偏斜法處理鉆孔事故初探

胡世偉，雷　艷

（1.河南省地質礦產勘查開發局第五地質勘查院，河南鄭州450000；2.中國地質大學長江鉆頭公司，湖北武漢430074）

偏斜法處理鉆孔事故初探

胡世偉*1，雷艷2

（1.河南省地質礦產勘查開發局第五地質勘查院，河南鄭州450000；2.中國地質大學長江鉆頭公司，湖北武漢430074）

在小口徑巖芯鉆探孔施工中，經常會出現孔內事故，特別是發生燒鉆、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施工，且完全滿足地質設計要求和有關規范規程，是每個鉆探施工者必須面對的問題。在河南省偃龍煤田西村礦區的鉆探施工中，我們摸索并掌握了一套利用偏心楔補打斜孔處理燒鉆事故的施工技術，有效解決了深孔（1000m以下）燒鉆的問題，并完全滿足地質設計要求。

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位于鞏義市西南部，行政區隸屬鞏義市西村鎮、芝田鎮、魯莊鎮管轄。勘查區東西長約16.5km，南北寬約6.5 km，總面積99.08km2。

ZK1803鉆孔為地質詳查孔，設計孔深1350m，直孔，設計傾角為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。地質特征上部360m主要為第四系黃土層，含粘土、砂質粘土、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，由于泥漿泵堵塞，發生了嚴重燒鉆事故。在處理過程中，孔底又出現了斷鉆桿事故，經多次努力，仍不能處理成功。為了不報廢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），經研究決定在事故頭上方偏斜后繼續向下施工。

2　偏斜施工技術方案的確定

深孔偏斜對于我院來說是第一次，無任何經驗可談，只能依靠書本上介紹的方法施工。由于補打斜孔工序繁多、耗時費力、施工難度大、技術要求高，稍有不慎，可能會前功盡棄[1]，因此在施工前，集中我院鉆探技術人員的全部智慧，對該鉆孔的地層情況、施工情況進行仔細地分析，經綜合考慮各種因素，慎重地制定了一套施工技術方案。

經過對已采取的巖樣分析，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個步驟）進行。

第一步，用水泥砂漿封孔至1300m左右，使用600號高標號水泥，加減水劑，以盡快提高水泥砂漿的強度。待強度提高后用?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′，預計偏斜位置離楔子頂0.7～0.8m。其結構如圖1所示。

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

圖1　偏心楔結構簡圖（單位：mm）

4　偏斜

4.1封孔

按照研究的施工方案，用600號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。

4.2掃孔

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

4.3下放偏心楔

下偏心楔前，先要調好泥漿，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，巖芯管內裝滿0.5～1cm碎石，下部用膠泥封住，巖芯管內的腦袋下部用橡膠墊堵住（有兩個作用：防止碎石進入鉆桿；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個直徑為8mm的圓孔，偏心楔與厚壁巖芯管用2個?8mm的鋼性螺絲連接。楔子下到孔底后算準機上余尺，上提鉆具30～40cm，下墩，以剪斷螺絲（鉆機手把必須要控制好，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，嚴禁有外出刃，底出刃僅出露1～2mm，盡量不要內出刃。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，可換成更長一點的鉆具正常施工。替換鉆具的原則是：除剛偏斜時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偏斜的孔段內，以免磨楔子面。

第一次下50cm長的鉆具時，鉆具內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。

鉆進參數：轉速，80～85r/min；鉆頭壓力約600kg。鉆具平穩緩慢進尺即可，不可過快，嚴禁在同一地方長時間磨，以防止破壞楔子面。

經小心操作，偏斜成功。經十幾天的謹慎施工，將二1煤取出并順利終孔。經電測井，各項指標均符合地質設計及有關規范要求。

5　偏斜應注意的幾個方面

5.1偏心楔制作應注意的事項

制作偏心楔時，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，嚴禁出現臺階或其他不平的現象。如果擔心楔子面不夠結實，可在楔子面縱向上焊一長塊高強度鋼板。

5.2下放偏心楔應注意的事項

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，孔底嚴禁有沉渣。剪斷螺絲時，下放速度一定要快，同時要控制好鉆機手把，以利于剪斷螺絲且不至于損壞楔子面。

5.3鉆進時應注意的事項

楔子下放成功后，每次鉆具下到楔子頂部時，必須慢下，若遇阻，轉圈后再輕輕下放，嚴禁猛墩，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，直至平穩進尺，此時，進尺仍不能快。

鉆進時鉆具嚴禁上下竄動，以免碎石卡住鉆具。

鉆進不進尺時，必須立即采芯提鉆，嚴禁長時間在同一部位轉動，以免破壞楔子面。

孔底巖芯盡量采取干凈。

鉆具腦袋盡量快點離開楔子面，換鉆具時一定要保證腦袋在斜孔內。

6　幾點體會

施工超過1000m的鉆探孔，施工技術方法、技術規程參數與施工中淺孔有很大的區別，難度較大。在1000m以下偏斜，即使是煤田地質隊，以前也很少進行，施工經驗很少。但是，如果施工方案制定得當，施工時嚴格按照施工方案進行，將施工細節考慮全面一些，順利施工還是不太困難的。

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

[2] 韓廣德.中國煤炭工業鉆探工程學[M].北京：煤炭工業出版社.

[3]趙運興.煤田鉆探技術手冊[M].北京：煤炭工業出版社.

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，現從事鉆探技術及管理方面的工作。