定向分支孔井故原因分析及改進(jìn)措施

李　響

(華北有色工程勘察院有限公司)

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定向分支孔井故原因分析及改進(jìn)措施

李響

(華北有色工程勘察院有限公司)

摘要在施工定向分支孔時(shí)，由于地層相對(duì)復(fù)雜，且注漿段埋深較深，屢屢出現(xiàn)井故，嚴(yán)重耽誤施工工期，增加生產(chǎn)成本。為了降低施工過(guò)程中井故發(fā)生頻率，根據(jù)井故發(fā)生的類(lèi)型，分析了地層破碎、注漿、設(shè)備老化等導(dǎo)致井故的原因，提出了護(hù)壁注漿、下飛管、改進(jìn)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及改善漿液性能等相關(guān)措施，實(shí)施后，最終解決了卡鉆、埋鉆、漿液待凝時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，在后期施工過(guò)程中一定程度上降低了井故發(fā)生頻率，加快了施工進(jìn)度。

關(guān)鍵詞定向分支孔井故施工進(jìn)度

定向分支孔技術(shù)具有鉆探成本相對(duì)較低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，已成為地面預(yù)注漿工程中不可或缺的施工工藝[1]。某鐵礦溜破系統(tǒng)地表預(yù)注漿工程現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地有限，鉆探工作量為8 391.89 m，工期為237 d。該鐵礦溜破系統(tǒng)中破碎硐室及下部礦倉(cāng)埋深為600 m左右，注漿頂板為599.1 m左右，非注漿段為599.1 m(表1)。如果采用單一垂直孔注漿施工，非注漿段鉆探和管材將占整個(gè)工程造價(jià)的很大比重；另外，施工場(chǎng)地狹小，兩孔間距最大僅為7.5 m 左右(圖1)，采用單一垂直孔注漿施工，鉆機(jī)擺設(shè)極為困難，針對(duì)這種情況，有必要采用定向分支孔施工技術(shù)，選取少數(shù)注漿孔作為注漿主孔，在完成全孔注漿施工后，從鉆孔的某一深度進(jìn)行分支施工，通過(guò)人工控制鉆孔軌跡進(jìn)入預(yù)定靶區(qū)后轉(zhuǎn)為垂直孔注漿施工。該工藝可以節(jié)約大量非注漿段鉆探工作量和護(hù)壁管材，有效降低工程造價(jià)，同時(shí)減小了施工占地面積，縮短了施工工期。在施工過(guò)程中，由于地層相對(duì)復(fù)雜，破碎帶出現(xiàn)較為頻繁，導(dǎo)致在施工定向分支孔時(shí)，屢屢出現(xiàn)井故，耽誤工期，從而增加了生產(chǎn)成本，必須采取有效措施解決井故問(wèn)題。

表1溜破系統(tǒng)注漿頂?shù)装鍏?shù)

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1井故概述

定向孔于2015年8月陸續(xù)開(kāi)孔，目前已終孔6個(gè)，其余仍在施工，對(duì)開(kāi)工至今出現(xiàn)井故的孔做了統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表2。

圖1　注漿孔布置

表2　井故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

10#孔井故簡(jiǎn)述：10月9日，施工至450 m深度時(shí)，在200 m處發(fā)生鉆鋌斷折，采用反絲鉆桿處理事故，10月28日處理完畢。11月2日，施工至498 m深度時(shí)，在180 m處發(fā)生卡鉆，采用反絲鉆桿處理事故，11月10日處理完畢，分析原因?yàn)?80 m處地層破碎坍塌，護(hù)壁注漿后正常鉆進(jìn)。11月22日，施工至498 m深度時(shí)，在295 m處發(fā)生卡鉆，采用反絲鉆桿處理事故，孔內(nèi)剩余一根鉆鋌；11月26日下鉆對(duì)坍塌地層進(jìn)行掃孔時(shí)，再次發(fā)生埋鉆事故，至11月28日經(jīng)反復(fù)提拉將掃孔鉆鋌處理完畢；由于上部地層坍塌嚴(yán)重，下部鉆鋌無(wú)法繼續(xù)處理，鉆鋌所處位置為470 m。

16#孔井故簡(jiǎn)述：8月1日，鉆進(jìn)至603 m處，由于上部地層破碎，前期沒(méi)有做護(hù)壁處理，發(fā)生埋鉆事故，后經(jīng)反絲鉆桿處理，于8月29日完成井故處理，恢復(fù)正常施工。9月21日，第三注漿段注漿，當(dāng)注漿量達(dá)57 m3，注漿壓力為10.7 MPa時(shí)，發(fā)生止?jié){塞抱死事故，利用千斤頂對(duì)其進(jìn)行了頂拉處理，后換反絲鉆桿處理，由于卡瓦式止?jié){塞無(wú)法處理，最終采取掃碎措施。

通過(guò)上述分析，不計(jì)10#孔第三次井故，共耽誤正常施工79 d，如按每孔工期為一個(gè)月計(jì)算，將延誤2個(gè)孔工期，大大降低施工效率，增加施工成本。

2井故原因分析

2.1地層破碎原因

經(jīng)初步分析，卡鉆及埋鉆事故是由地層破碎造成的，通過(guò)統(tǒng)計(jì)，由于地層破碎原因造成的井故占所有井故的60%，除仍在處理的10#孔井故外，誤工時(shí)間為48 d，占所有誤工時(shí)間的61%。通過(guò)綜合地質(zhì)柱狀圖(圖2)可以看出，3個(gè)破碎帶分別為142.03～166.23 m,227.03～243.83 m,361.93～391.43 m，由于都處于未分支段，分支孔施工過(guò)程中，鉆桿對(duì)破碎帶地層不斷抽打，加大了井故發(fā)生頻率[2]。

圖2　鉆孔綜合地質(zhì)柱狀圖

2.2注漿原因

現(xiàn)階段采取的注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿終壓達(dá)到注漿段設(shè)計(jì)值的前提下，注漿終量q≤50 L/min，并且持續(xù)時(shí)間不低于20 min。由于使用卡瓦式止?jié){塞，注漿持續(xù)20 min后，注漿流量會(huì)特別小，導(dǎo)致接觸卡瓦塞的水泥漿由于高壓環(huán)境很快凝固，最終不能提拉止?jié){塞，出現(xiàn)井故。

2.3設(shè)備老化原因

10#孔下鉆前沒(méi)有對(duì)鉆桿、鉆鋌等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)鉆鋌接口處的裂縫，鉆進(jìn)時(shí)受大扭矩導(dǎo)致鉆鋌折斷。

3改進(jìn)措施

(1)結(jié)合16#孔埋鉆情況，在鉆進(jìn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)地層破碎，須及時(shí)帶壓護(hù)壁，保證地層破碎帶成為整體，并且不掉塊時(shí)方可進(jìn)行鉆進(jìn)，同時(shí)，在施工組織設(shè)計(jì)編寫(xiě)時(shí)，應(yīng)把護(hù)壁注漿量考慮在內(nèi)。

(2)通過(guò)分析綜合地質(zhì)柱狀圖，破碎帶基本出現(xiàn)于上部未分支地層，但由于定向孔分支的原因，在破碎地層中下通天地質(zhì)套管是不合理的，為保證正常施工，可以在后期其他分支孔施工過(guò)程中，結(jié)合地質(zhì)柱狀圖及前期施工情況，提前在破碎地層處設(shè)置變徑，下入飛管(圖3)，既避免了分支孔施工過(guò)程中與管壁的摩擦，也能夠防止因地層破碎出現(xiàn)掉塊、塌孔，從而減小卡鉆、埋鉆的事故發(fā)生幾率。在下飛管時(shí)應(yīng)對(duì)其做特殊處理，使得上口為喇叭口，下口為馬蹄形的微喇叭，這樣可以避免掛卡鉆具，另外，下入飛管后應(yīng)著重考慮固管，防止后期施工中因飛管活動(dòng)造成不必要的井故[3]。

圖3　飛管簡(jiǎn)易圖

(3)針對(duì)止?jié){塞故障可以適當(dāng)優(yōu)化注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，流量小于50 L/min，并持續(xù)10 min，即可將漿液改換為水注入地層，持續(xù)10 min后，如流量沒(méi)有突然增大即可結(jié)束。這樣可以在高壓注漿時(shí)將止?jié){塞附近的漿液推送較遠(yuǎn)，給予提拉止?jié){塞時(shí)一定的行程，避免了止?jié){塞因沒(méi)有提拉空間而出現(xiàn)抱死，最終導(dǎo)致井故。

(4)在鉆桿或鉆具處理失敗后需要封孔進(jìn)行偏斜工作時(shí)，封孔待凝時(shí)間往往過(guò)長(zhǎng)，使得整個(gè)井故處理時(shí)間相應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，在此情況下可盡量減小水灰比，同時(shí)提高速凝劑添加量，在此基礎(chǔ)上加入適量的早強(qiáng)劑，一般使用食鹽及三乙醇胺作為早強(qiáng)劑，分別按水泥用量的5‰及0.5‰計(jì)算。這樣可以大大降低水泥達(dá)到所需強(qiáng)度的時(shí)間，使得井故盡快處理。

(5)加強(qiáng)各機(jī)臺(tái)工人的責(zé)任心，做到下鉆前必須檢查，如有異常立即處理，避免因施工人員疏忽造成不必要的損失。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)卡鉆、埋鉆等井故類(lèi)型及導(dǎo)致其發(fā)生的地層破碎、注漿標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備等原因的分析，針對(duì)性地給出了改進(jìn)建議，從根本上減少井故次數(shù)及井故處理時(shí)間，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)提高施工進(jìn)度，為以后分支孔的實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)，保證了工程的順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

[1]江天濤，馮士安.受控定向鉆探技術(shù)[M].北京： 地質(zhì)出版社，1994.

[2]吳松貴，余大有，馬江淮，等，地面注漿加固技術(shù)在深部巷道厚層破碎圍巖中的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2011,23(1):59-63.

[3]文小元.深井“飛管止水法”處理下管事故實(shí)例分析[J].甘肅地質(zhì)，2010,19(2)：88-90.

(收稿日期2016-02-23)

李響(1981—)，男，助理工程師，050021 河北省石家莊市匯通路39號(hào)。