繞障技術在水文水井中的應用

張建良

（北京市地質工程勘察院，北京100048）

繞障技術在水文水井中的應用

張建良*

（北京市地質工程勘察院，北京100048）

在水文水井施工中，經常出現一些鉆探事故，處理起來風險大、成本高、周期長，如果采用繞障技術可以有效地解決這些問題。介紹了常見的繞障方法，并對每種方法進行了分析，重點分析了螺桿鉆具繞障的關鍵技術特點，有良好的經濟和社會效益，對今后的施工起了重要的指導作用，具有推廣價值。

繞障；螺桿鉆具；水文井

在水文水井施工中，因為地層破碎、不穩定等原因，極易發生埋鉆、卡鉆等事故，一般處理方法是套掃，但是在實際施工中，特別是鉆孔口徑小、鉆具和鉆孔的環狀間隙不大，如果進行套掃處理，那么套銑筒和孔壁的間隙很小，如果地層發生掉塊、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，一般是先套后反，然后再套再反，如此反復直至事故處理完畢為止，在處理過程中，周期很長，花費很大，風險性也較大，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行側鉆，重新開一新孔，繞過事故段。我們在處理埋鉆過程中，首先考慮地層情況、孔內鉆具情況，來進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

加工專業的碎合金鉆頭，底部成蘑菇頭狀，利用鉆具在孔內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，在鉆進過程中會將鉆具一點一點地切掉，慢慢地會沿著鉆具方向偏離原孔。

1.2下入偏心楔

往孔內下入偏心楔，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，鉆頭會沿著偏心楔的角度慢慢偏離原孔。偏心楔一般用成型產品或自己加工都行，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180°，然后和另一部分進行焊接，就成了一個偏心楔。偏心楔加工完成后，利用鉆具送入孔內魚頂位置，用水泥固死。

1.3彎螺桿鉆具側鉆繞障

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

2　各種繞障方法優缺點

2.1特制合金鉆頭直接繞障

該方法優點是比較簡單易行，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，缺點是周期長，碎合金磨損嚴重，一般一個鉆頭使用20h左右，需要提鉆換新鉆頭，在今后的鉆進過程中，新眼可能會緊挨著老眼，因此事故鉆具有可能活動，影響下一步施工，因此有安全隱患。

2.2下入偏心楔

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

2.3彎螺桿側鉆

該方法優點是施工周期短，成功率較高，缺點是技術難度高，需要熟悉的專業人員來操作，另外成本高，為了繞障必須購置彎螺桿鉆具或請專業技術人員來指導。

3　繞障關鍵技術

由于前2種方法比較簡單，而使用彎螺桿繞障技術難度高，因此主要就彎螺桿繞障的關鍵技術進行分析。

3.1鉆孔分支點的確定

在繞障前必須確定分支點，分支點的選擇應從技術和經濟2個方面來衡量，如果分支點選的偏上，那么需要增加鉆探進尺，如果分支點選的偏下，會使在繞障施工中，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表，即原始記錄，選擇地層完整孔段，鉆進效率較高的孔段，也就是說地層相對較軟的孔段，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。一般分支點離事故頭30～50m，盡量做到即能減少鉆進工作量，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想封閉孔段，因此要注意以下幾點:

（1）選用425以上的高標號硅酸鹽水泥或G級油井水泥；

（2）配置純水泥漿液，為達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。為縮短水泥凝固時間,可加速凝劑,無水氯化鈣3%～5%,三乙醇胺0.1%；

（3）往孔內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預定位置,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的水泥漿壓送到預定位置,清水壓送量即灰漿替水量要準確計算,否則水泥漿被稀釋將影響水泥凝結強度,不少單位注漿失敗的主要原因之一就是壓漿替水量計算不正確,造成浪費,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

根據鉆孔口徑和現場泥漿泵的泵量，選擇相適應的螺桿型號。

選擇合適角度的螺桿鉆具，如果角度造斜參數過大會引起造斜后鉆桿折斷，太小則將會造斜失敗。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。另外現場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，以保證分支點的出入口通暢。

4　操作注意事項

（1）配置鉆具時，機上余尺盡量加高,只要有進尺就繼續鉆進,直到不進尺為止。

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

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

（4）加單根時一定使用旋繩擰卸鉆桿，防止下面鉆桿轉動，造成造斜角度和位置發生變化。

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

（6）全部出新眼后，繼續往下鉆進一定距離，防止換常規鉆具后，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井段過長，以免使鉆孔的井斜超標。

（7）鉆孔分支點一定要反復進行修整，保證提下鉆時通暢。

（8）繞障完畢轉入正常鉆進的初始階段,應當低轉速鉆進一段時間再把轉速適當提高。

5　結語

（1）分支孔段水泥封填封孔質量的好壞是側鉆分支繞障成功與否的關鍵。

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

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

（4）在孔內較穩定的情況下，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馬達工作時泥漿泵的泵壓。

（5）用側鉆技術繞過孔內事故鉆具,與傳統處理孔內事故方法相比具有安全、可靠、孔內不留隱患等特點,減少處理井內事故時發生的不良后果,與繼續處理井內事故和移井位相比,減少了人、財、物力的消耗,爭取了時間,保證了工期,具有良好的經濟效益和社會效益。

（6）使用螺桿鉆具繞障時需要對井場的主要機械設備進行檢修,以免在繞障時發生故障而導致提鉆。

（7）繞障時鉆機轉盤要定向鎖定,需提動鉆具時,方鉆桿不能提離方補芯,以免造成錯位,使已形成的臺階或新井報廢。

（8）側鉆成功后,應及時提鉆更換鉆具,以免造成局部井段彎曲過大,井斜超差嚴重,形成“狗腿”現象。應用鉆鋌扶正器或專用接頭進行擴井,避免給繼續鉆井和下套管帶來不利。

[1]李光華.螺桿鉆側鉆分支繞障技術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.側鉆技術在官2井卡鉆事故處理中的應用[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，高級工程師，現從事水文水井、地熱井鉆探新工藝、新技術研發工作。