钻井取水工程井塌事故处理浅析

高建忠

(陕西省咸阳市水利工作队，陕西 咸阳 712000)

近年来，许多地方在钻井施工中经常因井塌而报废，有的在同一处连续报废两眼，经济损失达四五十万元。2002年10月，作者在陕西永寿西庄村成井时，也发生了井塌事故，经分析研究处理，化险为夷，水井至今正常运转。在处理这个事故中总结了不少经验，在同行中得到了认可，并在实践得到启示，但在施工中也存在一些问题，逐须进一步探讨研究，解决好钻井施工中井塌事故的正确处理。

1 钻井施工概况

西庄村位于陕西永寿县以东，距县城约15 km，人口1 360多人。属山区村庄，大陆型半干旱气候，春季温暖，夏秋多雨，多年平均降雨量600 ml左右。地面起伏较大，周围有沟谷切割，沟深100～150 m。地貌形态基本反映了古地型，对找水布井比较有利。该村包括相邻四五个村庄，群众靠窖水生活，大骨节、大脖子病比较常见。姑娘远嫁，男子因环境条件恶劣娶不到媳妇，长辈们因此非常头疼。2002年初，县水利局决定在西庄村打一眼水井，解决群众的吃水问题。经过前期论证，经过勘察，开展地面物探。开尺地面物探，经对测量数据进行综合分析，确定3号井位。设计井深450 m，出水量5 m3/h。2002年5月，钻井工程开工，同年10月竣工，完成钻井深460 m，实际出水量20 m3/h。静水位124.63 m，动水位367.42 m。该井地层岩性为:0～164 m为第四系黄土层;164～460 m为二迭系泥岩和砂岩。井壁管规格φ325×7钢管，座管位置179m。成井后，由于出水量不断增大，潜水泵更换了两次。第一次将流5 m3/h的更换成10 m3/h的;第二次将流量10 m3/h的更换成20 m3/h。解决的吃水村由西庄一个村扩大到邻近的许家村、何家渠等5个自然村，解决的吃水人口由1 360多人增加到8 270多人，吃水的村子增加了4倍，吃水的人口也增加了4倍。从此村上发生了翻天覆地的变化，告别了贫穷、头痛的过去。

但是，在这样一个在贫水山区打出这样较高的出水量、解决吃水人口之多的优质水井，在钻井过程中，曾出现井筒坍塌事故，差点成了报废井。

2 水井坍塌的原因

西庄村水井设计深度450 m。原施工方案是，钻至450 m后，再扩孔下管。但当钻到387.5 m却出现了井漏。井里没有泥浆，土层开始坍塌，故事发生后采取先下管，再钻进的措施。经对井内测井曲线分析，测井技术人员将座管位置定在179 m。经扩孔下管，完成了黄土层的钻井任务后，再接着从387.5 m钻进，直到460 m终孔。

终孔后，采用活塞、钢丝刷、泥浆泵洗井，当空压机洗井时，井内突然一声巨响，井水从钻杆里喷出，高出地面8.6 m。经测井深，一个460 m的深井只余185.2 m。

井塌之后，经分析原因仔细查看地层岩样，分析井内电测曲线，认为该处基岩为二迭系砂岩和泥岩，而以泥岩为主。泥岩性脆而软，强度低，并含有绢云母，薄层状，易破碎。基岩风化层厚度也比较大，164～190 m均为风化层，风化层厚度26 m。井壁管没有座在完整基岩上。洗井过程中，井壁管以下179～190m的风化层在井水的浸泡下软化和破碎，因而造成井塌。

3 井塌事故处理

井塌的处理先对坍塌物打捞后用水泥浆固井，采用了以下程序处理。

3.1 打捞坍塌物

坍塌物用打捞筒打捞。有的层段坍塌物流松，打捞起来较快，有的层段坍塌物密实，打捞起来较慢，有时边捞边塌，给打捞带来了不少困难和风险，共打捞了48 h，打捞到192 m，进入完整基岩2 m，打捞坍塌物2.8 m3。

3.2 确定固井井段的体积

很明显，本次固井井段为179～190 m，长11 m。固井的体积无法测量，只有依靠分析和判断来估算。设想179～190 m坍塌成“大肚子”，平均半径(R)0.5 m。根据园柱体体积计算公式 V=兀 R2H，算得其体积为8.64 m3。

3.3 确定水泥浆的比重和水灰比

水泥浆比重和水灰比过小，水泥浆太稀，水泥凝固慢，强度低;水泥浆比重和水灰比过大，泥浆压注困难，甚至压不到井内，所以，水泥浆比重和水灰比非常重要。根据《常用水泥浆比重表》和《常用水灰比》，结合本井实际，将水泥浆的比重定为 1.9 t/m3，水灰比定为 0.5:1。

3.4 计算水及水泥用量

已知水泥浆的比重(d)为1.9 t/m3，井塌的体积(V)为8.64 m3，根据公式 d=算得水泥浆的重量为 16.42 t，已知水灰比为 0.5:1，算得水的重量为 5.47 t，水泥重量为 10.95 t。

3.5 搅拌水泥浆

由于搅拌机的容量最大为3 m3，所以必须分三次搅拌，每次的搅拌量分别为3 m3、3 m3和2.64 m3。经计算，当容积为3 m3时水泥重量为3.8 t，清水重量为1.9 t(m3);当容积为2.64 m3时，水泥重量为 3.35 t，清水重量为 1.68 t(m3)。所用水泥为800#油井水泥，它凝固快，强度高，耐腐蚀，质量好。所用水是清水，不含任何杂质和污染物。

第一次搅拌，搅拌量为3 m3。先在搅拌机里加入1.9 t(1.9 m3)清水，然后开动搅拌机，将水泥徐徐倒入，边倒水泥边搅拌，直到将3.8 t水泥倒完，再搅拌20～30 min，使水泥充分搅拌，不得有水泥块。

第二次搅拌量搅拌方法与第一次相同。

第三次搅拌量是2.64 m3，所用清水和水泥分别是1.68 t和3.35 t，搅拌方法和要求与第一次相同。

三次搅拌的水泥浆均倒在预先准备好的10 m3大池子里。

3.6 压注水泥浆

压注设备是泥浆泵。将钻杆下列191.5 m处(即距打捞后的井底0.5 m)，打开泥浆泵，将搅拌好的水泥浆压入坍塌井段，泵压不小于3 MPa。

3.7 清水顶压

泥浆压注完后，用泥浆泵再压入0.89 m3清水，压力亦不小于3 MPa。稳定地顶压着，持续时间不小于12 h，以便将钻杆里的水泥浆全部压入地层。清水顶压量按照泥浆泵泵管内径和钻杆内径的容积计算。顶压结束后，将钻杆提出井外，清洗净钻杆、泥浆泵及其泵管内的水泥浆。

3.8 待凝及待凝时间的确定

800#油井水泥多长时间在井下基本凝固好，当时还没有一个准确的数据。待凝时间直接影响到以后钻孔的成败，所以非常重要。待凝时间短了，水泥强度太低;待凝时间太长，水泥强度太高，钻孔时会产生孔斜。通过试验确定井下水泥基本凝固时间。在水池里放置一小袋水泥浆试块，试块基本凝固的时间就是井下水泥基本凝固的时间。试块放置48 h后检验，略有凝固，强度偏低;试块放置96 h后检验，基本凝固，掰之不开，击之方破，强度适中，于是待凝结束。待凝时间定为96 h。

3.9 测量水泥上返高度

待凝48 h时，水泥浆初凝，测得水泥浆上返高度为178.8 m，高于井壁管底部179 m，说明坍塌井段全部压注了水泥浆，达到了水泥浆固井设计高度。如果低于井壁管底部，则需再固一次。

3.10 钻水泥孔

待凝96 h后，水泥基本凝固，便从179～192 m段重新钻孔。水泥浆凝固后，有一定的强度和硬度，如果操作不当，就会偏离原孔。为了防止偏孔，在钻水泥孔时，采取以下措施。

(1)配备的钻具，特别是钻铤的数量和规格与以前钻进时相同，例如以前钻进时，配备的是φ165钻铤4根，这次钻水泥时，仍然是φ165钻铤4根。

(2)钻压不宜过大，控制在2～3 t。

(3)每钻水泥2～3 m，至少化眼一次，以消除钻孔的螺旋状，避免将孔钻斜。

(4)采用泥浆钻进，比重为 1.1 g/cm3～ 1.2 g/cm3，粘度为25～28 s，泥浆比重太小，粘度偏低，不能将水泥颗粒带出井外。坚决不可用清水钻进，以免发生埋钻事故。

(5)合理控制钻速。钻速以每小时不超过1 m为宜。如果沉淀较多，停钻专门循环，待沉淀不于0.5 m后再钻。

固井水泥段钻完后，继续往下钻，钻到193 m时，与原孔连接在一起。

经洗井，作了抽水试验。一个濒临报废的水井处理成功。

4 结语

永寿县西庄村井塌事故的处理，、经历了历时10 d。处理井塌井段 11 m，水泥用量 10.95 t，清水用量 5.47 t，参加处理人员20人，处理费用总计2万元，将一个价值29万元的濒临报废之井处理好。该井从2002年10月中旬运行到今天，已10年多，一切正常，说明水泥固井处理井塌事故，方法正确，安全可靠，效果良好。