大口径深孔钻探技术探讨

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  摘要:随着,钻探技术迅猛发展,大口径深孔钻探技术不断更新,如何在大口径深孔钻探施工中防止钻孔弯曲,提高大口径深孔施工安全及钻进效率,保证成孔是大口径深孔主要攻关课题。本文对大口径深孔钻探技术进行探讨分析。
  关键词:大口径深孔;安装;控制技术;定向纠斜;改进办法
  大口径深孔施工,孔斜控制是难点,孔径大,导致钻具在孔内弯曲变形严重,摩擦阻力增加,磨损加剧,钻杆折断事故增多,升降钻具困难,功耗增加和钻速下降,导致事故增多、成本增高,为达到钻孔弯曲与效率双优,必须改进工艺方法;从减少回转阻力、随时跟踪测斜、随时跟踪纠斜。
  1、采用设备
  SPS-600、2000、2600型钻机;山东青能N3NB-350、500型泥浆泵及BW850/7、BW1200/7型泥浆泵;23m、26m四角钢塔;6135———型柴油机;160KW———电动机;393.7mm、444.4mm三牙轮钻头;241mm加重管;178mm加重管;146mm/178mm异径钻杆;393.7mm、444.4mm螺旋扶正器;393.7mm、444.4mm滚轮绞孔器;89钻杆、114钻杆、127mm钻杆;其它附属配套设备。
  2、安装、开孔及防斜措施
  2.1设备安装
  钻塔塔基四角及设备承重处挖1.2m以上桩坑采用混凝土灌注,使用水准仪超平,塔基及底盘做到水平,稳固,周正。作业中定期用水准仪超平校正。钻机安装满足设计要求,孔口中心、立轴、天轮“三点一线”。钻进中采用磁力线坠随时校正主动钻杆,发现主动钻杆偏斜及时调整。
  2.2防斜措施
  扩孔采用导向式钻具组合。合理掌握钻压,中和点处于钻铤上部80%位置,保持孔底钻具组处于直立状态。保持阶段性测斜,必要时钻进参数作适当调整。正常情况下,三班钻进参数保持一致,均匀给压。
  2.3钻孔结构
  三、四纪层较薄地区,不需要下技术套管,可以采用终孔孔径开孔一径到底;即终孔孔径如为393.7mm;一开采用393.7mm钻进至终孔。在三、四纪层较厚地区,如果大径开孔发生孔斜,没有纠偏余地,如小径开孔出现孔斜,可以分级换径纠斜,因此,采用小径开孔;根据所取岩心完整程度,确定大径孔深;一开采用与114mm钻杆接箍外径略大的168mm孔径小径开孔,利用岩心管与钻杆接箍外径基本同径的导向作用防斜;至完整岩石(具体深度以钻穿顶部冲积层为准),后用帶导正扩孔钻头分级扩孔至168mm小径孔深,最后扩孔至500mm孔径,下入460mm技术套管,连接方式采用对焊连接;缺点是多级扩孔,影响效率,对孔斜要求较高钻孔比较适宜;二开采用393.7mm孔径,一径钻进至终孔。小径开孔采用较短(2.5m~3.5m)主动钻杆开孔,逐渐加长;开孔采用短岩心管,逐渐加长至10m左右。开孔及换径随钻孔延伸,优先加入孔底钻具组,以增加钻压和钻具导正。技术套管外环间隙孔底、孔口都要封闭好,固定牢靠,能够减少套管底部出现溜砂事故发生,断套管事故的发生,多因套管外壁没有填实而被钻具打断。换径时要用带导向异径钻具,换径时异径导向钻具施工导向孔不宜过多,控制在1m以内,进入小径作业要轻压、慢转,待孔底钻具组全部进入小径,再恢复正常参数。
  3、选择合理的技术参数
  3.1钻压的选择
  全孔选择减压钻进,根据地层岩性变化和岩层构造变化,选择减压数值,由于三牙轮钻头钻压取决钻头直径,每毫米约为15~55kg,如果满足足够的钻压,选用的钻塔不匹配难以承受钻具重量,如果选择合适的钻塔,又没有较深的钻孔,基本在1000m以内;以上钻具组合钻压最多达到40KN~50KN,因此,钻压偏低,不能发挥三牙轮钻头全部优势,选择的减压数值只是保持钻具处于直立状态。
  3.2转速的选择
  由于三牙轮钻头依靠钢齿压入岩石,进行剪切破碎,需要有足够的时间切入岩石,转速不能过高,且由于扶正器修孔阻力,转速也不能开高,扶正器防斜与钻进效率成为相互矛盾体;加之,牙轮钻头破碎机理效率与转速成反比,因此,转速基本限制在40~80r/min。
  3.3泵量的选择
  泵量较大,有助于碎岩,孔底干净;过大,易冲蚀孔壁,且平衡压力;反之,排粉不畅,重复破碎;随钻孔加深,更需要适当的泵量,较高的泵压;通过在鸡西使用山东青能N3NB-350型泥浆泵效率明显高于使用BW850/7、BW1200/7型泥浆泵的效率。根据泥浆泵排量把泵量控制在28L/s~32L/s,泵压3.5Mpa。
  4、重点施工注意事项
  4.1下管工作准备
  一是扩孔后期调整泥浆性能,粘度在30s左右,充分循环泥浆,及时监测泥浆固相含量,达到要求时方可起钻;二是校正孔深,起钻时必须再次丈量钻具;三是检查下井管材,逐根丈量、编号;四是井管预先打好对焊坡口,配备定位夹具和卡规;五是焊接人员严格按设计焊接;六是下管前用通井管通井,以保证下管工作顺利进行。
  4.2焊接注意事项
  一是焊条使用前必须以规定的温度及时烘烤;二是焊件接缝必须消除一切水锈、油、油漆等异物;三是正确选用焊接电流,发现焊条偏芯及时更换;四是焊件坡口控制在30°~45°之间;五是在焊接时注意保持正确的焊条角度,运条速度及手势根据焊件尺寸而定。
  4.3固井作业
  一是固井设备包括:NB1-350泥浆泵1台,清水泵1台,TBW850/50泥浆泵1台,搅拌机1台,排污泵4台,并确保各设备工作正常;二是利用搅拌池作为水泥池,安装搅拌机搅浆;三是固井用水泥、水、替浆量准确计算,采用425#水泥;四是开泵冲孔,充分循环钻井液,确保循环系统畅通;五是制浆:灰水比为1∶0.5,开动搅拌机,及时取水泥浆测定比重,使比重不低于1.75g/cm3;六是开泵注浆,泵浆完成后替浆;七是固井完后,养护72小时。
  5、改进办法及措施
  5.1采用定向钻进工艺
  用单点测斜仪随时测斜,用液动螺杆钻具随时小径纠斜,出现偏斜趋势,采用单点定向系统小径纠斜钻进,使井身轨迹正常后,改换常规钻具扩孔钻进,至纠斜孔段扩孔结束,改换正常孔径钻进。
  5.2纠斜钻具组合
  Ф215.9mm钻头+Ф165mm螺杆马达+Ф159mm无磁钻铤+Ф159mm钻铤+Ф127mm钻杆+Ф133mm方钻杆
  5.3钻具组合
  取消扶正器,消除扶正器回转阻力,提高效率:采用393.7mm三牙轮钻头+241mm加重管+178mm加重管+159mm钻铤+127mm钻杆+114mm钻杆+133mm方钻杆。或444.4mm三牙轮钻头+241mm加重管+178mm加重管+159mm钻铤+127mm钻杆+114mm钻杆+133mm方钻杆。
  5.4满足足够钻压
  增加孔底钻具组重量,增加159mm钻铤、127mm钻杆,满足三牙轮钻头钻头直径每毫米约为15~55kg的钻压;即140~160KN。
  另外,改善钻具孔内工作状态,提高钻具工作稳定性,采用PDC复合片钻头。大径钻孔小径取心同步作业,不需要扩孔,采用大口径绳索取心技术。
  参考文献:
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