71 mm同徑開口式導斜楔偏斜(繞障）施工技術

首照兵，盧文華，李躍成，李德新

(四川省煤田地質局一三七隊，四川達州 635006）

71 mm同徑開口式導斜楔偏斜(繞障）施工技術

首照兵，盧文華，李躍成，李德新

(四川省煤田地質局一三七隊，四川達州 635006）

針對采用繩索取心金剛石鉆進工藝施工中深孔和深孔時會經常遇到處理難度很大的復雜孔內事故和補采巖礦心(煤心）的情況，經反復實踐、完善、總結出了鉆孔同徑偏斜(繞障）施工技術。重點介紹了同徑開口式導斜楔的加工制作、下井前校驗、孔底架橋、投送方法、鉆具組合、鉆進注意事項及修孔操作要點。采用該項技術可以減少鉆孔報廢鉆尺、節約施工成本和縮短施工工期。

中深孔;深孔;同徑開口式導斜楔;偏斜(繞障）

1 概述

在采用繩索取心金剛石鉆進工藝施工的中深孔和深孔，鉆孔直徑一般為75～78 mm，經常會遇到處理難度很大的復雜孔內事故和補采巖礦心(煤心）的情況。復雜孔內事故(漏水孔起下鉆過程中跑鉆事故、超徑段斷鉆具無法摸頭事故）的處理要耗費大量人力、物力和財力、耽誤工期，設備損壞甚至鉆孔報廢;補采巖礦心(煤心）以往需拔起套管后擴孔再下異徑(大徑換小徑）導斜楔偏斜施工，使用繩索取心鉆桿擴孔時斷鉆桿頻繁(原因為鉆桿與鉆孔孔壁間隙過大），有時甚至誘發新的嚴重孔內事故。我隊探礦工程技術人員經過近2年的反復實踐、摸索和逐步完善，總結出了 71 mm同徑開口式導斜楔偏斜(繞障）施工技術。

2 偏斜(繞障）施工準備及導斜楔制作加工

2.1 偏斜(繞障）施工準備

(1）使用42.5號(或以上）硫鋁酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥作架橋材料，水灰比0.4～0.5;

(2）孔內灌注前應清洗鉆孔，把孔內低固相泥漿或無固相泥漿中的高聚物排出孔外，否則會影響水泥的凝固強度;

(3）先計算好水泥用量(水泥灌注高度應在事故頭以上15～20 m），經充分攪拌過濾后采用泵壓法將水泥漿灌注至導斜楔下放的目標位置(壓完水泥漿后須注入經事先計算好的頂替水量）;

(4）為了縮短水泥凝固時間，可加速凝劑，無水氯化鈣3%～5%，灌注后候凝72 h后方可下鉆具將多余的水泥塞掃掉;

(5）再投入碎石適量，用鉆具連接巖心管接手下至目標位置將碎石蹾實、蹾緊，其目的是保證架橋牢固，防止導斜楔在鉆具的撓動作用下移位;

(6）補采巖礦心(煤心）也可以采用廢舊鉆具剛性連接架橋;

(7）機械加工好下列備用材料: 28 mm×2 mm反絲螺母，1 m長 30 mm正反扣圓鋼(配套正細扣鎖接手或用焊接鎖接手）， 77 mm切鐵器及導向，77 mm巖心管接手，400 mm長 77 mm錐形工具，長度為0.3、0.5、1.0、1.5、2.0 m 73 mm巖心管;

(8）購買好 77 mm繩索取心平底金剛石鉆頭(HRC40～45）、 75 mm繩索取心平底金剛石鉆頭(HRC40～45）及 60 mm單管金剛石鉆頭若干; 50 mm鉆桿若干。

(1）用一根3 m長的廢 71 mm繩索取心鉆桿(要求有一端絲扣完好，便于連接下部穩定鉆具）做為導斜楔母體，另用一根1.8～2.2 m長的廢 89 mm繩索取心鉆桿做導斜楔內斜面(此方法主要是利用 89 mm繩索取心鉆桿的內徑半圓弧，便于 77 mm金剛石鉆頭能順利通過又不磨傷導斜楔內斜面），經精確畫線后用氧焊切割好，將熱變形消除后，再將焊疤用角磨機打磨平后用電焊焊接而成。

(2） 89 mm繩索取心鉆桿外徑圓柱面與導斜楔母體( 71 mm繩索取心鉆桿內徑圓柱面）要盡量緊密貼實并焊接牢固，焊接過程中要防止熱變形并將熱變形及時消除。

(3）焊接完成后，要求 89 mm繩索取心鉆桿導斜楔內斜面上無焊疤，影響鉆頭通過的焊疤必須用角磨機將其磨掉;導斜楔頂部外層 71 mm繩索取心鉆桿比 89 mm繩索取心鉆桿外徑圓柱面短100～200 mm，并將外層 71 mm繩索取心鉆桿頂端外表面用砂輪機盡量磨掉2～3 mm，保證下井后鉆頭能順利通過此處。如圖1所示。

圖1 71 mm同徑開口式導斜楔示意圖

(4）再將加工好的絲扣為 28 mm×2 mm反絲螺母焊接在離導斜楔頂部800 mm位置的內斜面上(先用氧焊將 89 mm繩索取心鉆桿做的導斜楔內斜面吹出螺母大小的孔，注意不能傷及 71 mm繩索取心鉆桿母體），焊接反絲螺母時要注意同軸度，必須將加工好正反扣的 30 mm圓鋼連接的反絲扣(絲扣為 28 mm×2 mm）同螺母連接好，先將螺母點焊，檢驗后再焊牢。目的是保證圓鋼與導斜楔保持同軸度，方能保證導斜楔下井順利。

(5）最后用加工好正反扣的 30 mm圓鋼連接(絲扣下反上正，上部也可用舊 65 mm鎖接手焊接），見圖2。

3 偏斜(繞障）施工技術要點

3.1 導斜楔下井前校直處理及投放注意事項

(1）導斜楔在下井前必須認真校直，將架橋用的1～2根鉆桿(最底部可切成馬蹄形，在孔內主要起防止導斜楔轉動作用）用管子鉗用力扳緊，用小榔頭將導斜楔頂部3 cm往 71 mm鉆桿外徑方向敲一定角度，再放入 89 mm套管內檢查能否順利通過，并且檢查導斜楔頂部兩層鉆桿壁接觸重疊處與 89 mm套管內壁的間隙情況，檢查能否轉動自如。

(2）要求導斜楔頂部兩層鉆桿壁接觸重疊處與 89 mm套管內壁能直接接觸又能靈活轉動。如不能靈活轉動或不能通過 89 mm套管，必須重新校直處理導斜楔。此步是保證整個施工成功的關鍵點之一。

(3）導斜前，先將普通鉆具下一趟至目的位置，確認孔內無掉塊或其他異常情況，以確保鉆具能正常下至目標位置。然后用鉆具連接導斜器下至目的位置，緩慢開正車將導斜楔倒脫后留在目標位置。

(4）注意必須保證導斜楔到達目的位置后才能開正車甩導斜楔，否則要提出全部鉆具重復上述操作。

3.2 偏斜鉆進前孔內導斜楔頂部技術處理及偏斜鉆具選擇

(1）用鉆具連接 77 mm巖心管接手(下接 65 mm舊尖接手作導向）或專門加工的錐形工具(如圖3所示，最大直徑77 mm，3個水口槽和3個合金槽，長度為400 mm，內扣連接絲扣為 65 mm尖接手粗扣）勻速下入井內目的位置上方0.5 m處。

(2）利用鉆機升降機操作讓鉆具上下輕蹾導斜楔頂部，提起0.3 m后再慢速輕壓開車掃孔，緩緩接觸導斜楔斜面頂部，再將鉆壓調至正常鉆進壓力的2/3，掃3～5 min后起鉆。

(3）起鉆后用游標卡尺測量巖心管接手或錐形工具上的磨痕直徑，以此來判斷導斜楔頂部處鉆孔內空位直徑，并以此確定下一步偏斜鉆進使用的鉆具。

(4）若鉆孔內導斜楔頂部處空位直徑小于77 mm，必須先使用小一級的 60 mm鉆具先鉆進一段小孔作為先導孔，再用 77 mm金剛石鉆頭(HRC40～45）連接切鐵器導向修、擴孔的方法反復修擴導斜楔頂部處空位，盡量增加此處間隙。必須保證 77 mm鉆頭能順利通過導斜楔頂部處空位后方能開始偏斜鉆進操作，否則可能會將導斜楔頂部掃進鉆頭內前功盡棄，該環節是偏斜鉆進能否成功的關鍵;若空隙處直徑大于77 mm，就可以用 77 mm鉆具直接偏斜鉆進。

3.3 偏斜鉆進鉆具組合、鉆進參數及注意事項

(1）鉆具組合要求:不論用 60 mm鉆具還是用 77 mm鉆具鉆進，必須堅持先采用短鉆具鉆進1～2回次，然后再逐回次加長粗徑鉆具，巖心管長度必須按先短后長的次序(0.3、0.5、1.0、1.5、2.0 m）逐回次加長巖心管，換用長巖心管時，必須保證巖心管接手位置在偏孔內，以保證鉆具在鉆進過程中粗徑鉆具不斷。巖心管接手上部用幾十米 50 mm鉆桿連接，方能保證導斜鉆進成功。

(2）鉆進參數:轉速83 r/min、鉆壓4 kN、泵量35 L/min;若鉆機動力為柴油機驅動，還可將柴油機供油量調小，盡量降低轉速。

(3）注意事項:在導斜鉆進的前幾個回次(偏斜進尺在2 m以內）時，若不進尺要注意活動鉆具，防止鉆具在同一位置長時間掃磨導斜楔內斜面將導斜楔斜面掃壞而達不到目的，遇長時間不進尺、活動后仍不進尺、孔內有異常響聲時要及時起鉆檢查鉆具、鉆頭內外徑磨損情況，并仔細分析井內情況。

(4）若偏斜井段地層較軟，建議使用硬質合金鉆頭;若偏斜井段地層較硬，建議使用金剛石鉆頭。

3.4 小徑偏斜后修、擴孔關鍵步驟操作要點

(1）在完整井壁段采用導斜楔施工，必須先采用直徑小一級的 60 mm鉆具先鉆進一段小徑先導孔后，再采用 77 mm鉆頭連接切鐵器導向進行修、擴孔作業。

(2）修、擴孔時鉆頭接觸 71 mm導斜楔頂端時轉速一定要慢、壓力要輕，此時 71 mm導斜楔頂端與孔壁間隙很小， 77 mm鉆頭很可能要將導斜楔頂部疊合處本體磨掉2～4 mm才能順利通過，要使用慢速低壓反復修、擴孔，直到換用新鉆頭能一次順利通過導斜楔頂端為止。

(3）起鉆后一定要用游標卡尺測量鉆頭的外徑，此項工作是關系到偏斜施工能否成功的關鍵步驟。3.5 71 mm同徑導斜楔投放后焊接螺母的處理

(1） 71 mm同徑導斜楔投放在井內目標位置后，用繩索取心金剛石鉆頭或單管金剛石鉆頭采用輕壓慢轉的方法將其掃掉即可。

(2）需特別注意的是，不要采用密集硬質合金鉆頭去掃焊接螺母，因為硬質合金鉆頭遇鐵質阻礙較易將導斜楔內斜面掃穿導致無法偏斜施工。

4 偏斜施工沖洗液性能控制

在偏斜施工中，若鉆孔孔深較淺、孔內干凈可直接采用無固相沖洗液護壁;若鉆孔井深較深、孔內有掉塊或垮塌現象必須采用低固相優質泥漿護壁，其性能指標控制如下:密度1.05～1.08 g/cm3，漏斗粘度24～28 s，失水量8～10 mL，pH值8～9。在采用低固相泥漿護壁時，一定要預先將CMC充分水化，優質鈉基膨潤土要充分攪拌，防止沒水解的CMC和沒攪散的土堵塞鉆桿或雙管鉆具，導致沖洗液不暢通。

5 現場應用實例

5.1 開江縣河井溝煤炭普查項目ZK10－3號鉆孔補煤偏斜施工

開江縣河井溝煤炭普查項目ZK10－3號鉆孔在井深434.00～435.00 m間將煤層打薄，測井時煤層底板井深為434.67 m，厚度為0.49 m，項目部地質組要求補煤或移孔重新施工。該孔鉆孔結構為:0～17.85 m，孔徑為130 mm;17.85～101.12 m，孔徑為110 mm;101.12～196.97 m，孔徑為91 mm，因該段掉塊嚴重用 89 mm繩索取心鉆桿做技術套管隔離;196.97～590.00 m，孔徑為76 mm。補煤井段巖性以三疊系上統須家河組六段石英砂巖為主，夾少許深灰色泥質粉砂巖，鉆孔井壁完整，無超徑現象。鉆機接補煤通知后，準備拔套管擴孔但套管拔不動，后采用了 71 mm同徑開口式導斜楔偏斜施工技術。先用30包42.5號水泥加30包氯化鈉作早強劑，水灰比為0.45，將鉆孔下部封閉架橋，候凝后將多余水泥塞掃掉，投入碎石蹾緊后投送 71 mm同徑開口式導斜楔，將導斜楔頂部固定在井深400.5 m處。按照前述方法掃孔后，因該段巖石堅硬，鉆孔孔壁無超徑現象，先采用小一級的 60 mm鉆具鉆進3.0 m的先導孔，再采用 76 mm金剛石鉆頭連接切鐵器導向擴孔，用了2個 76 mm金剛石鉆頭，順利解決了 71 mm同徑開口式導斜楔頂端與孔壁間隙很小正常鉆具無法通過的難題。最后采用 76 mm普鉆鉆具逐漸加長粗徑鉆具鉆進，成功將煤心補完，避免了移孔施工或處理套管后擴孔工序，既節約了工期和鉆探成本，又減少了報廢進尺，取得了一定的經濟效益。

5.2 宣漢縣黃金口煤炭普查項目ZK9－1號鉆孔2次孔故繞障施工

宣漢縣黃金口煤炭普查基金項目ZK9－1號鉆孔采用繩索取心金剛石鉆進工藝施工，施工至孔深1132.33 m時，發生了起大鉆途中斷鉆桿跑鉆事故。經反絲處理半個月后井內余3根立根和1套外管共41.5 m鉆具，后來用切鐵器去磨鉆桿事故頭時又發生卡鉆事故，經處理半個月后孔內又增加了6根立根、2根單根和1套推管器共80.7 m鉆具，導致孔內鉆具處理難度加大。為了節約事故處理時間，經研究決定采用 71 mm同徑開口式導斜楔繞障偏斜施工。

第一次因為沒有采取用反絲螺母連接鉆具送導斜楔，而是直接從孔口投送，導斜楔頂部降至孔深718.10 m時不再下降，用鉆具去追也原位不動，只好就在該位置進行偏斜施工。采用前述的方法進行偏斜施工取得成功，后期采用普鉆施工，施工至孔深1129.66 m時，偏孔軌跡與原繩索取心施工的鉆孔軌跡發生重合，導致發生卡鉆事故，在處理卡鉆事故時鉆具與原繩索取心施工的鉆孔軌跡交叉將原孔內的繩索取心鉆桿劃破，直至無法繼續施工。

為節約處理孔底鉆具的時間和減少繼續施工的風險，采用了第二次偏斜施工。這次施工吸取了前次導斜楔送不到位的教訓，采用了反絲螺母連接鉆具送導斜楔至預定位置1104.71 m，按照前述步驟操作，再次偏斜成功，后來順利施工至終孔孔深1236.18 m。

6 結語

在繩索取心金剛石鉆進工藝施工的中深孔和深孔中，采用 71 mm同徑開口式導斜楔導斜(繞障）施工技術可以繞過孔內無法處理事故鉆具直接鉆進和補采煤層，免于拔套管擴孔等工序，可以減少報廢進尺、節約施工成本和縮短施工工期，鉆探生產實踐驗證了該技術的可行性和有效性。

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Bypassing Barrier Construction Technique by Deviation with the Same Diameter of71mm Open Wedge

SHOU Zhao-bing，LU Wen-hua，LI Yue-cheng，LI De-xin(137 Geological Team of Sichuan Coalfield Geology Bureau，Dazhou Sichuan 635006，China）

According to the very complicated downhole accidents and supplement coring in medium-length and deep hole with wire-line diamond drilling，the bypassing barrier technique by wedge with same diameter of the borehole was summed up by repeated practice.The process of the wedge，the calibration before running down，hole-bottom bridging，setting method，bottom hole assembly，drilling attentions and hole-repairing operation points were emphasized.The technique is helpful to reduce abandoned drilling length with construction cost saving and short construction period.

medium-length hole;deep hole;open wedge with the same diameter of hole;deviation(bypassing barrier）

P634.7

:A

:1672－7428(2012）10－0036－04

2012－03－28;

2012－06－05

首照兵(1969－），男(漢族），重慶梁平人，四川省煤田地質局一三七隊高級工程師，鉆探工程專業，從事探礦工程技術管理工作，四川省達州市華蜀南路200號，zhaobingshou2000@163.com。