李奇龍， 張承飛， 宋繼偉， 李 勇， 王 虎， 朱斗圣

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局111地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550008； 2.貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550008； 3.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局112地質(zhì)大隊(duì)，貴州 安順 561000)

0 引言

在地?zé)嵘罹@探施工過(guò)程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜或操作不當(dāng)?shù)?，可能?huì)引發(fā)埋鉆、卡鉆或鉆具斷裂事故。事故發(fā)生后，井隊(duì)一般會(huì)采取措施將鉆具從孔內(nèi)取出。但有時(shí)打撈“落魚(yú)”難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，此時(shí)果斷放棄“落魚(yú)”，側(cè)鉆繞過(guò)事故段，可以有效控制事故處理成本，縮短事故處理時(shí)間。

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局112地質(zhì)大隊(duì)承擔(dān)的貴州省普安縣江西坡地?zé)峋?，是?dāng)?shù)卣疄榇蛟炻糜螌?shí)施的地下熱水資源探采結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)勘查井施工工程。該井在施工過(guò)程中發(fā)生了卡鉆事故，經(jīng)過(guò)解卡、倒扣等處理手段后，仍剩余部分“落魚(yú)”無(wú)法打撈。考慮到“落魚(yú)”打撈成本過(guò)高，耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，井隊(duì)決定在套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆，繞過(guò)事故段。套管開(kāi)窗側(cè)鉆的成功應(yīng)用為鉆井后續(xù)施工節(jié)約了時(shí)間和成本，為今后類(lèi)似的工程作業(yè)提供了借鑒和指導(dǎo)。

1 工程概況

該井在鉆進(jìn)到907.91 m時(shí)遭遇卡鉆(井身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，地層及巖性見(jiàn)表1)，經(jīng)過(guò)各種措施未能實(shí)現(xiàn)解卡，后進(jìn)行倒扣處理，井內(nèi)留下75.53 m的管柱，“魚(yú)頭”位置井深832.38 m，然后下?244.5 mm套管固井封隔“落魚(yú)”，套管底部在井深849.97 m位置，套管底部已經(jīng)進(jìn)入“魚(yú)頭”位置之下，經(jīng)研究討論決定采用套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)進(jìn)行側(cè)鉆，繞過(guò)“落魚(yú)”繼續(xù)后續(xù)施工的技術(shù)方案。

表1 勘查區(qū)地層巖性、電性層對(duì)照

圖1 普安縣江西坡地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)示意

2 套管內(nèi)開(kāi)窗側(cè)鉆技術(shù)方案

2.1 導(dǎo)斜器選擇及原理

經(jīng)過(guò)對(duì)比，選用了DXQ210/H型導(dǎo)斜器(圖2)，適用于?244.5mm套管，外形尺寸?210mm×4600 mm(其中有效長(zhǎng)度4.18 m,導(dǎo)斜面長(zhǎng)2.69 m,座卡部分1.49 m,丟手接頭高出導(dǎo)斜面0.53 m)，開(kāi)窗長(zhǎng)度：2.70～3.00 m，造斜斜度4°左右[1]。

圖2 DXQ210/H型管內(nèi)液壓懸掛式導(dǎo)斜器

該導(dǎo)斜器由導(dǎo)斜部分和液壓部分組成。導(dǎo)斜部分由造斜體和丟手短節(jié)組成，丟手短節(jié)只在下放導(dǎo)斜器到指定位置及打壓座封時(shí)起連接和連通作用，在座封完成后，將丟手短節(jié)提到地面；造斜體是經(jīng)過(guò)特殊處理的合金鋼，并加工成一定斜度。液壓部分是打壓座封的主要部件，由上下錐體，上下卡瓦及鎖緊裝置組成，上下卡瓦每組3個(gè)，各有縱向和橫向的溝槽，分別承受扭矩和上下壓力，在打壓座封時(shí)，上下錐體分別上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)上下卡瓦的伸出，達(dá)到錨定在套管內(nèi)壁上的目的[2]。導(dǎo)斜器工作原理如圖3所示。

1—防漏裝置；2—鋼球；3—活塞；4—主卡瓦；5—液缸；6—鎖緊套；7—中心管；8—上卡瓦；9—斜軌；10—扶正塊；11—送入管；12—送入接頭；13—活塞固定銷(xiāo)釘；14—銷(xiāo)緊球

2.2 開(kāi)窗工具選擇

開(kāi)窗工具型號(hào)為KCXZ216(圖4)，適用?244.5 mm套管。該銑錐為組合式，整體分開(kāi)窗、修窗、穩(wěn)窗三段，其工具外形、切削刃角、合金塊選用及加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，一次完成開(kāi)窗、修窗作業(yè)，比之前開(kāi)窗、修窗需要2道工序才能完成有了改進(jìn)[3]，較好地滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

圖4 KCXZ216型聯(lián)合銑錐

2.3 開(kāi)窗位置選擇

套管開(kāi)窗位置選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮3個(gè)方面，(1)避免在套管接頭位置開(kāi)窗，開(kāi)窗位置不能靠套管接頭太近，為保險(xiǎn)起見(jiàn)選擇某根套管中部位置比較合適[4]；(2)開(kāi)窗位置離“魚(yú)頭”位置不能太近，預(yù)留30 m左右空間比較合適[5]；(3)應(yīng)選擇地層相對(duì)比較穩(wěn)定的位置[6]。本孔內(nèi)“魚(yú)頭”位置在832.38 m，結(jié)合該井前期下套管的數(shù)據(jù)，最終將開(kāi)窗位置選擇在第6根套管中部位置[7]，即井深797.11～808.29 m，斜向器具體安裝位置：801.59～805.77 m。導(dǎo)斜器及開(kāi)窗孔內(nèi)位置見(jiàn)圖5。

圖5 導(dǎo)斜器和開(kāi)窗孔內(nèi)位置示意

2.4 前期準(zhǔn)備及導(dǎo)斜器座封

2.4.1 前期準(zhǔn)備工作

根據(jù)選用的導(dǎo)斜器規(guī)格，使用直徑和長(zhǎng)度均不小于導(dǎo)斜器的通徑規(guī)通井，確保無(wú)卡阻現(xiàn)象；使用彈簧式刮管器在座封點(diǎn)上下各5 m處反復(fù)刮削5次，確保座封位置清潔光滑[8]；檢查泥漿泵和高壓管匯，試壓到25 MPa保持5 min無(wú)刺漏[9]；將導(dǎo)斜器安裝在管柱最下端，下到預(yù)定位置，接上方鉆桿，使用清水進(jìn)行洗井。

2.4.2 導(dǎo)斜器座封

卸下方鉆桿，在鉆桿內(nèi)投入鋼球，接上方鉆桿，校核深度，記錄此時(shí)懸重，開(kāi)泵打壓座封，共打壓3次，每次壓力22～25 MPa。3次打壓完成后，參照指重表的顯示，對(duì)導(dǎo)斜器進(jìn)行下壓校驗(yàn)，下壓10～12 t，上提3～4 t，觀察管柱有無(wú)移動(dòng)，無(wú)移動(dòng)則說(shuō)明座封牢固[10]。

座封完成后，上提管柱至座封前懸重，開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)正轉(zhuǎn)30圈以上，上提管柱起出丟手短節(jié)。

2.5 注意事項(xiàng)

導(dǎo)斜器下井前，應(yīng)檢查鉆桿內(nèi)部無(wú)雜物，以防打壓時(shí)雜物堵塞導(dǎo)斜器，影響座封質(zhì)量；導(dǎo)斜器下放過(guò)程中要?jiǎng)蛩?、平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛提猛放；正式座封前應(yīng)使用清水充分洗井，直到出口無(wú)雜物；導(dǎo)斜器座封時(shí)必須使用清水[11]。

3 側(cè)鉆鉆進(jìn)

3.1 開(kāi)窗修窗工作

將銑錐用鉆桿送到導(dǎo)斜器以上2～3 m，接上方鉆桿，開(kāi)泵循環(huán)鉆井液，低速啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，記錄懸重，緩慢下放鉆具，直至懸重變化，記錄此時(shí)深度。按照輕壓慢轉(zhuǎn)的原則，鉆壓控制在10～30 kN，進(jìn)行開(kāi)窗工作，開(kāi)窗完成后，應(yīng)充分洗井再行起鉆[12]。

注意事項(xiàng)如下：

(1)銑錐初銑套管時(shí)，參照設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)表2)，要輕壓低轉(zhuǎn)速，送鉆要平穩(wěn)，嚴(yán)禁溜鉆，避免扭矩突然增大損壞鉆具和導(dǎo)致斜向器轉(zhuǎn)動(dòng)；直至井口返出鐵屑后逐步放開(kāi)鉆壓和轉(zhuǎn)速。

表2 開(kāi)窗修窗鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)

(2)開(kāi)窗時(shí)，同一位置嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)間磨銑，同一點(diǎn)在磨銑5 min后仍無(wú)進(jìn)尺，則應(yīng)考慮改變鉆進(jìn)參數(shù)。

(3)開(kāi)窗過(guò)程中用好固控設(shè)備，并在泥漿槽出口處放置強(qiáng)磁鐵，以清除泥漿中的鐵屑。

(4)開(kāi)窗后要反復(fù)上提下放鉆具修整窗口，確保轉(zhuǎn)盤(pán)停轉(zhuǎn)、停泵狀態(tài)下鉆具上提下放無(wú)阻掛；窗口位置為全井施工重中之重，下步施工鉆具頻繁由此通過(guò)，應(yīng)確保鉆具通過(guò)窗口時(shí)無(wú)異常情況發(fā)生。

(5)開(kāi)窗后大排量充分循環(huán)2～4 h，以徹底清除井筒內(nèi)鐵屑。由于下步施工鐵屑易對(duì)螺桿馬達(dá)造成損壞，所以將井底鐵屑清除干凈，保證下步施工的正常進(jìn)行。

(6)開(kāi)窗完成后，在日后的起下鉆中，距窗口20 m處應(yīng)緩慢起下，嚴(yán)格控制鉆壓，如在窗口位置遇阻，應(yīng)開(kāi)啟轉(zhuǎn)盤(pán)輕壓慢放，嚴(yán)禁直接加壓下放上提；窗口如出現(xiàn)遇阻現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)下銑錐進(jìn)行二次修窗[13]。

3.2 試鉆工作

修整窗口結(jié)束后，使用牙輪鉆頭進(jìn)行試鉆10～20 m，鉆具運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，按照正常鉆進(jìn)參數(shù)繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至井深828 m，并使用該套鉆具反復(fù)上提下放通過(guò)窗口無(wú)阻掛現(xiàn)象。

4 應(yīng)用效果

試鉆成功后，采用正常鉆進(jìn)參數(shù)，使用牙輪鉆至井深909.64 m時(shí)，轉(zhuǎn)換鉆井工藝，采用螺桿鉆井工藝鉆進(jìn)，后續(xù)鉆進(jìn)起下鉆作業(yè)中無(wú)阻卡現(xiàn)象，導(dǎo)斜器座封無(wú)移動(dòng)跡象，鉆至2364.56 m順利完鉆，其鉆具組合為：?216 mm鉆頭+5LZ172 7.0L螺桿鉆具+?159 mm鉆鋌10根+?121 mm鉆鋌4根+?89 mm鉆桿+方鉆桿[14]。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)在已經(jīng)下套管固井的情況下需要側(cè)鉆繞障時(shí)，采用套管開(kāi)窗側(cè)鉆一整套技術(shù)可以有效避開(kāi)孔內(nèi)“落魚(yú)”，確保后續(xù)鉆井作業(yè)。

(2)導(dǎo)斜器座封和開(kāi)窗修窗是最重要的環(huán)節(jié)，一定要按照設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行，是側(cè)鉆能否成功的保證[15]。

(3)在開(kāi)窗修窗作業(yè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合銑錐頭部位置碎合金自出刃效果不太理想，有待進(jìn)一步改進(jìn)。