柳碩林，張秋冬，嚴(yán)珊珊

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053)

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改造輕2000鉆機(jī)施工某水平定向連通井的實(shí)踐

柳碩林1，張秋冬2，嚴(yán)珊珊2

(1.河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，鄭州 450053)

水平定向連通井施工是技術(shù)含量高、風(fēng)險(xiǎn)大的工程，在設(shè)備的投入方面盡量采用“大馬拉小車”，以應(yīng)對(duì)施工中復(fù)雜情況的發(fā)生。本文介紹了通過對(duì)設(shè)備提升系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤鎖定裝置等的改造，用輕2000鉆機(jī)施工水平定向連通井的實(shí)踐。

鉆機(jī)；轉(zhuǎn)盤；改造；連通井

0 引言

我單位在廣東三水簽訂了一眼水平定向連通鹽井施工任務(wù)。該井鉆遇地層主要為第三系泥巖、砂巖、巖鹽。兩井地面距離500 m，井身長(zhǎng)度大于1 720 m。設(shè)計(jì)在1 150 m開始造斜，1 420 m時(shí)達(dá)到水平，水平鉆進(jìn)300 m后中靶。

施工中采用蘭石3NB-800泥漿泵作動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)5LZ172型動(dòng)力鉆具。設(shè)計(jì)使用鉆具為?89 mm鉆桿(若采用?73 mm鉆桿則泵壓會(huì)很高)。鉆機(jī)方面考慮到我們自身實(shí)際，決定對(duì)現(xiàn)有的一臺(tái)輕2000鉆機(jī)改造后施工。

1 基本參數(shù)

鉆進(jìn)深度：使用?73 mm鉆桿 2 000 m

使用?89 mm鉆桿 1 350 m

卷筒容繩量(?24 mm)： 6層 164 m

7層 190 m

絞車慢速單繩起重：80 kN

游動(dòng)系統(tǒng)：3×4

2 改造部位及方法

2.1 提升系統(tǒng)

輕2000鉆機(jī)設(shè)計(jì)?89 mm鉆桿施工井深為1 350 m，絞車慢速單繩起重80 kN，則6繩提升力為6×80 = 480 kN(不計(jì)游動(dòng)系統(tǒng)效率)。

施工中正常提升力為Q：

式中：Q— 絞車提升力，kN；

Q1—鉆桿重量，kN；

Q2—鉆鋌重量，kN；

F—地層摩阻，kN；

代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：Q=310 kN。

雖然提升力能滿足正常施工需要，但一旦出現(xiàn)地層掉塊鉆具遇阻等事故需要強(qiáng)力提拔時(shí)，則容許我們可選擇的提升余地就很小。針對(duì)這一情況，我們把原鉆機(jī)的游動(dòng)系統(tǒng)由3×4改為4×5。改進(jìn)后鉆機(jī)的提升能力由480 kN提高到640 kN。鉆塔由于是加重2000鉆塔也就沒有加固。更改游動(dòng)系統(tǒng)繩系后卷筒排繩層數(shù)為8層，現(xiàn)設(shè)備能夠滿足要求。

2.2 轉(zhuǎn)盤鎖定裝置

該鉆機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)無轉(zhuǎn)盤鎖定裝置，但施工定向井時(shí)必需能夠隨時(shí)鎖住轉(zhuǎn)盤，并能方便解鎖，以便隨時(shí)調(diào)整鉆頭方位，使得鉆頭按設(shè)計(jì)方向鉆進(jìn)。

我們通過把轉(zhuǎn)盤動(dòng)面銷死在定面上的方法鎖定轉(zhuǎn)盤。具體方法為在轉(zhuǎn)盤的動(dòng)、定側(cè)面按一定的角度方向焊上合適長(zhǎng)度的套筒，需要鎖定時(shí)用銷子銷上，需要調(diào)整方位時(shí)拔掉銷子換個(gè)方向再鎖。為使方位調(diào)整精度較高，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)盤動(dòng)面焊四個(gè)套筒，這四個(gè)套筒兩兩在同一直徑上，且夾角為6°；定面每12°焊一個(gè)，共30個(gè)。這樣可使方位角調(diào)整的最小角度為6°。簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)盤鎖定裝置示意圖

3 其他措施

3.1 泥漿系統(tǒng)

(1)為了確保該工程的順利施工，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)隊(duì)的實(shí)際情況又不較大增加鉆井成本，通過向泥漿中加適量的洗衣粉起到潤(rùn)滑作用，一方面用以減小提升阻力，另一方面使得在造斜段及水平段施工時(shí)把鉆壓最大限度地傳遞到鉆頭，提高鉆進(jìn)速度。

(2)泥漿中的無用固相(即巖屑)含量高帶來的危害很大，特別是鉆機(jī)提升能力有限的條件下問題更突出。首先，無用固相含量高，泥漿的流變特性變壞，流態(tài)變差，不僅使孔內(nèi)凈化不好而易引起下鉆阻卡，而且易引起抽吸，壓力激動(dòng)而造成漏失或井漏；其次，泥漿中無用固相含量高，泥餅質(zhì)量變壞(泥餅松疏，韌性低)，泥餅厚，不僅濾失量大，引起孔壁水化崩塌，而且易引起泥皮脫落造成孔內(nèi)事故；第三，泥漿無用固相含量高，對(duì)管材、鉆頭、泥漿泵缸套、活塞拉桿磨損大，使用壽命短。因此，在保證地層壓力平衡的前提下，應(yīng)盡量降低泥漿的比重和固相含量，特別是無用固相的含量。

在三水鹽礦鉆探中泥漿性能指標(biāo)控制和凈化方面，分別采用固控設(shè)備和泥漿槽沉淀池相結(jié)合的方法，如圖2所示。

圖2 鉆井泥漿凈化系統(tǒng)

泥漿固控采用一級(jí)固控和二級(jí)固控的方式降低泥漿中的無用固相。一級(jí)固控主要除去泥漿中的較大顆粒，二級(jí)固控主要減少泥漿中的泥制含量。一級(jí)固控設(shè)備如振動(dòng)篩、旋流除砂器；二級(jí)固控設(shè)備如除泥器，如圖3所示。

圖3 除砂器及除泥器

3.2 鉆具

加強(qiáng)鉆具的管理，把由于鉆具原因造成孔內(nèi)事故的隱患消除在地面，以避免水平定向連通井施工過程中事故處理的復(fù)雜性。

4 結(jié)論

(1)應(yīng)用插銷子的方法鎖轉(zhuǎn)盤，通過該工程的實(shí)踐非常簡(jiǎn)單、方便、有效，能夠精確地調(diào)整方位到設(shè)計(jì)角度。

(2)由于泥漿采取措施得當(dāng)，雖然出現(xiàn)了一次掉塊卡鉆事故，但通過上下活動(dòng)鉆具，最高提拔到510 kN 即解卡。施工中摩阻最大只有30 kN，低于50 kN的設(shè)計(jì)。

(3)由于增加了大繩股數(shù)，使得鋼絲繩在卷揚(yáng)機(jī)中布排層數(shù)發(fā)生變化，起下鉆時(shí)極易造成鋼絲繩上垛和擠扁。根據(jù)全孔的經(jīng)驗(yàn)，鋼絲繩長(zhǎng)度在262 m時(shí)能最大限度地減少上述現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)起下鉆時(shí)要有專人負(fù)責(zé)排鋼絲繩。

[1] 張秋冬. 廣東三水鹽礦鉆井泥漿工藝[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(5):19-21.

[2] 胡郁樂,張惠,張秋冬,等. 深部地?zé)徙@井與成井技術(shù)[M]. 武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社有限責(zé)任公司,2013.

2016-04-14

柳碩林(1970-)，男，探礦高級(jí)工程師，河南省地礦局第一地質(zhì)勘查院，從事鉆探技術(shù)與管理工作，河南省鄭州市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)蓮花街56號(hào)，E-mial：13937789986@163.com。

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