曹 偉

(1.河南豫中地質(zhì)勘察工程公司，鄭州 450016; 2.河南省能源鉆井工程技術(shù)研究中心，鄭州 450016)

0 引言

底板注漿加固技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用起始于20世紀(jì)50年代注漿封堵井壁淋水技術(shù)，60年代開始應(yīng)用于治理礦井底板水害(主要用于注漿堵水和帷幕截流)[1-2]，80、90年代隨著注漿設(shè)備和工藝的改進(jìn)，注漿加固技術(shù)發(fā)展迅速，先后在山東、山西、河南、安徽等地廣泛應(yīng)用。

針對(duì)底板注漿施工技術(shù)，國(guó)內(nèi)做了大量的研究工作，前期主要集中在垂直鉆孔注漿技術(shù)研究；隨后，地面/井下定向鉆井技術(shù)在底板注漿方面得到廣泛使用；近年來(lái)，隨著鉆探工藝的進(jìn)步，水平多分支井因其大幅度增加了注漿段在含水層中的影響范圍，并以其對(duì)環(huán)境破壞小等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞[3-5]。然而，由于地質(zhì)條件及工程施工的不確定性，施工煤礦底板注漿多分支水平井時(shí)會(huì)造成許多井下復(fù)雜情況及事故，卡鉆事故是其常見的井下事故之一，且處理工藝復(fù)雜繁瑣[6-10]。

本文以淮北煤田某煤礦地面多分支水平注漿井卡鉆事故為例，對(duì)采用側(cè)鉆開窗技術(shù)處理事故的方法進(jìn)行了探討。該井因主孔二開套管未下到位，在進(jìn)行第3分支施工時(shí)，出現(xiàn)井壁坍塌引起的卡鉆事故，在采用常規(guī)技術(shù)解卡無(wú)效的情況下，借鑒“油田老井側(cè)鉆開窗技術(shù)”，在主孔二開套管底部利用側(cè)鉆開窗技術(shù)磨出窗口，并以此作為三開水平段起始點(diǎn)進(jìn)行定向施工，不僅圓滿完成了設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量，而且解決了卡鉆事故，避免了后期施工分支井及注漿時(shí)工程擾動(dòng)帶來(lái)的井壁二次坍塌風(fēng)險(xiǎn)，降低了事故處理成本。該技術(shù)的成功實(shí)施既是對(duì)解決煤礦底板注漿多分支水平井卡鉆事故新方法的探索，又極大程度降低了后期施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了成本，對(duì)該區(qū)及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)多分支水平井卡鉆事故的處理具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

1 工程概況

該煤礦位于淮北煤田南部，發(fā)育有奧陶系、石炭系、二疊系、新近系和第四系，主要含煤地層為二疊系。煤層底板之下發(fā)育有數(shù)層太原組薄層灰?guī)r含水層，其下有巨厚的奧陶系或寒武系巖溶強(qiáng)含水層直接或間接補(bǔ)給水源，致使該區(qū)煤炭開采時(shí)疏水降壓困難。從礦山安全生產(chǎn)角度考慮，需對(duì)太原組灰?guī)r進(jìn)行注漿加固改造，封堵導(dǎo)水通道，將含水層轉(zhuǎn)化為弱含水層或隔水層，增加有效隔水層厚度，提高底板巖層的阻水能力。

1.1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)、水文、構(gòu)造情況，為盡可能多的穿過(guò)裂隙，對(duì)底板灰?guī)r全覆蓋加固，本井從地面設(shè)計(jì)了8個(gè)分支井，每個(gè)分支鉆孔在工作面中間間隔為45～55m。鉆孔采用三開、兩級(jí)套管井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意Figure 1 Well configuration diagrammatic sketch

1.2 施工過(guò)程

該井主孔自2019年5月20日開鉆，一開采用φ311.1mm鉆頭鉆至井深305.00m完鉆，下入φ244.5mm套管，套管下深304.50m，固井水泥漿返至地面；5月29日二開開鉆，采用φ215.9mm鉆頭定向鉆至井深748.28m著陸完鉆，二開進(jìn)尺443.28m，下入φ177.8mm套管，套管下深704.48m，固井水泥漿返至地面。二開套管未完全下入著陸點(diǎn)井底，對(duì)后期施工造成了潛在風(fēng)險(xiǎn)。隨后，正常完成了主孔及第1、2分支的鉆探及注漿工作。

7月28日施工第3分支，下鉆透水泥塞，在井深675.00m遇阻，鉆進(jìn)至707.00m時(shí)出現(xiàn)扒車現(xiàn)象，循環(huán)出大顆粒巖屑，無(wú)水泥，7月29日，鉆進(jìn)至井深710.00m時(shí)，突然憋泵(泵壓10MPa)、轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)，上提遇卡(此時(shí)上下活動(dòng)間隙2～3m，上提至井深708.50m)。

出現(xiàn)卡鉆后，采用常規(guī)處理方法多次上提、下放鉆具無(wú)效，經(jīng)研究后，決定起出鉆具，采用轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)倒扣的方法，返出鉆桿588.94m，井內(nèi)剩余鉆具長(zhǎng)度118.01m，剩余12根(包括一根加重鉆桿和鉆頭)；隨后，利用反扣鉆具進(jìn)行處理，下兩次反扣鉆具處理無(wú)效；最后，采用鉆桿內(nèi)爆破的方法，成功將鉆具爆破，爆破處井深690.00m。經(jīng)處理，一共起出鉆具694.00m，孔內(nèi)剩余1根φ89mm加重鉆桿、半根φ89mm鉆桿和鉆頭。

2 事故分析及處理

2.1 事故分析

根據(jù)上述情況，初步判斷應(yīng)是主孔二開φ177.8mm套管未下至井底，“口袋”過(guò)長(zhǎng)，固井時(shí)出現(xiàn)“竄槽”現(xiàn)象，在鉆進(jìn)第3分支時(shí)，因前期鉆探、注漿的工程擾動(dòng)等原因，致使主孔二開底部井壁坍塌。

如采用常規(guī)方法對(duì)井孔進(jìn)行回填后重新鉆孔，后期還要完成5個(gè)分支的鉆探及注漿工作，工程量大、工期長(zhǎng)，在后期施工時(shí)極易出現(xiàn)地層坍塌，再次導(dǎo)致卡鉆、埋鉆等事故，甚至井孔報(bào)廢，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失等。

2.2 處理方法

經(jīng)過(guò)充分研究，決定借鑒油田開發(fā)老井資源常用的套管開窗側(cè)鉆工藝技術(shù)，采用斜向器開窗側(cè)鉆方式，在主孔二開套管底部進(jìn)行側(cè)鉆開窗。

1)確定開窗點(diǎn)。根據(jù)對(duì)本次事故的分析，結(jié)合測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，選擇二開底部套管固井質(zhì)量較好的井段，避開套管接箍，最終選擇井深639.00m作為開窗點(diǎn)。

2)選擇斜向器。套管開窗側(cè)鉆常用的斜向器分為地錨式、液壓卡瓦式和機(jī)械一體式三種，根據(jù)本次井身結(jié)構(gòu)及后期施工要求，選擇地錨式斜向器。

3)套管開窗。開窗是側(cè)鉆工藝的重點(diǎn)工序，本次施工方法為，配合鉆桿下入地錨式斜向器，將斜向器送至開窗深度(639.00m)固定，陀螺儀校準(zhǔn)定方位，然后使用銑錐沿斜向器斜面一側(cè)磨銑套管，磨出一定形狀的窗口，窗口側(cè)鉆從井深639.00m開始至641.20m結(jié)束。

4)定向鉆井。開窗側(cè)鉆完成后，起下鉆換定向鉆具開始定向鉆進(jìn)，鉆至設(shè)計(jì)井深后完鉆。

3 結(jié)論

目前該井已完成了8個(gè)分支的施工及注漿工作，圓滿完成了設(shè)計(jì)工作量，充分驗(yàn)證了側(cè)鉆開窗技術(shù)在此類事故處理中的可行性。通過(guò)對(duì)工程施工過(guò)程的分析，本次事故的原因主要為二開套管未下到位，固井質(zhì)量差引起的地層坍塌卡鉆事故。

開窗側(cè)鉆技術(shù)以往多用于油田對(duì)老井或報(bào)廢井進(jìn)行二次或三次開采，本次將該技術(shù)引進(jìn)至水平多分支井事故處理中，是該區(qū)首次嘗試?yán)迷摴に囘M(jìn)行卡鉆事故處理，且取得了成功，有效保證了后期施工，從經(jīng)濟(jì)、安全、技術(shù)等角度考慮均具有較高的意義。