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

    1 孔斜的原因及危害

    實踐表明,造成鉆孔偏斜的原因有地質條件、鉆具結構、鉆進技術措施、操作技術以及設備安裝質量等諸多因素。客觀上說,由于所鉆地層的傾斜和非均勻質性使鉆頭受力不平衡造成鉆孔偏斜;技術說,下部鉆具受壓發生彎曲就會使鉆頭偏斜導致孔斜;主觀上說,即使有良好的防斜鉆具也會因操作不當而造成孔斜。

    地質因素中主要是地層傾角,當地層傾角小于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生偏斜;而地層傾角在45°～60°之間是不穩定區,即有時向上或向下傾斜。實踐表明,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。當鉆壓小于彎曲臨界值時,鉆頭無傾角,孔不易打斜;當鉆壓大于彎曲臨界值時,使彎曲切點移向鉆頭,鉆頭傾角大,孔最易打斜。因此,鉆柱失穩、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計位置,內偏、外偏或使相鄰孔間距較大,影響凍結效果和質量。在偏斜的鉆孔內,鉆柱易靠在井壁的一側。旋轉時發生嚴重摩擦,在孔斜突變段鉆桿彎曲易使鉆桿磨損和發生疲勞折斷,也可能造成井壁坍塌或鍵槽卡鉆等事故。會造成下凍結管或套管困難,同時下入的管材不易居中,這往往使凍結管受力不均勻,容易產生斷管事故發生。

    2 預防方法

    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律,在特定鉆孔條件下采取有效鉆進技術措施與操作技術,才能取得預期的效果。

    2.1 精心制定組織設計

    在掌握了礦區內地質綜合井檢資料地質傾角規律的基礎上,設計滿足要求和適合地質情況施工的鉆孔,是實現優質高產的重要途徑。(1)依據地質綜合井檢資料制定鉆進過程中有關控制辦法及技術操作規程。(2)根據鉆孔要求做好設備選型,作業期間所受最大負荷不得超過鉆機額定負荷能力的80℅。做好鉆具組合、鉆井液參數、鉆頭及鉆進參數的設計。(3)按要求及時測斜、作圖,分析研究,以指導鉆進工作。做好鉆孔發生偏斜時的措施。

    2.2 確保設備、安裝、開孔質量

    檢修好機械設備,做到鉆機運轉正常,鉆機在載荷下不晃動,不偏離;設備安裝做到平衡正確:(1)鉆場要確保地基堅實、夯實、平整,滿足使用厚度;(2)鉆機安裝必須水平、穩固,天車、游車和轉盤中心三點必須在一條鉛垂線上;(3)嚴格按設計要求對轉盤找平找正。

    把好開孔關是防斜的基礎,應做到:(1)開孔前,認真對鉆機找平找正;(2)開孔時使天車,方鉆桿、孔位在同一垂線上;(3)開孔時,選用調直的四方鉆桿,采用高轉速,小壓力鉆進。(4)開孔時用的鉆鋌、鉆具要直。使用合金鉆頭以輕壓慢轉鉆進;在軟地質層鉆進時,改善沖洗液性能,鉆進時減少泵量。兩翼或多翼全面鉆頭,要使翼片對稱,全面鉆進時,應加鉆鋌和導向。

    2.3 鉆具要求

    根據目前鉆孔鉆進所用的管材條件,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。為了增強鉆具的導向性能,鉆具結構符合:(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:可用萊利特合金補強。(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強。(6)直:要求所用鉆桿、巖心管要筆直,連接后要同心,以增加回轉時的穩定性。

    3 采用合理的鉆進方法和鉆進工藝

    (1)正確地根據地層特點選擇鉆進方法。堅硬的地層,可使用鑲齒鉆頭鉆進以減少鉆孔彎曲。(2)合理地確定鉆進技術參數及操作技術。根據巖層的研磨性、軟硬、破碎性、抗壓能力等,選擇水量、轉速,在不同的巖層,合理采用進尺速度。當巖石換層時,鉆孔最容易彎曲,根據換層時鉆孔彎曲的一般規律,在巖層由軟變硬時,軸心壓力要適當減輕,一般為正常鉆進壓力的三分之二,轉數也應適當降底;當巖層由硬變軟時,軸心壓力也要適當降底,一般為正常給進鉆壓的三分之一,并適當加長粗徑鉆具。在鉆進松散地層或破碎帶時,要加長粗徑鉆具,采用優質泥漿,并嚴格控制沖洗液量,以保護孔壁,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考慮回轉鉆進中的彈性振動對鉆孔的影響,一般深度大于500m的鉆孔,直徑較細的鉆桿柔性增強,伸縮性增大,鉆具回轉鉆進中因周期性彈性振動,所產生的俯沖壓力也大;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,采用綜合手段,使鉆孔按照設計方案和路線行進。

    4 塔式鉆具的應用

    塔式鉆具目前是國內外廣泛使用的一種防斜鉆具。實踐證明,塔式鉆具鉆出的井眼比較規則,井斜變化率不大,對于井徑易擴大的地層特別有效(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,所用鉆壓應控制在全部鉆鋌重量的75%～80%以內,以防止由于鉆壓過大使上部鉆鋌和鉆具嚴重彎曲而造成孔斜的橫向力。此外,使用塔式鉆具時,要注意環形間隙較小,循環鉆井液時泵壓高,轉盤負荷可能增大,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構為Φ190鉆頭+Φ178mm鉆鋌×6根+Φ165mm×4根+Φ146mm×2根+Φ114mm鉆桿或Φ89mm鉆桿。