巖芯鉆探的防斜和糾斜

刁長(zhǎng)河（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì) 哈密 839000）

巖芯鉆探的防斜和糾斜

刁長(zhǎng)河
（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì) 哈密 839000）

分析了造成巖芯鉆探中鉆孔偏斜的幾方面的原因，介紹了鉆孔防斜的方法，并進(jìn)一步探討了鉆孔糾斜的注意要點(diǎn)。

巖芯鉆孔防斜糾斜

由于實(shí)際靶區(qū)和環(huán)境限制，地質(zhì)設(shè)計(jì)對(duì)鉆探偏斜往往有比規(guī)范要求更嚴(yán)格的時(shí)候。一方面，因?yàn)樘厥獾貙雍豌@具級(jí)配等方面的影響，鉆孔跑斜或嚴(yán)重跑斜經(jīng)常發(fā)生，這就需要我們一方面從理論上設(shè)計(jì)控制，一方面從實(shí)踐中研究和總結(jié)并解決鉆探施工過(guò)程中的防斜和糾斜問(wèn)題。

1　造成鉆孔偏斜的因素

第一，鉆具級(jí)配不合理。巖芯鉆探基本以小幾厘米為主，正常以Φ46～Φ91為多，這些年隨鉆探市場(chǎng)的增多，應(yīng)運(yùn)而生的工器具加工企業(yè)迅速增多，造成鉆探器具級(jí)配混亂。主要表現(xiàn)在：鉆桿、鉆具不匹配，鉆具、鉆頭不匹配，多種不匹配是引起鉆探施工易斜的原因之一。

第二，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

（1）地層傾角較大。一般情況下，地層傾角小于45°時(shí)，鉆孔不易偏斜，而當(dāng)鉆孔地層傾角介于45°～65°時(shí)，鉆孔即存在易偏斜的傾向，但正常較易防治，當(dāng)鉆孔地層傾角介于65°～90°時(shí)，鉆孔極易偏斜，且用簡(jiǎn)單的方法根本無(wú)法控制。

（2）地層軟硬互層頻繁。在地層硬度相對(duì)保持穩(wěn)定的情況時(shí)，鉆探施工不易發(fā)生偏斜現(xiàn)象，而當(dāng)?shù)貙觾A角較大，且軟硬互層頻繁時(shí)，鉆孔偏斜極易發(fā)生。

（3）巖石力學(xué)結(jié)構(gòu)不均勻，同一塊巖體，多向應(yīng)力分布不均勻，且軟硬也不均勻，也可能造成鉆探施工過(guò)程中的偏斜問(wèn)題。

2　鉆孔防斜

鉆孔防斜采取由簡(jiǎn)到繁的步驟：

第一步，合理鉆具級(jí)配。

多年的研究和實(shí)驗(yàn)，合理的鉆具級(jí)配是鉆探施工設(shè)計(jì)和實(shí)施必須優(yōu)先考慮和規(guī)范的問(wèn)題，并且我國(guó)的鉆具級(jí)配基本已經(jīng)形成一套系列規(guī)范，非特殊情況，當(dāng)選為宜。

例如：Φ75（Φ76、Φ77）鉆頭→Φ75.5（Φ76.5、Φ 77.5）擴(kuò)孔器→Φ73巖芯管→Φ71（Φ72）鉆桿。

Φ95（Φ96、Φ97、Φ98）鉆頭→Φ95.5（Φ96.5、Φ 97.5、Φ98.5）擴(kuò)孔器→Φ89巖芯管→Φ89（Φ90、Φ92）鉆桿。

第二步，選擇合理的鉆頭。

在嚴(yán)重偏斜地層施工，適合的鉆頭可以達(dá)到事半功倍的效果。

當(dāng)巖層傾角較大，但強(qiáng)度比較穩(wěn)定時(shí)，選擇平底鉆頭為宜。

當(dāng)巖層傾角較大，且強(qiáng)度、軟度不均勻時(shí)，可以先施工試驗(yàn)孔，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，再選擇合適的鉆頭，正常情況下：

當(dāng)遇頂層進(jìn)地層時(shí)，當(dāng)選外錐形鉆頭為宜，如圖1：

圖1　外錐形鉆頭

當(dāng)遇順層跑地層時(shí)，當(dāng)選內(nèi)錐形鉆頭為宜，如圖2：

圖2　內(nèi)錐形鉆頭

通常外錐形鉆頭可選臺(tái)階式，即3～4級(jí)為宜，內(nèi)錐形鉆頭以平滑面為宜。

第三步，特殊鉆具。

（1）偏心鉆具：偏心鉆具更適合于孔徑較大的鉆孔，防斜僅限于鉆孔上漂的鉆孔。

當(dāng)鉆孔軌跡偏離設(shè)計(jì)軌跡（更多為直孔）的時(shí)候，使用偏心鉆具，可以有效地加重偏心，利用自然重力的作用使鉆孔趨向于垂直地心即垂直方向。

該鉆具在使用的過(guò)程中，如果想達(dá)到較好的效果，必須是有條件達(dá)到鉆具轉(zhuǎn)速500r/min以上（小口徑），或200r/min以上（大口徑），當(dāng)鉆孔深度較深（超1 000m）或回轉(zhuǎn)空間較小的情況下，該鉆具不宜使用。

偏心鉆具的加工簡(jiǎn)易行，一般在野外施工現(xiàn)場(chǎng)即可完成，偏心比例以10%左右為宜，小則效果不好，大則易生成井內(nèi)事故。

應(yīng)該注意，對(duì)于設(shè)計(jì)斜孔，且鉆孔下斜的情況，禁用。

（2）塔式鉆具：塔式鉆具分塔式和倒塔式。塔式鉆具的使用，也應(yīng)該以易偏斜地層的試驗(yàn)孔為依據(jù)選擇。塔式鉆具防斜效果較好，但在使用過(guò)程中，必須檢查鉆具加工的同心度，即在地表組裝完成后，懸空空轉(zhuǎn)檢查，不同心者，不能下井，另外塔式鉆具適宜于比較完整的地層，不易卡鉆、埋鉆的孔段。

（3）鋼性鉆具：鋼性鉆具，即為鉆具前端鋼性較好，抗彎曲的鉆具，在地層完整、應(yīng)力穩(wěn)定、強(qiáng)度較大且均勻的地層，鋼性鉆具防斜效果良好。

鋼性鉆具，可采用特殊的厚壁原材料為巖芯管制作，也可以用普通的巖芯材料特制而成，以加強(qiáng)巖芯管的導(dǎo)正性，從而以物理功效防止鉆孔偏離。

（4）鉆進(jìn)參數(shù)：

①鉆壓：設(shè)計(jì)斜孔，但鉆孔下斜的情況下，加大鉆壓50%～100%；設(shè)計(jì)斜孔，但鉆孔上漂的情況下，減小鉆壓至少50%。

②轉(zhuǎn)速：當(dāng)遇鉆孔偏斜時(shí)不宜過(guò)高。

③泵量：當(dāng)遇鉆孔偏斜時(shí)，提高泵量不小于50%，以便保證鉆進(jìn)工作面的清潔。

3　鉆孔糾斜

鉆孔糾斜是鉆探施工過(guò)程中不可避免要遇到的問(wèn)題。

當(dāng)前石油鉆井，糾斜一系列的技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)很成熟，而在巖芯鉆探施工方面，糾斜仍然有待嘗試。

首先，小口徑糾斜，設(shè)備不配套，糾斜成本高，技術(shù)不熟練，因此多以鉆孔報(bào)廢為首選。但是，在以后的鉆探施工中，糾斜必須為一項(xiàng)可行的手段，否則深度鉆探技術(shù)將難以達(dá)到預(yù)期靶區(qū)。

到目前為止，鉆井糾斜以沖洗及傳遞脈沖信號(hào)，孔底隨鉆測(cè)斜、定位、螺桿鉆具輔助來(lái)完成，效果良好，技術(shù)成熟。但在巖芯鉆探中，應(yīng)當(dāng)注意以下要點(diǎn)：

（1）口徑不易太小。雖然螺桿鉆具從理論上可以做到任何規(guī)格，但實(shí)踐中，螺桿規(guī)格太小，將會(huì)因?yàn)橐簞?dòng)動(dòng)力不足，難以達(dá)到設(shè)計(jì)或預(yù)期糾斜目標(biāo)。

（2）留有恰當(dāng)?shù)募m斜空間。常用螺桿彎度（彎接頭）1°～2°，螺桿長(zhǎng)度5～8m。如果螺桿直徑和鉆孔口徑間隙太小，螺桿及彎接頭難以下入孔底，或者即使下入孔底，也是螺桿上端和鉆頭處于同一井壁方向，達(dá)不到糾斜目標(biāo)。通常，螺桿直徑應(yīng)小于孔徑20～40mm為宜。

（3）對(duì)于無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀，必須配備有效的除沙、除泥設(shè)備，保證沖洗液的清潔。

（4）配備足夠泵量和泵壓泥漿泵。通常，Φ75口徑的鉆孔，Φ50的螺桿，泵量不低于300 L/min，泵壓不小于10mpa。Φ120～Φ89螺桿，泵量應(yīng)在800～1 000 L/min，泵壓不小于13mpa。

（5）配備足夠強(qiáng)度的鉆桿。鉆桿在受力時(shí)如撓度太大，將會(huì)造成井底設(shè)備儀器定位偏差，從而造成糾斜方位偏差，導(dǎo)致糾斜失敗。

（6）糾斜孔段一般控制在10m以內(nèi)，當(dāng)糾斜效果不明顯時(shí)，可換用較大角度的螺桿（彎接頭）。當(dāng)測(cè)斜儀已經(jīng)顯示有糾正趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)停止糾斜，正常鉆進(jìn)至可測(cè)當(dāng)前孔底傾角及方位時(shí)再采取下一步措施。

收稿：2016-04-06

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