巖芯鉆探的防斜和糾斜

刁長河（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊 哈密 839000）

巖芯鉆探的防斜和糾斜

刁長河
（新疆維吾爾自治區有色地質勘查局704隊 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，并進一步探討了鉆孔糾斜的注意要點。

巖芯鉆孔防斜糾斜

由于實際靶區和環境限制，地質設計對鉆探偏斜往往有比規范要求更嚴格的時候。一方面，因為特殊地層和鉆具級配等方面的影響，鉆孔跑斜或嚴重跑斜經常發生，這就需要我們一方面從理論上設計控制，一方面從實踐中研究和總結并解決鉆探施工過程中的防斜和糾斜問題。

1　造成鉆孔偏斜的因素

第一，鉆具級配不合理。巖芯鉆探基本以小幾厘米為主，正常以Φ46～Φ91為多，這些年隨鉆探市場的增多，應運而生的工器具加工企業迅速增多，造成鉆探器具級配混亂。主要表現在：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，地質結構復雜。

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

（2）地層軟硬互層頻繁。在地層硬度相對保持穩定的情況時，鉆探施工不易發生偏斜現象，而當地層傾角較大，且軟硬互層頻繁時，鉆孔偏斜極易發生。

（3）巖石力學結構不均勻，同一塊巖體，多向應力分布不均勻，且軟硬也不均勻，也可能造成鉆探施工過程中的偏斜問題。

2　鉆孔防斜

鉆孔防斜采取由簡到繁的步驟：

第一步，合理鉆具級配。

多年的研究和實驗，合理的鉆具級配是鉆探施工設計和實施必須優先考慮和規范的問題，并且我國的鉆具級配基本已經形成一套系列規范，非特殊情況，當選為宜。

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

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

第二步，選擇合理的鉆頭。

在嚴重偏斜地層施工，適合的鉆頭可以達到事半功倍的效果。

當巖層傾角較大，但強度比較穩定時，選擇平底鉆頭為宜。

當巖層傾角較大，且強度、軟度不均勻時，可以先施工試驗孔，根據試驗結果，再選擇合適的鉆頭，正常情況下：

當遇頂層進地層時，當選外錐形鉆頭為宜，如圖1：

圖1　外錐形鉆頭

當遇順層跑地層時，當選內錐形鉆頭為宜，如圖2：

圖2　內錐形鉆頭

通常外錐形鉆頭可選臺階式，即3～4級為宜，內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。

當鉆孔軌跡偏離設計軌跡（更多為直孔）的時候，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。

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

偏心鉆具的加工簡易行，一般在野外施工現場即可完成，偏心比例以10%左右為宜，小則效果不好，大則易生成井內事故。

應該注意，對于設計斜孔，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，也應該以易偏斜地層的試驗孔為依據選擇。塔式鉆具防斜效果較好，但在使用過程中，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、應力穩定、強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，以加強巖芯管的導正性，從而以物理功效防止鉆孔偏離。

（4）鉆進參數：

①鉆壓：設計斜孔，但鉆孔下斜的情況下，加大鉆壓50%～100%；設計斜孔，但鉆孔上漂的情況下，減小鉆壓至少50%。

②轉速：當遇鉆孔偏斜時不宜過高。

③泵量：當遇鉆孔偏斜時，提高泵量不小于50%，以便保證鉆進工作面的清潔。

3　鉆孔糾斜

鉆孔糾斜是鉆探施工過程中不可避免要遇到的問題。

當前石油鉆井，糾斜一系列的技術問題已經很成熟，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，設備不配套，糾斜成本高，技術不熟練，因此多以鉆孔報廢為首選。但是，在以后的鉆探施工中，糾斜必須為一項可行的手段，否則深度鉆探技術將難以達到預期靶區。

到目前為止，鉆井糾斜以沖洗及傳遞脈沖信號，孔底隨鉆測斜、定位、螺桿鉆具輔助來完成，效果良好，技術成熟。但在巖芯鉆探中，應當注意以下要點：

（1）口徑不易太小。雖然螺桿鉆具從理論上可以做到任何規格，但實踐中，螺桿規格太小，將會因為液動動力不足，難以達到設計或預期糾斜目標。

（2）留有恰當的糾斜空間。常用螺桿彎度（彎接頭）1°～2°，螺桿長度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，達不到糾斜目標。通常，螺桿直徑應小于孔徑20～40mm為宜。

（3）對于無線隨鉆測斜儀，必須配備有效的除沙、除泥設備，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，泵量應在800～1 000 L/min，泵壓不小于13mpa。

（5）配備足夠強度的鉆桿。鉆桿在受力時如撓度太大，將會造成井底設備儀器定位偏差，從而造成糾斜方位偏差，導致糾斜失敗。

（6）糾斜孔段一般控制在10m以內，當糾斜效果不明顯時，可換用較大角度的螺桿（彎接頭）。當測斜儀已經顯示有糾正趨勢時，應停止糾斜，正常鉆進至可測當前孔底傾角及方位時再采取下一步措施。

收稿：2016-04-06

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10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.04.001