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側鉆技術在鉆孔事故處理中的應用

文檔作者：張文英張廷茂吳德軍張宜文檔來源： 1．中國地質科學院探礦工藝研究所；2．四川省地礦局四O三地質隊3 吉林省四平地質工程勘察院 4．中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊			點擊數：
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l0 探礦工程(巖土鉆掘工程) 2011年第38卷第6期
側鉆技術在鉆孔事故處理中的應用
張文英 ，張廷茂 ，吳德軍 ，張 宜
(1．中國地質科學院探礦工藝研究所，四川成都610081；2．四川省地礦局四O三地質隊，四川峨眉山614200；3
吉林省四平地質工程勘察院，吉林四平136001；4．中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊，四川成都610017)
摘要：介紹了用連續造斜器在水泥人工孔底側鉆繞過孔內事故鉆具的原理，并通過多個工程實例闡述了側鉆技
術的要點，總結的經驗體會對類似工程有參考意義。
關鍵詞：孔內事故；連續造斜器；側鉆
中圖分類號：P634．7 文獻標識碼：A 文章編號：1672—7428(2011)06—0010—03
Application of Sidetrack Drilling Technology in Borehole Accident／ZHANG Wen—zing ．ZHANG Ting—mao ． f／De一
n ，ZHANG Yi (1．The Institute of Exploration Technology，CAGS，Chengdu Sichuan 610081，China；2．No．403 Geo—
logical Team of Sichuan Bureau of Geological Exploration and Exploitation of Mineral Resources，Emeishan Sichuan
614200，China；3．Institute of Siping Geologic Engineering Exploration of Jilin Province，Siping Jilin 136001，China；4．
Siehuan Team of Geological Survey Center of China Building Materials Industry，Chengdu Sichuan 610017，China)
Abstract：This paper introduces the examples of sidetrack drilling at artificial cement hole bottom with continuous whips—
tock bypassing down—hole accident drilling tools and the technical points of sidetrack drilling technology．
Key words：hole accident：continuous whipstock；sidetrack drilling
鉆探生產過程中，孔內事故時有發生，若是鉆孔
較淺或事故不太復雜，用傳統方法比較容易處理，一
旦鉆孔較深或事故比較復雜時，用傳統方法處理就
很困難，費時費力，稍有不慎就會使事故進一步復雜
化。因孔內事故無法處理導致鉆孔報廢的現象屢見
不鮮，不但延緩了工程進度也造成了經濟損失。筆
者根據以往工作實踐并結合實例，介紹側鉆技術繞
過孔內事故鉆具的應用，供同行參考。
1 側鉆技術原理
所謂側鉆，是在事故孔段灌注水泥建造人工孔
底，然后用專業工具(如中國地質科學院探礦工藝
研究所研制的Lz型連續造斜器)在水泥孔底上造
斜偏出新孔轉入正常鉆進，達到繞過事故鉆具的目
的。
如圖1所示，LZ型連續造斜器在孔底工作時，
造斜鉆頭在連續切削孔底的同時也在側向連續切削
(銑削)孑L壁，造斜器運動方向不斷偏離原軸線，造
斜器運動軌跡是一條弧線，具有如下關系：
arctg
式中：A —— 頂角瞬時增量；V —— 孔底切削
圖1 切削速度比不意圖
速度，m／s； ——側向切削速度，m／s。
側向切削速度 對孔底切削速度 的比值越
大，鉆孔頂角增量△ 越大，造斜器造斜強度也越
高。這一點對水泥孔底側鉆十分重要。因為水泥孔
底硬度多數情況下低于孔壁巖石硬度，如果鉆頭切
削孔底速度很快，而側向切削孑L壁速度很慢，將出現
鉆頭在孔壁打滑現象而導致側鉆失敗，故在水泥孔
底側鉆時必須要提高造斜器的造斜強度，也就是提
高I／2／ 。提高 ／ 有以下途徑：一是選用側刃鋒
利造斜鉆頭，硬度6級以上地層用天然表鑲鉆頭，6
級以下地層用復合片鉆頭；二是選用合適的鉆進規
程：(1)鉆壓要大，對于LZ一73、LZ一89造斜器側鉆
鉆壓為30～33 kN，鉆壓越大，鉆頭上側向切削力越
收稿日期：2010—12—27
作者簡介：張文英(1940一)，男(漢族)，北京順義人，中國地質科學院探礦工藝研究所教授級高級工程師，探礦工程專業，從事定向鉆探科研
開發工作，四川省成都市一環路北二段1號，zwy—iet@126．corn。
2011年第38卷第6期 探礦工程(巖土鉆掘工程)
大，造斜強度也越高；(2)轉速要低，鉆機轉速<100
r／rain，低轉速的目的是限制切削孔底的速度，而給
鉆頭更多的切削孔壁的機會。
2 側鉆技術要點
2．1 建造水泥孔底
側鉆成功的先決條件是在事故鉆具上部建造具
有足夠強度的水泥孔底，盡可能降低與孔壁巖石的
硬度差，以滿足側鉆要求，因此要注意以下幾點：
(1)孔內灌注水泥前應清洗鉆孔，把孔內泥漿
或高聚物處理劑排出孔外，否則會影響水泥凝固強
度。
(2)往孔內灌注水泥有2種方法：①泵送法，將
水灰比0．4～0．5的純水泥漿用泥漿泵壓送到孔內
預定位置，若泵壓較高可以低速開車并緩慢提升鉆
具；②孔口灌注法，在繩索取心鉆孔中，可以用較稠
的水泥砂漿通過繩索取心鉆桿從孔口直接灌入孔
內，效果會更好。
(3)為縮短水泥凝固時間，可加速凝劑，無水氯
化鈣3％ ～5％ ，三乙醇胺0．1％ 。
(4)水泥灌注高度應在事故頭以上15～20 ITI。
(5)水泥灌注72 h后掃孔，取出完整水泥心即
可側鉆。
2．2 壓漿替水量計算
灌注完畢，必須用清水將鉆桿柱內的水泥漿壓
送到預定位置，清水壓送量即灰漿替水量要準確計
算，否則水泥漿被稀釋將影響水泥凝結強度，不少單
位注漿失敗的主要原因之一就是壓漿替水量計算不
正確，造成浪費，也影響工期。
壓漿替水量計算方法有2種：靜壓平衡法和排
量充填法。前者要考慮孔內靜水位變化，實踐中不
易掌握。后者只考慮鉆桿柱內外水泥漿高度一致，
現場便于操作。根據多年側鉆經驗，推薦以下計算
公式：
Q=Q +Q 一o．5Q
式中：Q——壓漿替水量，L；Q ——鉆桿柱內容積，
L，050 m鉆桿為1．2 L／m，071 mm繩索鉆桿約2．9
L／m，089 mm繩索鉆桿約4．9 L／m；Q ——地面管
路容積，L，一般60～70 L；Q?！嘧⑺酀{體積，
L。
式中o．5Q 的含義是水泥漿的一半注入鉆孔
中，另一半仍留在鉆桿內，此時鉆桿內外水泥漿液面
高度基本一致，在鉆桿提升過程中能保證水泥漿不
被稀釋，達到預期的注漿效果。
2．3 操作注意事項
(1)根據巖石硬度選用不同造斜鉆頭，鉆頭側
刃要鋒利，較硬地層選用天然表鑲鉆頭，中硬以下地
層選用復合片鉆頭或自制硬質合金鉆頭。
(2)為防止側鉆出的新孔與事故孔段交叉，造
斜器在孔內安裝方向應與老孔錯開。
(3)機上余尺盡量加高，只要有進尺就繼續鉆
進，直到不進尺為止。
(4)造斜器的工作原理是鉆頭側向切削孔壁，
鉆進參數要求大壓力(28～33 kN)、低轉速(<100
r／min)，以增大鉆頭側向切削力并提高側向切削速
度與軸向進尺速度的比值。
(5)側鉆完畢用總成1．0 rn短鉆具進行取心鉆
進2個回次，取出完整巖心后轉入正常鉆進。
(6)側鉆完畢轉入正常鉆進的初始階段，應當
低轉速鉆進一段時問再把轉速適當提高，在繩索取
心鉆孔中更應如此。
3 側鉆繞過事故鉆具實例
3．1 四川惠東黃坪鐵礦區
2009年1～2月，四川I省地礦局403隊在惠東
黃坪鐵礦區施工ZK405孔，由于地層復雜，在孔深
180、280 m處發生2次卡鉆事故，均用LZ一73型造
斜器側鉆繞過事故鉆具(見圖2)。
圖2 恿東黃坪鐵礦區ZK405子L側鉆示意圖
3．2 汶川I地震科鉆1號孔(WFSD一1)
四川汶川“5．12”特大地震發生后，為研究地震
斷裂帶和地震機理并捕捉余震信息，國家迅速組織
實施了汶川地震斷裂帶科學鉆探項目。項目1號孔
(WFSD一1)設計孔深1200 m，由四川省地礦局403
地質隊承擔施工任務。從孔深585 m開始進入主斷
裂帶，主斷裂帶為黑色斷層泥，厚約30多米，斷層泥
主要特點是地應力很強并且遇水膨脹，鉆孔形成后
迅速縮徑，容易造成孔內事故。2009年3月25日
在孔深625．8 m處，由于鉆孔縮徑發生夾鉆事故，在
處理過程中事故進一步復雜化，2根089 mm取心

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