xiàn)了斷鉆桿事故，經(jīng)多次努力，仍不能處理成功。為了不報(bào)廢1000多米的鉆探工作量，且考慮到距終孔較近（此處已接近二1煤層），經(jīng)研究決定在事故頭上方偏斜后繼續(xù)向下施工。

2　偏斜施工技術(shù)方案的確定

深孔偏斜對(duì)于我院來說是第一次，無任何經(jīng)驗(yàn)可談，只能依靠書本上介紹的方法施工。由于補(bǔ)打斜孔工序繁多、耗時(shí)費(fèi)力、施工難度大、技術(shù)要求高，稍有不慎，可能會(huì)前功盡棄[1]，因此在施工前，集中我院鉆探技術(shù)人員的全部智慧，對(duì)該鉆孔的地層情況、施工情況進(jìn)行仔細(xì)地分析，經(jīng)綜合考慮各種因素，慎重地制定了一套施工技術(shù)方案。

經(jīng)過對(duì)已采取的巖樣分析，1315.8～1317.2m為泥巖段，以下至事故頭上（即1325m）均為砂巖，不適于偏斜。經(jīng)研究決定從1315.8～1317.2m處偏斜，采用2套施工方案（也可以叫2個(gè)步驟）進(jìn)行。

第一步，用水泥砂漿封孔至1300m左右，使用600號(hào)高標(biāo)號(hào)水泥，加減水劑，以盡快提高水泥砂漿的強(qiáng)度。待強(qiáng)度提高后用?94mm鉆頭掃孔至1313m，然后換用?75mm鉆頭、短鉆具掃孔，以期望能夠自然偏斜。第二步，如果自然偏斜不成功，則掃孔至1322m左右，下入偏心楔強(qiáng)行偏斜。偏心楔的底部在砂巖段，頂部在泥巖段，從泥巖段偏斜。

3　偏心楔的制作

偏心楔用?89mm×6.5mm的厚壁巖芯管制成，長度為5.3m，斜面長2m（含直面段0.1m），頂角約為2°41′，預(yù)計(jì)偏斜位置離楔子頂0.7～0.8m。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

制作方法：將巖芯管切開后翻轉(zhuǎn)180°焊接牢固，在偏心楔的底部切割6～8個(gè)高約90mm的鋸齒形缺口，在其頂部100mm處鉆2個(gè)直徑為8mm的圓孔（固定連接銷釘用）。

圖1　偏心楔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（單位：mm）

4　偏斜

4.1封孔

按照研究的施工方案，用600號(hào)水泥加減水劑攪拌水泥砂漿封閉鉆孔從孔底至1300m左右。水泥砂漿的配比為水泥∶砂∶清水∶減水劑=1∶1∶0.7∶0.015（重量比），用泥漿泵注入孔內(nèi)。

4.2掃孔

停待1d后，用?94mm鉆頭掃孔至1313m，然后再停待2d，待水泥砂漿的強(qiáng)度提高后，使用?75mm鉆頭、0.5m短鉆具繼續(xù)掃孔至1322m處，自然偏斜沒有成功，準(zhǔn)備下入偏心楔強(qiáng)行偏斜。

4.3下放偏心楔

下偏心楔前，先要調(diào)好泥漿，使粘度在23～25s之間，pH值=9～10，固相含量小于3%，用?113mm鉆具掃孔至360m（該段施工孔徑為?113mm，以下孔徑為?94mm），然后再換成?94mm鉆具掃孔至1322m，沖孔1～2h，以保證全孔順暢。

偏心楔與鉆桿之間用一根長1.5m?73mm厚壁巖芯管連接，巖芯管內(nèi)裝滿0.5～1cm碎石，下部用膠泥封住，巖芯管內(nèi)的腦袋下部用橡膠墊堵?。ㄓ袃蓚€(gè)作用：防止碎石進(jìn)入鉆桿；楔子放到孔底剪斷螺絲后開泵沖孔，碎石易全部壓出巖芯管）。巖芯管的下部鉆2個(gè)直徑為8mm的圓孔，偏心楔與厚壁巖芯管用2個(gè)?8mm的鋼性螺絲連接。楔子下到孔底后算準(zhǔn)機(jī)上余尺，上提鉆具30～40cm，下墩，以剪斷螺絲（鉆機(jī)手把必須要控制好，以防螺絲墩斷后鉆具下插太多），若剪斷螺絲后鉆具仍下行0.7～0.9m，則說明偏心楔下放成功。

4.4固定偏心楔

確認(rèn)螺絲剪斷后，將巖芯管放在楔子面最可能的下部，開泵，將巖芯管內(nèi)的碎石壓出巖芯管，并使其全部落在楔子斜面一邊的縫隙中（楔子與孔壁間的縫隙）以保證楔子的背部緊貼孔壁。沖孔十幾分鐘后，不提鉆從立軸水龍頭投放碎石，每沖孔20min投放一小捧碎石，每次投放不可過快，分3次投放即可。

4.5偏斜

碎石投放完成后，提鉆，下?89mm鉆具+?94mm合金鉆頭。本次使用普通合金鉆頭，嚴(yán)禁有外出刃，底出刃僅出露1～2mm，盡量不要內(nèi)出刃。鉆頭共鑲焊6組合金，小八角柱狀合金與塊狀合金交替鑲焊。

?89mm鉆具必須先短后長替換使用，第一次使用50cm長的鉆具，待取出完整巖芯，即完全偏斜過去后，再施工1m以上，換成80cm長的巖芯管，施工1m后換成1.5m鉆具，待偏斜的鉆孔段超過4m后，可換成更長一點(diǎn)的鉆具正常施工。替換鉆具的原則是：除剛偏斜時(shí)鉆具腦袋在偏斜器的斜面上外，保證每次替換的鉆具腦袋全部在已經(jīng)偏斜的孔段內(nèi)，以免磨楔子面。

第一次下50cm長的鉆具時(shí)，鉆具內(nèi)帶一管碎石送到孔底，若未取出完整巖芯，第二次再送一管碎石，以保證楔子固定牢固。

鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速，80～85r/min；鉆頭壓力約600kg。鉆具平穩(wěn)緩慢進(jìn)尺即可，不可過快，嚴(yán)禁在同一地方長時(shí)間磨，以防止破壞楔子面。

經(jīng)小心操作，偏斜成功。經(jīng)十幾天的謹(jǐn)慎施工，將二1煤取出并順利終孔。經(jīng)電測(cè)井，各項(xiàng)指標(biāo)均符合地質(zhì)設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求。

5　偏斜應(yīng)注意的幾個(gè)方面

5.1偏心楔制作應(yīng)注意的事項(xiàng)

制作偏心楔時(shí)，楔子面必須光滑平整，特別是楔子面兩邊的焊縫，必須打磨平整，嚴(yán)禁凸凹不平或有焊渣。楔面的最底部與管子的連接處，要自然過渡，嚴(yán)禁出現(xiàn)臺(tái)階或其他不平的現(xiàn)象。如果擔(dān)心楔子面不夠結(jié)實(shí)，可在楔子面縱向上焊一長塊高強(qiáng)度鋼板。

5.2下放偏心楔應(yīng)注意的事項(xiàng)

楔子與巖芯管要用鋼性螺絲連接，易剪斷且螺絲的絲扣不易擼。楔子連接好以后，巖芯管與楔子的中心線必須在同一條軸線上。

下放楔子前，必須將鉆孔沖干凈，孔底嚴(yán)禁有沉渣。剪斷螺絲時(shí)，下放速度一定要快，同時(shí)要控制好鉆機(jī)手把，以利于剪斷螺絲且不至于損壞楔子面。

5.3鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

楔子下放成功后，每次鉆具下到楔子頂部時(shí)，必須慢下，若遇阻，轉(zhuǎn)圈后再輕輕下放，嚴(yán)禁猛墩，以免破壞楔子頭。

在鉆頭或腦袋離開楔子面以前，每次開鉆前，要將鉆具提離孔底，輕壓慢轉(zhuǎn)，直至平穩(wěn)進(jìn)尺，此時(shí)，進(jìn)尺仍不能快。

鉆進(jìn)時(shí)鉆具嚴(yán)禁上下竄動(dòng)，以免碎石卡住鉆具。

鉆進(jìn)不進(jìn)尺時(shí)，必須立即采芯提鉆，嚴(yán)禁長時(shí)間在同一部位轉(zhuǎn)動(dòng)，以免破壞楔子面。

孔底巖芯盡量采取干凈。

鉆具腦袋盡量快點(diǎn)離開楔子面，換鉆具時(shí)一定要保證腦袋在斜孔內(nèi)。

6　幾點(diǎn)體會(huì)

施工超過1000m的鉆探孔，施工技術(shù)方法、技術(shù)規(guī)程參數(shù)與施工中淺孔有很大的區(qū)別，難度較大。在1000m以下偏斜，即使是煤田地質(zhì)隊(duì)，以前也很少進(jìn)行，施工經(jīng)驗(yàn)很少。但是，如果施工方案制定得當(dāng)，施工時(shí)嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，將施工細(xì)節(jié)考慮全面一些，順利施工還是不太困難的。

[1]孫一國.中深孔終孔后補(bǔ)打斜孔采取煤樣施工技術(shù)[J].探礦工程，2008（3），16.

[2] 韓廣德.中國煤炭工業(yè)鉆探工程學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.

[3]趙運(yùn)興.煤田鉆探技術(shù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.

P634.7

B

1004-5716(2015)07-0043-03

2014-07-16

胡世偉（1982-），男（漢族），河南滑縣人，工程師，現(xiàn)從事鉆探技術(shù)及管理方面的工作。