定向分支孔井故原因分析及改进措施

李　响

(华北有色工程勘察院有限公司)



定向分支孔井故原因分析及改进措施

李响

(华北有色工程勘察院有限公司)

摘要在施工定向分支孔时，由于地层相对复杂，且注浆段埋深较深，屡屡出现井故，严重耽误施工工期，增加生产成本。为了降低施工过程中井故发生频率，根据井故发生的类型，分析了地层破碎、注浆、设备老化等导致井故的原因，提出了护壁注浆、下飞管、改进注浆结束标准及改善浆液性能等相关措施，实施后，最终解决了卡钻、埋钻、浆液待凝时间长等问题，在后期施工过程中一定程度上降低了井故发生频率，加快了施工进度。

关键词定向分支孔井故施工进度

定向分支孔技术具有钻探成本相对较低、占地面积小等优点，已成为地面预注浆工程中不可或缺的施工工艺[1]。某铁矿溜破系统地表预注浆工程现场施工场地有限，钻探工作量为8 391.89 m，工期为237 d。该铁矿溜破系统中破碎硐室及下部矿仓埋深为600 m左右，注浆顶板为599.1 m左右，非注浆段为599.1 m(表1)。如果采用单一垂直孔注浆施工，非注浆段钻探和管材将占整个工程造价的很大比重；另外，施工场地狭小，两孔间距最大仅为7.5 m 左右(图1)，采用单一垂直孔注浆施工，钻机摆设极为困难，针对这种情况，有必要采用定向分支孔施工技术，选取少数注浆孔作为注浆主孔，在完成全孔注浆施工后，从钻孔的某一深度进行分支施工，通过人工控制钻孔轨迹进入预定靶区后转为垂直孔注浆施工。该工艺可以节约大量非注浆段钻探工作量和护壁管材，有效降低工程造价，同时减小了施工占地面积，缩短了施工工期。在施工过程中，由于地层相对复杂，破碎带出现较为频繁，导致在施工定向分支孔时，屡屡出现井故，耽误工期，从而增加了生产成本，必须采取有效措施解决井故问题。

表1溜破系统注浆顶底板参数

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1井故概述

定向孔于2015年8月陆续开孔，目前已终孔6个，其余仍在施工，对开工至今出现井故的孔做了统计，见表2。

图1　注浆孔布置

表2　井故数据统计

10#孔井故简述：10月9日，施工至450 m深度时，在200 m处发生钻铤断折，采用反丝钻杆处理事故，10月28日处理完毕。11月2日，施工至498 m深度时，在180 m处发生卡钻，采用反丝钻杆处理事故，11月10日处理完毕，分析原因为180 m处地层破碎坍塌，护壁注浆后正常钻进。11月22日，施工至498 m深度时，在295 m处发生卡钻，采用反丝钻杆处理事故，孔内剩余一根钻铤；11月26日下钻对坍塌地层进行扫孔时，再次发生埋钻事故，至11月28日经反复提拉将扫孔钻铤处理完毕；由于上部地层坍塌严重，下部钻铤无法继续处理，钻铤所处位置为470 m。

16#孔井故简述：8月1日，钻进至603 m处，由于上部地层破碎，前期没有做护壁处理，发生埋钻事故，后经反丝钻杆处理，于8月29日完成井故处理，恢复正常施工。9月21日，第三注浆段注浆，当注浆量达57 m3，注浆压力为10.7 MPa时，发生止浆塞抱死事故，利用千斤顶对其进行了顶拉处理，后换反丝钻杆处理，由于卡瓦式止浆塞无法处理，最终采取扫碎措施。

通过上述分析，不计10#孔第三次井故，共耽误正常施工79 d，如按每孔工期为一个月计算，将延误2个孔工期，大大降低施工效率，增加施工成本。

2井故原因分析

2.1地层破碎原因

经初步分析，卡钻及埋钻事故是由地层破碎造成的，通过统计，由于地层破碎原因造成的井故占所有井故的60%，除仍在处理的10#孔井故外，误工时间为48 d，占所有误工时间的61%。通过综合地质柱状图(图2)可以看出，3个破碎带分别为142.03～166.23 m,227.03～243.83 m,361.93～391.43 m，由于都处于未分支段，分支孔施工过程中，钻杆对破碎带地层不断抽打，加大了井故发生频率[2]。

图2　钻孔综合地质柱状图

2.2注浆原因

现阶段采取的注浆结束标准：注浆终压达到注浆段设计值的前提下，注浆终量q≤50 L/min，并且持续时间不低于20 min。由于使用卡瓦式止浆塞，注浆持续20 min后，注浆流量会特别小，导致接触卡瓦塞的水泥浆由于高压环境很快凝固，最终不能提拉止浆塞，出现井故。

2.3设备老化原因

10#孔下钻前没有对钻杆、钻铤等设备进行检测，未发现钻铤接口处的裂缝，钻进时受大扭矩导致钻铤折断。

3改进措施

(1)结合16#孔埋钻情况，在钻进过程中，如发现地层破碎，须及时带压护壁，保证地层破碎带成为整体，并且不掉块时方可进行钻进，同时，在施工组织设计编写时，应把护壁注浆量考虑在内。

(2)通过分析综合地质柱状图，破碎带基本出现于上部未分支地层，但由于定向孔分支的原因，在破碎地层中下通天地质套管是不合理的，为保证正常施工，可以在后期其他分支孔施工过程中，结合地质柱状图及前期施工情况，提前在破碎地层处设置变径，下入飞管(图3)，既避免了分支孔施工过程中与管壁的摩擦，也能够防止因地层破碎出现掉块、塌孔，从而减小卡钻、埋钻的事故发生几率。在下飞管时应对其做特殊处理，使得上口为喇叭口，下口为马蹄形的微喇叭，这样可以避免挂卡钻具，另外，下入飞管后应着重考虑固管，防止后期施工中因飞管活动造成不必要的井故[3]。

图3　飞管简易图

(3)针对止浆塞故障可以适当优化注浆结束标准，当达到设计压力，流量小于50 L/min，并持续10 min，即可将浆液改换为水注入地层，持续10 min后，如流量没有突然增大即可结束。这样可以在高压注浆时将止浆塞附近的浆液推送较远，给予提拉止浆塞时一定的行程，避免了止浆塞因没有提拉空间而出现抱死，最终导致井故。

(4)在钻杆或钻具处理失败后需要封孔进行偏斜工作时，封孔待凝时间往往过长，使得整个井故处理时间相应过长，在此情况下可尽量减小水灰比，同时提高速凝剂添加量，在此基础上加入适量的早强剂，一般使用食盐及三乙醇胺作为早强剂，分别按水泥用量的5‰及0.5‰计算。这样可以大大降低水泥达到所需强度的时间，使得井故尽快处理。

(5)加强各机台工人的责任心，做到下钻前必须检查，如有异常立即处理，避免因施工人员疏忽造成不必要的损失。

4结语

本文通过对卡钻、埋钻等井故类型及导致其发生的地层破碎、注浆标准、设备等原因的分析，针对性地给出了改进建议，从根本上减少井故次数及井故处理时间，在保证施工质量的同时提高施工进度，为以后分支孔的实施打下良好的基础，保证了工程的顺利实施。

参考文献

[1]江天涛，冯士安.受控定向钻探技术[M].北京： 地质出版社，1994.

[2]吴松贵，余大有，马江淮，等，地面注浆加固技术在深部巷道厚层破碎围岩中的应用[J].中国煤炭地质,2011,23(1):59-63.

[3]文小元.深井“飞管止水法”处理下管事故实例分析[J].甘肃地质，2010,19(2)：88-90.

(收稿日期2016-02-23)

李响(1981—)，男，助理工程师，050021 河北省石家庄市汇通路39号。