耿 正

（陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

在帷幕注漿工程中，水平井施工目的是以富含水層為靶區(qū)，以設(shè)計的位移點和垂深點為靶點，揭露所鉆進地層中富含水層的頂?shù)装?，確定富含水層邊界，并在富含水層內(nèi)打通一條注漿通道，以實現(xiàn)對富含水層的封堵，解決“水害”對礦井開采的威脅。本文研究某礦區(qū)域內(nèi)富含水層頂板垂深約400m，富含水層厚度為50m～60m；因要滿足注漿封堵構(gòu)建成帷幕墻，設(shè)計的孔與孔水平間距較小，同一孔內(nèi)設(shè)計多條分支孔，在水平段形成平行軌跡。

1 工程基本情況與工藝流程

1.1 工程設(shè)計概況

某礦井帷幕注漿工程按照設(shè)計要求，形成的帷幕墻走向為東西方向，設(shè)計兩排主孔，南側(cè)主孔構(gòu)建成內(nèi)墻，北側(cè)主孔構(gòu)建成外墻；南北主孔間距為20m，東西主孔間距為200m。南北主孔為一個孔組，孔組內(nèi)每個主孔設(shè)計4個分支孔，其中3條分支孔東西走向、平行上下分布，分別位于“富含水層”上部、中部和下部，在富含水層中呈扇骨狀，分別落在對方主孔的靶區(qū)（如圖1）。

圖1 主孔布置示意圖

每個主孔自孔深30m開始造斜，孔深230m穩(wěn)斜，并逐步施工分支孔，孔深約450m進入水平段（垂深為380m左右、水平位移為190m左右），水平段長約260m；每條支孔間垂深為10m左右。

主孔與支孔設(shè)計原則是保證在注漿中能夠形成堅實無縫隙的連續(xù)墻，以實現(xiàn)對含水層的封堵，避免水害影響礦井開采活動。

1.2 工藝流程

一開：孔徑Φ215.9mm，0～約230m，下入Φ177.8×6.91mm孔口管，水泥固井至孔口返漿，做止水效果檢查。

二開：孔徑Φ152mm，至“富含水層”頂界面下5m～10m，下入Φ139.7×6.2mm套管，隔離“富含水層”風(fēng)氧化帶，與一開套管重疊段為30m，水泥固井，做止水效果檢查。二開起始孔深為支孔開窗點。

三開：裸孔段，孔徑Φ110mm，每鉆進100m起鉆注漿，再次掃孔鉆進，分段延伸至“富含水層”底界面下15m。

2 水平井技術(shù)應(yīng)用難點

2.1 目標(biāo)層層厚變化，垂深不同，軌跡控制困難，中靶難度提高

本工程的設(shè)計靶區(qū)目標(biāo)層平均有效厚度在5m～10m以下，個別情況厚度小于1m，甚至存在靶區(qū)殲滅情況，靶區(qū)地層不均勻發(fā)育狀況較為常見，整體施工難度相對較大。在施工過程中，水平井井眼軌跡控制要求嚴(yán)格，中靶難度逐步提高，必須對井斜、方位及全角變化率的綜合控制才能滿足施工效果。

2.2 靶區(qū)垂深小，水平位移有限制，實施鉆進的空間小

為滿足工程整體要求，設(shè)計的鉆孔垂深約400m，水平位移約450m。在構(gòu)建近似長寬相等、厚為20m的墻體范圍內(nèi)，鉆孔接露的地層需要滿足注漿全覆蓋要求。受到鉆孔設(shè)計和區(qū)域空間約束，本工程水平井施工技術(shù)上存在較大難度，原因是本工程靶區(qū)為“富含水層”，垂深較小，水平位移受到限定，不同于常規(guī)水平井施工要求，依靠常規(guī)鉆進技術(shù)無法滿足施工要求。

通過對井身軌跡設(shè)計及實際鉆進測得（如表1），在增斜位置，全角變化率為48.25°/100m，已超過石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鉆井井身質(zhì)量控制規(guī)范》中要求的小于15°/100m，安全風(fēng)險系數(shù)大幅增高，上下鉆在孔內(nèi)一側(cè)易形成鍵槽卡鉆、鉆具受到極限彎曲力矩易形成疲勞折斷、泥漿形成壓差易誘發(fā)泥餅粘附卡鉆、鉆柱與孔壁嚴(yán)重摩擦易磨損鉆具，孔內(nèi)部分孔段全角變化率超過規(guī)范要求，還會誘發(fā)其他意外孔內(nèi)事故。

表1 某礦井內(nèi)孔孔身數(shù)據(jù)

2.3 測量儀器和井底存在盲區(qū)

目前較為常用的測量儀器設(shè)備主要以MWD為主，因為井底鉆頭與鉆井系統(tǒng)存在著一定的距離盲區(qū)，因此在進行操作過程中，技術(shù)人員需要依靠自身操作經(jīng)驗進行設(shè)備操作，存在著盲區(qū)距離估測的狀況，會對井眼軌跡控制產(chǎn)生直接干擾。在進入靶區(qū)之中，需要準(zhǔn)確入靶才能保證最終注漿效果，實際操作相對較為困難。

3 施工難點應(yīng)對策略

3.1 優(yōu)化設(shè)計井眼軌道剖面

為有效處理上述各項問題，確保水平井施工能夠達到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)要求，各施工難點能夠得到切實攻克，需要做好系統(tǒng)井眼軌道剖面優(yōu)化處理，以便達到對井眼軌跡的精準(zhǔn)管控。技術(shù)人員需要按照現(xiàn)有隨鉆測量儀器以及造斜工具造斜率等情況，對井眼軌道剖面形式展開選擇。

按照設(shè)計規(guī)劃，為避免出現(xiàn)增斜過程中造斜率無法滿足設(shè)計要求的狀況，需要設(shè)置第一個穩(wěn)斜段，以便通過對穩(wěn)斜井段的運用，做好增斜定向操作。

3.2 強化井眼軌跡控制技術(shù)

3.2.1 優(yōu)化鉆進參數(shù)和鉆具組合，強化軌跡控制能力

展開井眼軌跡控制前，需要搜集設(shè)計數(shù)據(jù)，利用控制軟件優(yōu)化鉆進參數(shù)，選擇合適的井斜和方位及鉆具組合，對鉆壓和轉(zhuǎn)速及扭工具面進行精確計算。要針對前期地層資料，對鉆遇不同地層的鉆進參數(shù)進行精準(zhǔn)修正，適時調(diào)整鉆具組合。

需要按照鉆進軌跡的造斜率選擇造斜工具，以便達到切實強化軌跡控制能力的目標(biāo)。技術(shù)人員可按照實際造斜率，對軌跡控制方案展開調(diào)整，保證方案與施工實際情況的契合程度，確保井眼軌跡能夠更加符合設(shè)計軌跡要求。

3.2.2 構(gòu)建地質(zhì)模型，建立可視化軌跡

在進行水平段井眼軌跡控制過程中，通過對前期收集各項資料的運用，展開地質(zhì)模型建設(shè)，為鉆進工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。完成地質(zhì)模型建設(shè)之后，結(jié)合錄井?dāng)?shù)據(jù)以及相關(guān)測量數(shù)據(jù)，對地質(zhì)模型展開精修，保證模型與實際情況的相符程度，以便為相關(guān)操作開展提供可視化依據(jù)，確保軌跡能夠始終沿設(shè)計軌跡鉆進，確保鉆遇率可以得到切實提高。

3.3 優(yōu)化泥漿性能，選擇合適泥漿工藝

水平井施工泥漿性能尤為重要，要保證良好的攜砂能力和流變性能、合適的泥漿密度和濾失性能等。本工程中鉆進地層有第四系、新近系松散層覆蓋，侏羅系砂巖、礫巖，松散層與基巖不整合接觸，侏羅系地層巖溶發(fā)育、富水性好，上部極易因泥漿性能而形成包漿、下部因泥漿比重過大發(fā)生漏失、或因粘度和固相含量導(dǎo)致攜砂困難，因此泥漿性能要時刻觀測并適時調(diào)整。泥漿密度選擇原則是上部用高密度、中固相、高粘度、低濾失性能，下部為低密度、無固相、中粘度、低濾失、低含砂性能泥漿，并且在泥漿的觸變性、靜切力、PH和膠體率等方面適時控制。

4 結(jié)語

本文對類似薄差目標(biāo)層的水平井施工相關(guān)內(nèi)容介紹，使我們對該種環(huán)境下的水平井施工難點以及對應(yīng)措施有了更加清晰的認(rèn)識。為妥善解決軌跡控制難度大以及中靶困難等方面的狀況，技術(shù)人員需要依靠實際勘察，做好各項數(shù)據(jù)收集，并要通過對具體問題展開分析與研究，明確問題產(chǎn)生主要原因，以便制定出針對性處理困難的優(yōu)化方案，確?？梢酝ㄟ^構(gòu)建地質(zhì)模型以及其他手段，達到優(yōu)化軌跡剖面以及提升軌跡控制質(zhì)量的目標(biāo)。