鉆探施工過程中,為了保證鉆孔質(zhì)量,貫徹預(yù)防為主,加強(qiáng)對鉆孔偏斜的預(yù)防工作是十分必要的。由于促使鉆孔偏斜的原因比較復(fù)雜,在不同條件下,各種因素對鉆孔偏斜的影響也不同,因此,我們必須根據(jù)每個地區(qū)和鉆孔地質(zhì)的條件,進(jìn)行具體分析,有針對性地確定預(yù)防孔斜的措施。

    1 孔斜的原因及危害

    實(shí)踐表明,造成鉆孔偏斜的原因有地質(zhì)條件、鉆具結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)技術(shù)措施、操作技術(shù)以及設(shè)備安裝質(zhì)量等諸多因素?？陀^上說,由于所鉆地層的傾斜和非均勻質(zhì)性使鉆頭受力不平衡造成鉆孔偏斜;技術(shù)說,下部鉆具受壓發(fā)生彎曲就會使鉆頭偏斜導(dǎo)致孔斜;主觀上說,即使有良好的防斜鉆具也會因操作不當(dāng)而造成孔斜。

    地質(zhì)因素中主要是地層傾角,當(dāng)?shù)貙觾A角小于45°時,鉆孔一般沿上傾方向偏斜;大于60°時,鉆孔將順著地層面下滑發(fā)生偏斜;而地層傾角在45°～60°之間是不穩(wěn)定區(qū),即有時向上或向下傾斜。實(shí)踐表明,輕壓吊打,孔打得比較直。這時施于鉆頭上的軸向壓力僅是鉆鋌重量的極少部分。當(dāng)鉆壓小于彎曲臨界值時,鉆頭無傾角,孔不易打斜;當(dāng)鉆壓大于彎曲臨界值時,使彎曲切點(diǎn)移向鉆頭,鉆頭傾角大,孔最易打斜。因此,鉆柱失穩(wěn)、鉆頭傾斜是孔斜的主要原因。在換層時的地層由軟到硬和又硬到軟都會引起孔斜;鉆鋌的直徑和剛性如果小,會造成鉆具和孔徑的間隙過大,形成鉆頭傾角大,鉆孔易打斜。

    孔斜過大,會使整個鉆孔偏離設(shè)計(jì)位置,內(nèi)偏、外偏或使相鄰孔間距較大,影響凍結(jié)效果和質(zhì)量。在偏斜的鉆孔內(nèi),鉆柱易靠在井壁的一側(cè)。旋轉(zhuǎn)時發(fā)生嚴(yán)重摩擦,在孔斜突變段鉆桿彎曲易使鉆桿磨損和發(fā)生疲勞折斷,也可能造成井壁坍塌或鍵槽卡鉆等事故。會造成下凍結(jié)管或套管困難,同時下入的管材不易居中,這往往使凍結(jié)管受力不均勻,容易產(chǎn)生斷管事故發(fā)生。

    2 預(yù)防方法

    一個鉆孔的孔斜變化主要取決于造斜力和降斜力二者之間的平衡。控制孔斜的方法通常采用有力的防斜鉆具,以減小鉆頭上的造斜,使孔斜不超一定的允許范圍,允許加大鉆壓提高鉆速。同時還需要掌握井下地層變化規(guī)律,在特定鉆孔條件下采取有效鉆進(jìn)技術(shù)措施與操作技術(shù),才能取得預(yù)期的效果。

    2.1 精心制定組織設(shè)計(jì)

    在掌握了礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)綜合井檢資料地質(zhì)傾角規(guī)律的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)滿足要求和適合地質(zhì)情況施工的鉆孔,是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要途徑。(1)依據(jù)地質(zhì)綜合井檢資料制定鉆進(jìn)過程中有關(guān)控制辦法及技術(shù)操作規(guī)程。(2)根據(jù)鉆孔要求做好設(shè)備選型,作業(yè)期間所受最大負(fù)荷不得超過鉆機(jī)額定負(fù)荷能力的80℅。做好鉆具組合、鉆井液參數(shù)、鉆頭及鉆進(jìn)參數(shù)的設(shè)計(jì)。(3)按要求及時測斜、作圖,分析研究,以指導(dǎo)鉆進(jìn)工作。做好鉆孔發(fā)生偏斜時的措施。

    2.2 確保設(shè)備、安裝、開孔質(zhì)量

    檢修好機(jī)械設(shè)備,做到鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,鉆機(jī)在載荷下不晃動,不偏離;設(shè)備安裝做到平衡正確:(1)鉆場要確保地基堅(jiān)實(shí)、夯實(shí)、平整,滿足使用厚度;(2)鉆機(jī)安裝必須水平、穩(wěn)固,天車、游車和轉(zhuǎn)盤中心三點(diǎn)必須在一條鉛垂線上;(3)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求對轉(zhuǎn)盤找平找正。

    把好開孔關(guān)是防斜的基礎(chǔ),應(yīng)做到:(1)開孔前,認(rèn)真對鉆機(jī)找平找正;(2)開孔時使天車,方鉆桿、孔位在同一垂線上;(3)開孔時,選用調(diào)直的四方鉆桿,采用高轉(zhuǎn)速,小壓力鉆進(jìn)。(4)開孔時用的鉆鋌、鉆具要直。使用合金鉆頭以輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn);在軟地質(zhì)層鉆進(jìn)時,改善沖洗液性能,鉆進(jìn)時減少泵量。兩翼或多翼全面鉆頭,要使翼片對稱,全面鉆進(jìn)時,應(yīng)加鉆鋌和導(dǎo)向。

    2.3 鉆具要求

    根據(jù)目前鉆孔鉆進(jìn)所用的管材條件,宜選用直徑大、剛性大的鉆鋌,并盡可能減小下部鉆柱與孔壁的間隙。為了增強(qiáng)鉆具的導(dǎo)向性能,鉆具結(jié)構(gòu)符合:(1)長:一般粗徑鉆具長為7～10m左右為宜。(2)剛:最好采用高頻表面淬火厚壁無縫鋼管做巖心管。(3)粗:可用萊利特合金補(bǔ)強(qiáng)。(4)重:要求粗徑鉆具有一定重量,或用鉆鋌加壓,以改善整套鉆具的工作條件。(5)支:為了增加耐磨性,可在異徑接頭表面堆焊萊特合金補(bǔ)強(qiáng)。(6)直:要求所用鉆桿、巖心管要筆直,連接后要同心,以增加回轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性。

    3 采用合理的鉆進(jìn)方法和鉆進(jìn)工藝

    (1)正確地根據(jù)地層特點(diǎn)選擇鉆進(jìn)方法。堅(jiān)硬的地層,可使用鑲齒鉆頭鉆進(jìn)以減少鉆孔彎曲。(2)合理地確定鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)及操作技術(shù)。根據(jù)巖層的研磨性、軟硬、破碎性、抗壓能力等,選擇水量、轉(zhuǎn)速,在不同的巖層,合理采用進(jìn)尺速度。當(dāng)巖石換層時,鉆孔最容易彎曲,根據(jù)換層時鉆孔彎曲的一般規(guī)律,在巖層由軟變硬時,軸心壓力要適當(dāng)減輕,一般為正常鉆進(jìn)壓力的三分之二,轉(zhuǎn)數(shù)也應(yīng)適當(dāng)降底;當(dāng)巖層由硬變軟時,軸心壓力也要適當(dāng)降底,一般為正常給進(jìn)鉆壓的三分之一,并適當(dāng)加長粗徑鉆具。在鉆進(jìn)松散地層或破碎帶時,要加長粗徑鉆具,采用優(yōu)質(zhì)泥漿,并嚴(yán)格控制沖洗液量,以保護(hù)孔壁,使孔徑不致過大。(3)正確選擇鉆具的配合。鉆桿與巖心管的選擇應(yīng)考慮回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的彈性振動對鉆孔的影響,一般深度大于500m的鉆孔,直徑較細(xì)的鉆桿柔性增強(qiáng),伸縮性增大,鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中因周期性彈性振動,所產(chǎn)生的俯沖壓力也大;選擇合理的鉆具組合搭配,可以減小鉆具的伸縮性,減輕對鉆頭的俯沖壓力。(4)選擇更新的鉆探工藝,控制鉆孔彎曲。利用新工藝,新技術(shù),采用綜合手段,使鉆孔按照設(shè)計(jì)方案和路線行進(jìn)。

    4 塔式鉆具的應(yīng)用

    塔式鉆具目前是國內(nèi)外廣泛使用的一種防斜鉆具。實(shí)踐證明,塔式鉆具鉆出的井眼比較規(guī)則,井斜變化率不大,對于井徑易擴(kuò)大的地層特別有效(如松軟地層、鹽巖層等)。近年來我國超深井也傾向于使用塔式鉆具,如在四川龍女6000m超深井使用的塔式鉆具,在3000m以內(nèi)的鉆孔段井斜最大為1°45′,3000～4210m鉆孔段井斜最大為1°,效果很好。使用塔式鉆具,關(guān)鍵在于下部鉆具的重量大、重心低。鉆鋌柱的重心要低于全部鉆鋌長度的1/3,所用鉆壓應(yīng)控制在全部鉆鋌重量的75%～80%以內(nèi),以防止由于鉆壓過大使上部鉆鋌和鉆具嚴(yán)重彎曲而造成孔斜的橫向力。此外,使用塔式鉆具時,要注意環(huán)形間隙較小,循環(huán)鉆井液時泵壓高,轉(zhuǎn)盤負(fù)荷可能增大,鉆頭易泥包以及在易坍地層卡鉆等問題。塔式鉆具常用鉆具結(jié)構(gòu)為Φ190鉆頭+Φ178mm鉆鋌×6根+Φ165mm×4根+Φ146mm×2根+Φ114mm鉆桿或Φ89mm鉆桿。