復(fù)雜地層鉆孔下管技術(shù)

蔣頂輝

（安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南232052）

復(fù)雜地層鉆孔下管技術(shù)

蔣頂輝*

（安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽淮南232052）

花家湖井田H01002孔在鉆進(jìn)推覆體寒武灰?guī)r過程中，多次出現(xiàn)漏水及溶洞，因該孔較深，為保證鉆孔安全、順利施工，采用了套管隔離漏失層的技術(shù)方法。詳細(xì)介紹了該孔下套管的全過程和下管工藝，及其在下管施工過程中的技術(shù)措施、出現(xiàn)的問題和解決方法。

推覆體；溶洞；漏水；堵漏；惰性材料；套管；掃孔；浮力閥；固管；憋泵；震擊

1　工程概況

我隊(duì)施工的國投新集能源股份有限公司花家湖礦H01002孔上部為推覆體寒武灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬，裂隙、溶洞發(fā)育，鉆孔施工過程中經(jīng)常發(fā)生漏水、坍塌、掉塊，在孔深388～495m之間發(fā)育3個溶洞，495m以下灰?guī)r地層破碎，不能作為承力層。其中在388m處的溶洞高度為0.5m，采用投粘土球、矸石、磚頭等惰性材料，水泥漿液封固的方法成功封堵成功。而在492m處的溶洞高度為1.2m并有流動水體，采用以上方法未見效果。為保證施工正常進(jìn)行，結(jié)合該井田以往的成功經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，決定下入?139.7mm×7.72mm石油套管護(hù)壁，并用水泥固管。根據(jù)鉆探和測井資料確定522～670m為原地層，雖破碎但未發(fā)現(xiàn)漏水，672～675m處為細(xì)砂巖，巖芯完整堅(jiān)硬，可作為套管的承力層，據(jù)此確定下管深度確定為673m。

2　擴(kuò)孔工藝

該孔上部已下入?193.7mm×8.33mm石油套管隔離第四系地層，其內(nèi)徑為?177.04mm，同時結(jié)合該井田以往的成功經(jīng)驗(yàn)決定擴(kuò)孔口徑為6-1/2″（?165.1mm），采用?139.7mm×7.72mm石油套管護(hù)壁，并用水泥固管，下入深度673m。

擴(kuò)孔鉆具組合：XHP6-1/2″鑲齒三牙輪鉆頭+?121mm鉆鋌1立根（18.5m）+?68mm鉆鋌4立根+?50mm鉆桿+主動鉆桿。采用?121mm鉆鋌除了起到加壓的作用外，還起到扶正的作用，以保證鉆孔的垂直度。使用泥漿護(hù)壁擴(kuò)孔鉆進(jìn)，鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速75～150r/min，鉆壓10～15kN，泵量150～260L/min。泥漿性能：粘度20～25s，比重1.1～1.2，擴(kuò)孔到底后使用稠泥漿（粘度25～30s、比重1.1～1.3）充分沖孔排渣2～3h，保持孔底潔凈，以利于固管施工作業(yè)。起鉆時丈量鉆具全長，校正孔深，確保套管位置正確無誤。

鉆進(jìn)過程中隨時注意鉆頭使用情況，每一原班起鉆檢查一次，發(fā)現(xiàn)軸承松曠時及時更換，確?？變?nèi)安全和鉆進(jìn)效率。

沖孔時每隔20～30min反復(fù)回轉(zhuǎn)和提下鉆具2～3次，以盡可能排除孔底沉渣并保證鉆具和孔內(nèi)安全。

鉆進(jìn)時每一回次反復(fù)掃擴(kuò)孔不低于2次，以保持孔徑規(guī)則，保證套管下放順利。

3　準(zhǔn)備工作

擴(kuò)孔到底后，使用2根?139.7mm套管（20m±）擼孔，第一次擼孔至深度520m時遇阻，經(jīng)人工回轉(zhuǎn)和反復(fù)提竄無效后提鉆，下人原鉆具經(jīng)過掃擴(kuò)孔后第二次擼孔至550m仍下不去，后經(jīng)反復(fù)擴(kuò)掃仍無效果。經(jīng)仔細(xì)研究測斜資料發(fā)現(xiàn)520～580m孔段頂角由2.4°急增至4.7°，方位變化達(dá)60°，造成孔內(nèi)形成較大的彎曲，而掃擴(kuò)孔并不能消除其影響，且因用牙輪鉆頭擴(kuò)孔，同時巖石軟硬不均、孔壁粗糙易形成螺旋形孔壁，致使孔徑不規(guī)則，再加上套管管箍外徑大（?156mm），造成套管易遇阻，下放不暢。后采用?165mm金剛石環(huán)形鉆頭+ ?146mm巖芯管（6m），加大巖芯管接頭外徑至?155mm，利用金剛石鉆進(jìn)孔壁規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合輕壓快轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)工藝以加大孔徑、使孔壁規(guī)則并消除孔壁螺旋槽，掃孔至620m進(jìn)入原地層后，使用2根?139.7mm套管一次性擼孔到底。

4　下套管

下套管前，施工鉆機(jī)仔細(xì)檢查了天輪、鉆塔、繃?yán)K、鉆機(jī)連接螺絲，維護(hù)保養(yǎng)了水泵、鉆機(jī)，準(zhǔn)備充足各種下管工具；套管絲扣檢驗(yàn)合格；同時提前做好各項(xiàng)地面工作，確保下管工作持續(xù)不間斷。

因下入的套管重量大（179kN），已超出鉆機(jī)的提升能力（4×40kN），為保證孔內(nèi)安全、順利下管并減輕鉆機(jī)提升負(fù)荷，采用了套管柱中部加入浮力閥的技術(shù)方法克服。浮力閥為提前制作的水泥閥，水泥塞長度2m，養(yǎng)護(hù)14d以上。經(jīng)計(jì)算，浮力閥位置為套管柱下部220～240m處，具體位置為套管柱下部232m，套管口用木引鞋做導(dǎo)向。

施工時因前期準(zhǔn)備工作充分、細(xì)致，各工種密切配合，經(jīng)過8h奮戰(zhàn)套管順利下到預(yù)定位置（673m）。下管時加入浮力閥后其重力一直保持在60kN±，大大降低了提升負(fù)荷，提高了施工的安全性。

套管直接下到孔底。使用?113mm無芯鉆頭透開浮力閥后沖到套管底口循環(huán)泥漿，接上替漿接頭開泵循環(huán)，泵量167L/min，此時泵壓2MPa，循環(huán)10min后，調(diào)制水泥漿開始進(jìn)行固管作業(yè)。

5　固管施工

該孔因上部推覆體灰?guī)r段漏水，不能實(shí)現(xiàn)滿固，決定只封固下部180m孔段（492～673m）。經(jīng)計(jì)算確定水泥漿量1.74m3，PC32.5級復(fù)合水泥用量2t，水灰比0.5，使用攪拌桶機(jī)械攪拌，既降低了工人勞動強(qiáng)度又能保證水泥漿質(zhì)量。經(jīng)檢測此時水泥漿比重為1.80～1.85。

固管施工采用泵壓固管法固管，即用泥漿泵將水泥漿由套管口壓入管內(nèi)，再由套管底口向上充填套管與孔壁之間的環(huán)狀間隙，替漿液為稀泥漿，替漿量7.9m3，管內(nèi)水泥塞21m，保證固管質(zhì)量及安全。

但在替漿量0.7m3時泵壓達(dá)到12MPa，造成憋泵，此時水泥漿全部停留在套管內(nèi)，因此未能完成固管工作。

分析認(rèn)為：固管過程中，套管外環(huán)狀間隙內(nèi)的巖粉、堵漏時孔壁上附著的惰性堵漏材料和水泥渣及下管過程中碰落的孔壁掉塊等雜物在水力沖刷作用下翻滾、沉淀、聚集，并堵塞循環(huán)通道造成憋泵。

研究后采取了如下措施：先清洗套管內(nèi)的水泥漿，然后下人無芯鉆頭，采用輕壓快轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆進(jìn)，利用鉆具回轉(zhuǎn)時的震動、敲擊和水力沖刷作用，逐漸震松并疏通管外循環(huán)通道，再用水泥二次固管。

施工鉆機(jī)在采用以上方案后，采用無芯鉆進(jìn)僅11h2個回次，就達(dá)到了松動、疏通循環(huán)通道的目的，加大水泥用量至3t，固管成功并安全順利鉆進(jìn)至終孔（1086m），完成鉆孔施工任務(wù)，達(dá)到預(yù)定的地質(zhì)目的。

6　采用的技術(shù)措施

（1）精確綜合鉆探、地質(zhì)和測井資料，并根據(jù)鉆孔實(shí)際情況確定套管直徑、擴(kuò)孔口徑和擴(kuò)孔深度、鉆具組合。

（2）確定擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝，使用三牙輪鉆頭+?121mm鉆鋌的鉆具組合，利用?121mm鉆鋌加壓扶正，泥漿護(hù)壁擴(kuò)孔鉆進(jìn)，擴(kuò)孔到底后使用稠泥漿（粘度25～30s、比重1.1～1.3）充分沖孔排渣，保持孔底潔凈，以利于固管施工作業(yè)。

（3）在擴(kuò)孔過程中，使用了大直徑的加重鉆鋌保持鉆具垂直，預(yù)防擴(kuò)出叉孔；在設(shè)備機(jī)具允許的情況下，盡量使用大泵量排渣；精確綜合鉆探、地質(zhì)和測井資料確定擴(kuò)孔深度和層位，以保證套管坐在堅(jiān)硬、完整的巖石上；不使用軸承松曠的牙輪鉆頭鉆進(jìn)；擴(kuò)孔時使用優(yōu)質(zhì)泥漿。

（4）為保證孔內(nèi)安全、順利下管減輕鉆機(jī)提升負(fù)荷，在套管柱中加入自制水泥浮力閥，浮力閥位置經(jīng)計(jì)算確定為套管柱下部220～240m處，并在套管柱底部采用木引鞋做導(dǎo)向。

（5）下套管前，仔細(xì)檢驗(yàn)套管絲扣，準(zhǔn)確丈量套管長度并編號，下套管過程中，絲扣抹油上緊，下放時輕提慢放不能急剎猛蹬，操作要穩(wěn)，速度要慢，注意安全。

（6）套管下到孔底，透開浮力閥后用鉆具沖到套管底口循環(huán)泥漿，然后接上替漿接頭開泵循環(huán)，以清除下管過程中碰落到孔底的雜物。如果能正常循環(huán)則固管，如果不能正常循環(huán)則不固管，恢復(fù)鉆進(jìn)。根據(jù)鉆進(jìn)時的反應(yīng)，再決定是否固管。

（7）固管時泥漿泵管道化各處必須密封良好，不得漏水、漏氣；套管連接處必須擰緊，防止泄漏；替漿量計(jì)算準(zhǔn)確，防止壓穿，保證管內(nèi)留10～20m水泥柱。

（8）替漿結(jié)束后，將管口固定在鉆孔中心，保持管口、天輪、立軸中心在同一軸線上，水泥養(yǎng)護(hù)72h才能解閥，120h后才能透孔鉆進(jìn)。

（9）下完套管后的鉆進(jìn)過程中，為保護(hù)套管不因鉆具高速敲擊震松后脫離的同時減小鉆具磨損，在鉆桿上加套橡膠保護(hù)箍，并根據(jù)磨損程度及時更換。

7　結(jié)語

（1）在設(shè)備能力（尤其是提升能力）不夠時，采取在管柱中加入浮力閥是一種有效的技術(shù)措施。

（2）在含有溶洞的漏失地層中鉆進(jìn)，在各種堵漏方法中，下套管隔離漏失層是最為有效、風(fēng)險(xiǎn)最低的方法，應(yīng)盡可能采用。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行必要的、有針對性的技術(shù)措施是安全順利施工的保證。

（4）鉆探、地質(zhì)與測井密切配合，并結(jié)合以往的成功經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，是本次下管成功的技術(shù)基礎(chǔ)。

（5）認(rèn)真分析研究基礎(chǔ)資料、集思廣益確定的施工技術(shù)方法措施就能最大限度減少施工難度、降低風(fēng)險(xiǎn)。

［1］王世光.鉆探工程（上）［M］.地質(zhì)出版社，1987.

［2］國土資源部.固體礦產(chǎn)鉆探工［M］.地質(zhì)出版社，1999.

［3］國土資源部.水文水井鉆探工［M］.地質(zhì)出版社，1999.

［4］中國地質(zhì)調(diào)查局.深部地質(zhì)鉆探技術(shù)培訓(xùn)交流會材料（合肥）［R］.2012.

［5］國土資源部.DZ/T0227-2010地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程［S］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［6］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.MT/T1076-2008煤炭地質(zhì)鉆探規(guī)程［S］.煤炭出版社，2009.

P634

B

1004-5716（2016）08-0086-03

2015-08-28

2015-09-06

蔣頂輝（1970-），男（漢族），安徽淮南人，工程師，現(xiàn)從事定向鉆探技術(shù)研究與應(yīng)用，鉆探新技術(shù)、新工藝的研究和推廣技術(shù)工作。