定向斜孔钻进工艺技术研究

定向斜孔钻进工艺技术研究

发表时间：2010-03-10T15:51:58.810Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者：王长江

[导读] 罗圆井田的定向斜孔采用直孔段－定向增斜段－稳斜段的孔身结构，其中增斜段和稳斜段施工是本次课题研究的重点和难点

王长江（安徽省煤田地质局第一勘探队）

摘要：本文结合在罗圆井田的定向斜孔勘查钻探施工，介绍施工设备、钻具组合、钻孔结构、钻进技术参数等，确保罗圆井田钻探施工钻孔达到各阶段质量标准要求。

关键词：定向斜孔工艺技术增斜

1 概述

罗圆井田的定向斜孔采用直孔段－定向增斜段－稳斜段的孔身结构，其中增斜段和稳斜段施工是本次课题研究的重点和难点。定向增斜（造斜）施工的基本要求是使钻孔向预定方向（顶角，方位）钻进。为达到此目的，首先要有一个合理的轨迹，在钻进过程中则要解决有效的造斜和正确控制钻孔方位这两个基本技术问题。

2 造斜设备与机具

造斜时使用DST随钻检测系统，钻进时由放置在Ф105mm无磁钻铤内的DST－25型随钻测斜仪测出钻孔顶角方位角及螺杆钻工具面向角，通过电缆传递给地面DST系统计算机处理后显示于监视屏及司钻显示仪随时监测调整。

造斜钻进时使用5LZ95螺杆钻，它是一种容积式井底马达（PDM）由旁通阀总成马达总成万向轴总成等部件组成。工作时，高压钻井由Ф73mm钻杆内进入螺杆钻后，液体的压力使钻具中心的转子旋转，从而把回转扭矩和钻压传递给钻头，达到钻井的目的。5LZ95×7.0型单弯螺杆钻，外径Ф95mm适用孔径Ф118-152mm，流量范围7－12L/S，M马达压降3.2Mpa钻头转速90－195r/min工作扭矩1100N.M，输出功率10.4－22.5KW，钻压25KN，常用弯角0.75，1，1.25，1.5等几种，如表1所示，造斜强度0.18－0.56/M，造斜效果较好。

3 钻具组合

3.1 一开：Ф110mm矛式钻头（Ф110mm肋骨钻头+Ф89mm岩芯管）+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆，钻至可下套管的完整基岩;

3.2 扩孔：Ф190mm牙轮钻头+Ф121mm钻铤+68mm钻铤+Ф50mm钻杆；

3.3 二开：Ф94mm钻头+Ф89mm岩芯管（取煤管）+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆钻至造斜起始深度，换Ф118mm扩孔器扩孔；

3.4 定向造斜段：Ф118mm金刚石复合片钻头+5LZ95单弯螺杆钻具+定向接头+105mm无磁钻铤+73mm石油钻杆+主动钻杆+随钻专用水龙头；

3.5 斜孔钻进段:Ф94mm钻头+Ф89mm厚壁岩芯管（取煤管）+Ф68mm钻铤+Ф50mm钻杆。

4 定向造斜钻进技术

4.1 顶角和方位的控制在设计目的明确，孔内情况清楚的前提下，控制钻孔方位和顶角都是依靠造斜钻具实现的，两者既联系密切又相互制约。只有按预定的方位增﹙降﹚斜造斜才是最有效的；调整方位则会影响造斜率。具有一定造斜能力的造斜钻具，其改变顶角和方位的大小及两者之间的分配关系，是通过调整斜向器的装置角即螺杆钻的工具面向角来实现的，它包括顶角的单独控制顶角与方位角的同时控制。因此，正确的安装和及时调整工具面向角是保证有效的造斜和控制方位的关键问题。

4.1.1 定向方法为了对斜向器装置到预定的方位上，在钻进前准确测定斜向器在孔底的实际方位与预定装置方位的偏差，并进行校正，叫做定向。

一般的定向方法有井下定向和地面定向两种。本次造斜施工井下仪器定向。钻具下至孔底后，将有线随钻测斜仪下放至螺杆钻上部的定向接头内，当测斜仪底部引流鞋的缺口进入定向键并定位后，即可在监视屏上读取钻孔的顶角方位角和工具面向角，与设计的工具面向角对比调整后，打压，开泵进行造斜钻进。

4.1.2 造斜钻进定向造斜钻进时利用斜向器和相应的钻具组合在井眼中产生的弹性力矩，给钻头造成一个垂直起轴线的连续作用的侧向力，使钻头侧向切削岩石，从而实现造斜钻进。本次施工造斜使用的斜向器是安装在螺杆钻下部的弯外管，角度为0.75°，1°，1.25°，1.5°等四种，。相应的钻具组合为Ф118mm钻头+Ф95mm5LZ95型单弯螺杆钻+定向接头+Ф105mm无磁钻铤+Ф73mm石油钻杆+主动钻杆+随钻专用水龙头，能达到预定的造斜施工目的。

造斜钻进是使钻孔在人工控制下向预计的方位和顶角钻进。斜孔段应尽量保持均匀的造斜率，避免急弯，以利于稳斜钻进和减少复杂情况。造斜率一般控制造0.2－0.3°／m较为合适，能顺利的进行造斜钻进稳斜钻进测井等作业，即使出现孔内事故也较容易处理。

造斜钻进时，调整好工具面后，缓慢的下放钻具至孔底，使用不同的造斜钻进工艺，罗圆井田造斜钻进采用的钻进参数选择如表2所示。

钻进时，工具面和钻压一般要同时达到，根据钻进速度和底层，以工具面控制为主，反扭矩是螺杆钻带动钻头旋转式生产的反作用力，反扭矩的存在会影响定向精度，因此在定向作业时要考虑反扭矩的影响。调整工具面和反扭矩就整钻压。当岩石较硬需要增加钻压时，增大反扭矩即可；反之，即为减小钻压。

采用以上的造斜钻进参数取得了较高的钻进效率和造斜效果，据不完全统计：泥岩一般为4-m/h；砂岩中一般为3-4m/h；石英砂岩只钻进一次，效率只达到0.3-0.5m/h；今后我们将会在硬岩造斜的造斜钻进参数和钻头选型等方面加强研究并加以应用。

钻完一个单根时，一般要认真划眼2-3次，以消除因钻进速度快孔壁不规则而形成的台阶凸凹不平等影响钻进的因素。划眼后将有线随钻测斜仪提出定向键，提升至主动钻杆内，卸开主动钻杆即可加73mm石油钻杆单根，接上主动钻杆，下放仪器定向。重复以上程序直至完成造斜施工。

4.2 斜孔取芯钻进技术到底斜孔取芯钻进与直孔取芯钻进的不同在于：斜孔取芯钻进既要取芯，满足地质要求，又要保持钻孔轨迹达到定向斜孔设计目的；钻进时，钻具处于孔壁下沿，钻具与孔壁不间断的摩擦，造成钻具磨损增大；钻孔在较短的距离内形成很大的斜度，同时又有方位的变化，在弯曲应力作用下，钻具易折断；在钻孔弯曲的影响下，钻机回钻载荷增大，提升钻具困难，长时间的大负荷运转易损坏钻机传动系统；因孔斜形成的重力分力作用下，钻压到达不了钻头见煤反应不明显，煤芯采取率也不容易保证，在易坍塌掉块的破碎地层中，易发生掉块卡埋钻等孔内事故。

4.2.1 钻具级配采用的钻具级配与普通钻具相同，但为了降低孔壁拉槽的危险，减少钻具磨损，减少起下钻次数，使用了Ф89mm钻铤