绕障技术在水文水井中的应用

张建良

（北京市地质工程勘察院，北京100048）

绕障技术在水文水井中的应用

张建良*

（北京市地质工程勘察院，北京100048）

在水文水井施工中，经常出现一些钻探事故，处理起来风险大、成本高、周期长，如果采用绕障技术可以有效地解决这些问题。介绍了常见的绕障方法，并对每种方法进行了分析，重点分析了螺杆钻具绕障的关键技术特点，有良好的经济和社会效益，对今后的施工起了重要的指导作用，具有推广价值。

绕障；螺杆钻具；水文井

在水文水井施工中，因为地层破碎、不稳定等原因，极易发生埋钻、卡钻等事故，一般处理方法是套扫，但是在实际施工中，特别是钻孔口径小、钻具和钻孔的环状间隙不大，如果进行套扫处理，那么套铣筒和孔壁的间隙很小，如果地层发生掉块、坍塌，那么容易将套铣筒卡住，造成二次事故。另外采取套铣方法处理事故时，一般是先套后反，然后再套再反，如此反复直至事故处理完毕为止，在处理过程中，周期很长，花费很大，风险性也较大，因此不如直接采用绕障的方法来处理，即在鱼顶上方选一位置进行侧钻，重新开一新孔，绕过事故段。我们在处理埋钻过程中，首先考虑地层情况、孔内钻具情况，来进行估算事故处理成本，如果成本太高，一般直接放弃处理，而采用绕障的方法来施工。

1　常用的绕障方法

1.1特制钻头直接绕障

加工专业的碎合金钻头，底部成蘑菇头状，利用钻具在孔内一般不是正中的位置，而是偏离钻孔中心，直接利用碎合金切削钻具，由于钻头是蘑菇头状，在钻进过程中会将钻具一点一点地切掉，慢慢地会沿着钻具方向偏离原孔。

1.2下入偏心楔

往孔内下入偏心楔，人为造成一定角度，然后将偏心楔用水泥固死，使用牙轮钻头直接钻进，钻头会沿着偏心楔的角度慢慢偏离原孔。偏心楔一般用成型产品或自己加工都行，如果自己加工一般有2种方法，一是利用一根旧短钻铤，取2～3m，在车床上切一个角度，角度一定要小、缓。另一种方法是取一根管，用气焊沿一定角度隔开，将割掉的那部分管旋转180°，然后和另一部分进行焊接，就成了一个偏心楔。偏心楔加工完成后，利用钻具送入孔内鱼顶位置，用水泥固死。

1.3弯螺杆钻具侧钻绕障

首先在鱼顶上方打入水泥，形成人工井底，凝固一定时间后，然后下入弯螺杆钻具来进行侧钻绕障。

2　各种绕障方法优缺点

2.1特制合金钻头直接绕障

该方法优点是比较简单易行，不用固水泥，也不用停待，直接下入特制钻头即可，而且碎合金钻头切削钻具也比较快，成功率比较大，缺点是周期长，碎合金磨损严重，一般一个钻头使用20h左右，需要提钻换新钻头，在今后的钻进过程中，新眼可能会紧挨着老眼，因此事故钻具有可能活动，影响下一步施工，因此有安全隐患。

2.2下入偏心楔

该方法优点是简单易行，成本较低，容易成功，缺点是偏心楔容易活动，在后续施工过程中，偏心楔如果活动，给施工带来不必要麻烦，因此也存在安全隐患。

2.3弯螺杆侧钻

该方法优点是施工周期短，成功率较高，缺点是技术难度高，需要熟悉的专业人员来操作，另外成本高，为了绕障必须购置弯螺杆钻具或请专业技术人员来指导。

3　绕障关键技术

由于前2种方法比较简单，而使用弯螺杆绕障技术难度高，因此主要就弯螺杆绕障的关键技术进行分析。

3.1钻孔分支点的确定

在绕障前必须确定分支点，分支点的选择应从技术和经济2个方面来衡量，如果分支点选的偏上，那么需要增加钻探进尺，如果分支点选的偏下，会使在绕障施工中，钻头碰到鱼顶位置，使绕障失败。一般要提前查看钻孔的班报表，即原始记录，选择地层完整孔段，钻进效率较高的孔段，也就是说地层相对较软的孔段，目的是减少水泥砼与岩层硬度差值，能增大分支成功的可能性。一般分支点离事故头30～50m，尽量做到即能减少钻进工作量，又能保证绕障的成功率。

3.2建造水泥孔底

绕障成功的先决条件一是在事故钻具上部建造具有足够强度的水泥孔底,尽可能降低与孔壁岩石的硬度差,以满足绕障要求,二是水泥浆要封到设想封闭孔段，因此要注意以下几点:

（1）选用425以上的高标号硅酸盐水泥或G级油井水泥；

（2）配置纯水泥浆液，为达到最佳凝固效果尽可能减少水灰比而增大水泥浆稠度，水泥浆的比重大于1.85g/cm3。为缩短水泥凝固时间,可加速凝剂,无水氯化钙3%～5%,三乙醇胺0.1%；

（3）往孔内灌注水泥一般采用泵送法,将配置好的纯水泥浆用泥浆泵压送到孔内预定位置,若泵压较高可以低速开车并缓慢提升钻具；

（4）灌注完毕,必须用清水将钻杆柱内的水泥浆压送到预定位置,清水压送量即灰浆替水量要准确计算,否则水泥浆被稀释将影响水泥凝结强度,不少单位注浆失败的主要原因之一就是压浆替水量计算不正确,造成浪费,也影响工期；

（5）水泥灌注至少72h后才能扫孔。

3.3弯螺杆钻具的选择

根据钻孔口径和现场泥浆泵的泵量，选择相适应的螺杆型号。

选择合适角度的螺杆钻具，如果角度造斜参数过大会引起造斜后钻杆折断，太小则将会造斜失败。一般常用的有1.25°、1.5°、2°、2.25°螺杆钻具，如果地层较软，则选择小角度的螺杆钻具，如果地层很硬，则需要大角度的螺杆钻具。另外现场的小角度螺杆钻具可以采用增加弯接头的方法使其用于硬岩层。螺杆钻具最好配备扶正器，以保证分支点的出入口通畅。

4　操作注意事项

（1）配置钻具时，机上余尺尽量加高,只要有进尺就继续钻进,直到不进尺为止。

（2）在刚开始绕障时，不能加压，并控制进尺，一般6～8小时进尺1m，最好在主卷扬滚筒外缘上用粉笔均匀画线做标志，方便司钻控制放绳速度。

（3）勤观察上返岩屑比例，刚开始的时候全部是水泥，随着钻进深度的增加，岩屑的比例应该逐渐增多。

（4）加单根时一定使用旋绳拧卸钻杆，防止下面钻杆转动，造成造斜角度和位置发生变化。

（5）如果岩屑比例占到50%以上时，可以适当增加钻压，但是要逐渐增加，每次增加0.5t。

（6）全部出新眼后，继续往下钻进一定距离，防止换常规钻具后，新钻孔又往回拐，使钻头碰到事故鱼顶，绕障失败。但是也不易用弯螺杆钻进井段过长，以免使钻孔的井斜超标。

（7）钻孔分支点一定要反复进行修整，保证提下钻时通畅。

（8）绕障完毕转入正常钻进的初始阶段,应当低转速钻进一段时间再把转速适当提高。

5　结语

（1）分支孔段水泥封填封孔质量的好坏是侧钻分支绕障成功与否的关键。

（2）造斜分支层段宜选择在可钻性7级左右的岩层，水泥砼与岩层硬度差值趋小较易分支。

（3）在整个分支造斜绕障过程中，每一个回次钻具组合与司钻精心操作也非常重要。

（4）在孔内较稳定的情况下，尽可能地采用低固相冲洗液或无固相冲洗液，以降低螺杆钻具液动马达工作时泥浆泵的泵压。

（5）用侧钻技术绕过孔内事故钻具,与传统处理孔内事故方法相比具有安全、可靠、孔内不留隐患等特点,减少处理井内事故时发生的不良后果,与继续处理井内事故和移井位相比,减少了人、财、物力的消耗,争取了时间,保证了工期,具有良好的经济效益和社会效益。

（6）使用螺杆钻具绕障时需要对井场的主要机械设备进行检修,以免在绕障时发生故障而导致提钻。

（7）绕障时钻机转盘要定向锁定,需提动钻具时,方钻杆不能提离方补芯,以免造成错位,使已形成的台阶或新井报废。

（8）侧钻成功后,应及时提钻更换钻具,以免造成局部井段弯曲过大,井斜超差严重,形成“狗腿”现象。应用钻铤扶正器或专用接头进行扩井,避免给继续钻井和下套管带来不利。

[1]李光华.螺杆钻侧钻分支绕障技术处理绳索取心钻孔事故[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011（11）.

[2]程增福.侧钻技术在官2井卡钻事故处理中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011（5）.

P634.2

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1004-5716(2015)07-0029-03

2014-07-11

张建良（1971-），男（汉族），河北高邑人，高级工程师，现从事水文水井、地热井钻探新工艺、新技术研发工作。