黨愛民 ,張 東 ,魏慶鎮(zhèn)
(1.肥城市打井隊,山東 肥城 271600;2.肥城市尚莊爐水庫管理所,山東 肥城 271600)
近年來,隨著對打井設備的不斷更新,現(xiàn)在已能打深度在700 m以上的水井。對于不同巖層的鉆進,為了提高鉆進效率,目前多采用魚尾鉆頭、刺尾鉆頭、巖芯鉆頭、牙輪鉆頭鉆進的方法。隨著新材料、新工藝的不斷改進,成井深度隨之增加,但面臨著復雜地層和突發(fā)情況發(fā)生機率也隨之增大,井孔坍塌、卡鉆狀況時常出現(xiàn)。特別對于超深井地下地層構造情況復雜,鉆井過程中經(jīng)常會因以下原因發(fā)生卡鉆:
1)井內(nèi)地質(zhì)情況復雜,在滲透、裂隙性地層中,泥漿循環(huán)不良,漏漿造成巖粉沖洗不及時堆積在井底發(fā)生卡鉆,或因停電原因造成停泵時間較長,巖屑沉積在井底造成卡鉆,通常稱巖屑卡鉆。
2)泥漿性能不良造成泥漿粘附在井壁較厚,鉆井中由于井孔不能完全垂直,當井下鉆具靜止不動時,與井壁上的泥餅粘附在一起,時間較長使接觸面積增大,造成卡鉆。
3)在巖層不穩(wěn)定的地層(如砂層和泥灰?guī)r層)鉆進,井壁失去支撐不穩(wěn)定,加上泥漿性能不好,造成井壁坍塌,形成卡鉆。
4)在地層條件復雜的裂隙性地層、斷裂帶地層鉆進時,上部地層的巖石破碎塊掉入井內(nèi)卡住鉆具,使上提鉆具遇卡,下放遇阻,轉(zhuǎn)動鉆具遇阻,造成卡鉆。
5)在較硬的地層鉆進時,由于鉆壓控制不穩(wěn),造成井斜變化大,形成了急彎,鉆進時,鉆柱緊靠急彎處旋轉(zhuǎn),在井壁磨出一條細槽,鉆柱卡入細槽中,當起鉆時,鉆頭直徑由于大于細槽直徑,被細槽卡住造成卡鉆。
6)由于人為操作不當,對下井鉆具檢查不嚴而發(fā)生的鉆具折斷、鉆具脫扣后,巖屑沉積井底埋住鉆具造成的卡鉆。或因其他小工具落入井內(nèi),卡在井壁與鉆具之間造成卡鉆。
由于以上原因特別是對超深水井卡鉆,卡鉆對鉆井工作影響很大,危害性最深,若處理不及時,輕則給鉆井工作帶來困難,重則造成井內(nèi)整套鉆具的報廢,嚴重時會造成水源井報廢,導致較大的經(jīng)濟損失。因此,必須采取有效的措施,預防事故的發(fā)生。一旦發(fā)生井下卡鉆事故,就要分析原因,首先根據(jù)上提、下放、轉(zhuǎn)動、開泥漿泵循環(huán)的情況,準確判斷卡鉆的原因,再采取相應的解卡措施,避免引起更大的事故。根據(jù)多年來的施工經(jīng)驗,對于超深井施工預防處理卡鉆事故,分析總結(jié)如下行之有效的處理卡鉆的方法。
當在鉆進過程中遇到卡鉆事故,需繼續(xù)正常循環(huán)泥漿,以防碎屑堆積井底加重卡鉆。同時上提、下放和轉(zhuǎn)動鉆具,嚴禁硬拔鉆具,爭取在卡鉆初期解卡。若用以上措施不能解卡,可在井口位置加固一根橫梁,并加固系上保險繩,防止飛出打人,橫梁兩端各放置一臺大升降力的液壓千斤頂,千斤頂應放平墊實,利用千斤頂給鉆具一個上頂力,頂升時不超過千斤頂規(guī)定行程70%。同時,在鉆具上部安裝一只吊錘,利用鉆井升降機拉動吊錘上升,給鉆具施加沖擊力,經(jīng)吊錘多次往復沖擊,同時用千斤頂不斷上頂鉆具,使卡住的鉆具逐漸松動,解除卡鉆。
當卡鉆比較嚴重,使用吊錘震擊無法解卡,且泥漿無法循環(huán)時,可以采用旋轉(zhuǎn)倒扣法。首先計算好卡點以上鉆具的重量,利用升降機通過鋼絲繩給鉆具施加一定的拉力,拉力的大小等于上部鉆具重量,使拉力平衡點正好位于卡點位置,使卡點處不受力,這時,再反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤,給鉆具一個反轉(zhuǎn)力,由于拉力平衡點正好位于卡點位置,鉆桿絲扣處摩擦力最小,鉆桿最容易從卡點位置倒開。通常會出現(xiàn)以下兩種情況:一種理想情況鉆桿是從卡點的位置倒開。另外一種情況是鉆具從卡點以上的位置倒開。提出倒開的鉆具后,這時,就要根據(jù)鉆具倒開的位置和井內(nèi)遺留鉆具情況,下入反絲公錐造扣,再將卡點以上的鉆具倒出。然后下入反絲公錐進行解卡打撈。
首先,將卡點處以上的鉆具全部倒開提出。然后在鉆桿底部安裝一只震擊器,將震擊器下入至被卡鉆具的位置,緊接著對好絲扣后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤擰緊震擊器,使震擊器底端和被卡鉆頭連接好,開動泥漿泵循環(huán)。然后,利用升降機不斷拉動鉆桿,帶動井內(nèi)的震擊器上下連續(xù)不斷震動被卡鉆具,使卡住的鉆具逐漸松動,解除卡鉆。
采用上下活動或震擊法無法解卡時,可采用套銑解卡法。首先,將卡點以上的鉆具全部提起,使卡點附近鉆具不受拉力和壓力,然后倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤,將鉆具從卡點位置倒開,起出井內(nèi)鉆具。倒開卡點以上鉆桿后,在鉆桿下部接上套筒鉆頭(套筒鉆頭內(nèi)徑稍大于卡住的鉆頭外徑)下入井內(nèi),套住井內(nèi)鉆具后,給套筒鉆頭加壓,同時泵入泥漿循環(huán)液正常鉆進,將鉆具外面與井壁之間的環(huán)形空間內(nèi)的巖屑或落物等套銑掉,套銑過卡住的鉆具后起鉆,再下入反扣鉆桿及反扣公錐進行倒扣,如此反復進行,直到將井內(nèi)鉆具全部打撈成功后,再下入鉆具進行正常鉆進。
銑鞋解卡法是一種卡鉆情況比較嚴重時采用的方法,比較耗時。首先利用井下探測儀摸清被卡鉆具頂部情況,根據(jù)卡鉆頂部情況制作一只銑鞋鉆頭,在銑鞋鉆頭底部用銅焊條敷焊上一層高硬度合金塊或鎢鋼粉,銑鞋鉆頭的直徑稍小于水井內(nèi)徑,在鉆桿底部連接上銑鞋下入井內(nèi),然后開泥漿泵循環(huán),開動轉(zhuǎn)盤保持適當轉(zhuǎn)速鉆進,利用銑鞋鉆頭將卡住的鉆具磨掉,鉆過卡點位置后,再下入公錐打撈剩余鉆具,打撈成功后,下入鉆具進行正常鉆進。
結(jié)合以上解卡方法,2011—2014年在茌平信發(fā)集團山西交口鋁廠大口徑超深工業(yè)供水群井施工中(井深都在600 m以上,終孔井徑Φ300 mm),共打機井10眼,所發(fā)生的井壁細槽卡鉆。2013年9月在魯南監(jiān)獄兩眼750 m深的水源井施工中所發(fā)生的巖屑卡鉆及工具落物卡鉆。2013年度肥城市高效節(jié)水試點縣打井工程、2014年度肥城市山丘區(qū)找水打井工程、2016年桃園鎮(zhèn)羅漢莊村、石橫鎮(zhèn)雙泉峪村、西鋪村打井工程中發(fā)生的裂隙性、斷裂帶地層掉塊卡鉆。2017年肥城市高新農(nóng)業(yè)開發(fā)區(qū)等水源井發(fā)生的泥餅及沉砂卡鉆,由于對卡鉆事故處理方法得當,均成功解決了不同種類的卡鉆事故,保障了水源井工程施工保質(zhì)保量的完成任務。
近年來,隨著對打井設備的不斷更新,打井深度不斷加深,“卡鉆”事故時有發(fā)生,采取有效解除“卡鉆”方法,不但能避免水源井的報廢,又能防止井內(nèi)鉆具的報廢,既能節(jié)約了經(jīng)濟成本,又能提高鉆進效率,是保障水源井施工工程順利完工的重要措施。