定向分支孔井故原因分析及改進措施

李　響

(華北有色工程勘察院有限公司)

?

定向分支孔井故原因分析及改進措施

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，由于地層相對復雜，且注漿段埋深較深，屢屢出現井故，嚴重耽誤施工工期，增加生產成本。為了降低施工過程中井故發生頻率，根據井故發生的類型，分析了地層破碎、注漿、設備老化等導致井故的原因，提出了護壁注漿、下飛管、改進注漿結束標準及改善漿液性能等相關措施，實施后，最終解決了卡鉆、埋鉆、漿液待凝時間長等問題，在后期施工過程中一定程度上降低了井故發生頻率，加快了施工進度。

關鍵詞定向分支孔井故施工進度

定向分支孔技術具有鉆探成本相對較低、占地面積小等優點，已成為地面預注漿工程中不可或缺的施工工藝[1]。某鐵礦溜破系統地表預注漿工程現場施工場地有限，鉆探工作量為8 391.89 m，工期為237 d。該鐵礦溜破系統中破碎硐室及下部礦倉埋深為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工程造價的很大比重；另外，施工場地狹小，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，鉆機擺設極為困難，針對這種情況，有必要采用定向分支孔施工技術，選取少數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行分支施工，通過人工控制鉆孔軌跡進入預定靶區后轉為垂直孔注漿施工。該工藝可以節約大量非注漿段鉆探工作量和護壁管材，有效降低工程造價，同時減小了施工占地面積，縮短了施工工期。在施工過程中，由于地層相對復雜，破碎帶出現較為頻繁，導致在施工定向分支孔時，屢屢出現井故，耽誤工期，從而增加了生產成本，必須采取有效措施解決井故問題。

表1溜破系統注漿頂底板參數

m

1井故概述

定向孔于2015年8月陸續開孔，目前已終孔6個，其余仍在施工，對開工至今出現井故的孔做了統計，見表2。

圖1　注漿孔布置

表2　井故數據統計

10#孔井故簡述：10月9日，施工至450 m深度時，在200 m處發生鉆鋌斷折，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，在180 m處發生卡鉆，采用反絲鉆桿處理事故，11月10日處理完畢，分析原因為180 m處地層破碎坍塌，護壁注漿后正常鉆進。11月22日，施工至498 m深度時，在295 m處發生卡鉆，采用反絲鉆桿處理事故，孔內剩余一根鉆鋌；11月26日下鉆對坍塌地層進行掃孔時，再次發生埋鉆事故，至11月28日經反復提拉將掃孔鉆鋌處理完畢；由于上部地層坍塌嚴重，下部鉆鋌無法繼續處理，鉆鋌所處位置為470 m。

16#孔井故簡述：8月1日，鉆進至603 m處，由于上部地層破碎，前期沒有做護壁處理，發生埋鉆事故，后經反絲鉆桿處理，于8月29日完成井故處理，恢復正常施工。9月21日，第三注漿段注漿，當注漿量達57 m3，注漿壓力為10.7 MPa時，發生止漿塞抱死事故，利用千斤頂對其進行了頂拉處理，后換反絲鉆桿處理，由于卡瓦式止漿塞無法處理，最終采取掃碎措施。

通過上述分析，不計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月計算，將延誤2個孔工期，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

經初步分析，卡鉆及埋鉆事故是由地層破碎造成的，通過統計，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，誤工時間為48 d，占所有誤工時間的61%。通過綜合地質柱狀圖(圖2)可以看出，3個破碎帶分別為142.03～166.23 m,227.03～243.83 m,361.93～391.43 m，由于都處于未分支段，分支孔施工過程中，鉆桿對破碎帶地層不斷抽打，加大了井故發生頻率[2]。

圖2　鉆孔綜合地質柱狀圖

2.2注漿原因

現階段采取的注漿結束標準：注漿終壓達到注漿段設計值的前提下，注漿終量q≤50 L/min，并且持續時間不低于20 min。由于使用卡瓦式止漿塞，注漿持續20 min后，注漿流量會特別小，導致接觸卡瓦塞的水泥漿由于高壓環境很快凝固，最終不能提拉止漿塞，出現井故。

2.3設備老化原因

10#孔下鉆前沒有對鉆桿、鉆鋌等設備進行檢測，未發現鉆鋌接口處的裂縫，鉆進時受大扭矩導致鉆鋌折斷。

3改進措施

(1)結合16#孔埋鉆情況，在鉆進過程中，如發現地層破碎，須及時帶壓護壁，保證地層破碎帶成為整體，并且不掉塊時方可進行鉆進，同時，在施工組織設計編寫時，應把護壁注漿量考慮在內。

(2)通過分析綜合地質柱狀圖，破碎帶基本出現于上部未分支地層，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程中，結合地質柱狀圖及前期施工情況，提前在破碎地層處設置變徑，下入飛管(圖3)，既避免了分支孔施工過程中與管壁的摩擦，也能夠防止因地層破碎出現掉塊、塌孔，從而減小卡鉆、埋鉆的事故發生幾率。在下飛管時應對其做特殊處理，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，下入飛管后應著重考慮固管，防止后期施工中因飛管活動造成不必要的井故[3]。

圖3　飛管簡易圖

(3)針對止漿塞故障可以適當優化注漿結束標準，當達到設計壓力，流量小于50 L/min，并持續10 min，即可將漿液改換為水注入地層，持續10 min后，如流量沒有突然增大即可結束。這樣可以在高壓注漿時將止漿塞附近的漿液推送較遠，給予提拉止漿塞時一定的行程，避免了止漿塞因沒有提拉空間而出現抱死，最終導致井故。

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

(5)加強各機臺工人的責任心，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結語

本文通過對卡鉆、埋鉆等井故類型及導致其發生的地層破碎、注漿標準、設備等原因的分析，針對性地給出了改進建議，從根本上減少井故次數及井故處理時間，在保證施工質量的同時提高施工進度，為以后分支孔的實施打下良好的基礎，保證了工程的順利實施。

參考文獻

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

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

[3]文小元.深井“飛管止水法”處理下管事故實例分析[J].甘肅地質，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。