復雜地層鉆孔下管技術

蔣頂輝

（安徽省煤田地質局第一勘探隊，安徽淮南232052）

復雜地層鉆孔下管技術

蔣頂輝*

（安徽省煤田地質局第一勘探隊，安徽淮南232052）

花家湖井田H01002孔在鉆進推覆體寒武灰巖過程中，多次出現漏水及溶洞，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方法。詳細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措施、出現的問題和解決方法。

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巖，巖石堅硬，裂隙、溶洞發育，鉆孔施工過程中經常發生漏水、坍塌、掉塊，在孔深388～495m之間發育3個溶洞，495m以下灰巖地層破碎，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。為保證施工正常進行，結合該井田以往的成功經驗綜合考慮，決定下入?139.7mm×7.72mm石油套管護壁，并用水泥固管。根據鉆探和測井資料確定522～670m為原地層，雖破碎但未發現漏水，672～675m處為細砂巖，巖芯完整堅硬，可作為套管的承力層，據此確定下管深度確定為673m。

2　擴孔工藝

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

擴孔鉆具組合：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。使用泥漿護壁擴孔鉆進，鉆進參數：轉速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。起鉆時丈量鉆具全長，校正孔深，確保套管位置正確無誤。

鉆進過程中隨時注意鉆頭使用情況，每一原班起鉆檢查一次，發現軸承松曠時及時更換，確保孔內安全和鉆進效率。

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

鉆進時每一回次反復掃擴孔不低于2次，以保持孔徑規則，保證套管下放順利。

3　準備工作

擴孔到底后，使用2根?139.7mm套管（20m±）擼孔，第一次擼孔至深度520m時遇阻，經人工回轉和反復提竄無效后提鉆，下人原鉆具經過掃擴孔后第二次擼孔至550m仍下不去，后經反復擴掃仍無效果。經仔細研究測斜資料發現520～580m孔段頂角由2.4°急增至4.7°，方位變化達60°，造成孔內形成較大的彎曲，而掃擴孔并不能消除其影響，且因用牙輪鉆頭擴孔，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，利用金剛石鉆進孔壁規則的優點，并結合輕壓快轉的鉆進工藝以加大孔徑、使孔壁規則并消除孔壁螺旋槽，掃孔至620m進入原地層后，使用2根?139.7mm套管一次性擼孔到底。

4　下套管

下套管前，施工鉆機仔細檢查了天輪、鉆塔、繃繩、鉆機連接螺絲，維護保養了水泵、鉆機，準備充足各種下管工具；套管絲扣檢驗合格；同時提前做好各項地面工作，確保下管工作持續不間斷。

因下入的套管重量大（179kN），已超出鉆機的提升能力（4×40kN），為保證孔內安全、順利下管并減輕鉆機提升負荷，采用了套管柱中部加入浮力閥的技術方法克服。浮力閥為提前制作的水泥閥，水泥塞長度2m，養護14d以上。經計算，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向。

施工時因前期準備工作充分、細致，各工種密切配合，經過8h奮戰套管順利下到預定位置（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泥漿，接上替漿接頭開泵循環，泵量167L/min，此時泵壓2MPa，循環10min后，調制水泥漿開始進行固管作業。

5　固管施工

該孔因上部推覆體灰巖段漏水，不能實現滿固，決定只封固下部180m孔段（492～673m）。經計算確定水泥漿量1.74m3，PC32.5級復合水泥用量2t，水灰比0.5，使用攪拌桶機械攪拌，既降低了工人勞動強度又能保證水泥漿質量。經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，再由套管底口向上充填套管與孔壁之間的環狀間隙，替漿液為稀泥漿，替漿量7.9m3，管內水泥塞21m，保證固管質量及安全。

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

分析認為：固管過程中，套管外環狀間隙內的巖粉、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，并堵塞循環通道造成憋泵。

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

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

6　采用的技術措施

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

（2）確定擴孔鉆進工藝，使用三牙輪鉆頭+?121mm鉆鋌的鉆具組合，利用?121mm鉆鋌加壓扶正，泥漿護壁擴孔鉆進，擴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。

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

（4）為保證孔內安全、順利下管減輕鉆機提升負荷，在套管柱中加入自制水泥浮力閥，浮力閥位置經計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向。

（5）下套管前，仔細檢驗套管絲扣，準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，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泥漿，然后接上替漿接頭開泵循環，以清除下管過程中碰落到孔底的雜物。如果能正常循環則固管，如果不能正常循環則不固管，恢復鉆進。根據鉆進時的反應，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；替漿量計算準確，防止壓穿，保證管內留10～20m水泥柱。

（8）替漿結束后，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，水泥養護72h才能解閥，120h后才能透孔鉆進。

（9）下完套管后的鉆進過程中，為保護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箍，并根據磨損程度及時更換。

7　結語

（1）在設備能力（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措施。

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

（3）嚴格執行必要的、有針對性的技術措施是安全順利施工的保證。

（4）鉆探、地質與測井密切配合，并結合以往的成功經驗綜合考慮，是本次下管成功的技術基礎。

（5）認真分析研究基礎資料、集思廣益確定的施工技術方法措施就能最大限度減少施工難度、降低風險。

［1］王世光.鉆探工程（上）［M］.地質出版社，1987.

［2］國土資源部.固體礦產鉆探工［M］.地質出版社，1999.

［3］國土資源部.水文水井鉆探工［M］.地質出版社，1999.

［4］中國地質調查局.深部地質鉆探技術培訓交流會材料（合肥）［R］.2012.

［5］國土資源部.DZ/T0227-2010地質巖心鉆探規程［S］.中國標準出版社，2010.

［6］中華人民共和國國家發展和改革委員會.MT/T1076-2008煤炭地質鉆探規程［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，現從事定向鉆探技術研究與應用，鉆探新技術、新工藝的研究和推廣技術工作。