申海平，齊文博，左艷霞

(湖南省煤田地質(zhì)局第六勘探隊, 湖南湘潭 411100)

中揚子地區(qū)古生界頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查湘永地1井位于湖南省湘西土家族苗族自治州永順縣芙蓉鎮(zhèn)孔坪村,孔位由中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心布設(shè)，由湖南省煤田地質(zhì)局第六勘探隊承接施工任務(wù)，鉆探目的為獲取寒武系敖溪組和牛蹄塘組巖心，采集測試樣品，評價寒武系黑色頁巖含氣性[1]。

1 施工鉆孔的基本情況

1.1 施工難點

湘永地1井設(shè)計孔深為1 500m。該井為直井，井斜必須符合鉆孔設(shè)計要求，保直防斜是本次深孔鉆進的最大的技術(shù)難點,孔斜越大鉆具回轉(zhuǎn)阻力越大，施工難度增大且易引發(fā)孔內(nèi)事故。

1.2 鉆遇地層

湘永地1井自上而下鉆遇地層為第四系、追屯組、比條組、車夫組、花橋組、敖溪組、清虛洞組、杷榔組(未穿)[1]。

1.3 鉆探設(shè)備配置

1.4 鉆井液類型

采用不分散低固相泥漿，其配方為：1m3清水+6%納土粉+600×10-6聚丙烯酰胺+1%腐植酸鉀KHm+0.15～0.2%CMC 羧甲基纖維素[1]。

2 事故發(fā)生過程及前期處理

2.1 發(fā)生過程

湘永地1井開孔日期為2017年7月11日。鉆孔一開0～10.86m，采用Ф150 mm金剛石取心鉆進，下Ф146 mm套管護壁；二開采用Φ96mm繩索取心鉆進。

2017年9月10日3班23:35分左右，鉆至花橋組，井深1 185.77m時，泥漿泵泵壓突然增加到4.0MPa(正常泵壓2.5～3.0 MPa)，導致泥漿泵三通密封墊被沖開并噴泥漿。事發(fā)突然，鉆探班長馬上停車，采取打撈措施。打撈過程中給進油管頂主動鉆桿頂不起來，升降機也拉不動孔內(nèi)鉆具，斷定孔底鉆頭被燒。

2.2 原因分析

由于換新鉆頭之前的舊鉆頭在鉆進過程中外徑磨損導致孔徑略微變小，新鉆頭不能夠直接下鉆到孔底,需要掃孔至孔底，且時間較長，導致鉆頭水口變淺，鉆進過程中引起泵壓過高，孔底沖洗液量減少，不能夠及時冷卻鉆頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，大顆粒巖粉返不上，在孔底沉淀，引起燒鉆事故。

2.3 前期處理

2017年9月11日第一班從凌晨一點開始，用200kN的拉力強拉鉆具，用時約6h，孔內(nèi)鉆具無反應(yīng)；第二班把拉力增加到300kN，進行了多次強拉，仍然沒有效果。

采用S73mm鉆桿先打撈S89mm內(nèi)管總成，然后用S75mm鉆頭掃過S96mm鉆頭處，把S96mm鉆具打松再提取。于9月13日第一班下入S73mm鉆桿打撈S89mm內(nèi)管總成，繩索受力，第二班繼續(xù)操作，但是反復(fù)多次打撈都失敗了，未能拉上來。9月15日的第二班再下入S75mm金剛石鉆頭掃S89mm內(nèi)管總成，至19日第二班起鉆，撈上了S89mm內(nèi)管的撈茅頭及開口銷。因下部內(nèi)管總成的單個零件能轉(zhuǎn)動、磨銑困難，從9月17日第三班至9月25日的第一班，采用了掃、撈、錐等方法處理S89mm內(nèi)管總成，都沒有效果。

在孔深1 178 m處采用水力割管器割斷鉆具后起鉆，將孔深1 078～1 185.77m段用水泥封孔。

空氣通過過濾器、透氣膜進入電解液中，其中過濾器可濾除空氣中的微塵等雜質(zhì)，透氣膜可進一步濾除更小的微粒?？諝庵械腉IS設(shè)備氣體包含了電弧作用下SF6的分解物與水反應(yīng)生成的SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，進入電解液后發(fā)生反應(yīng)，通過對電極、參比電極檢測反應(yīng)的強度就可以測得氣體濃度。該傳感器可以對空氣中的GIS設(shè)備氣體進行檢測，結(jié)構(gòu)簡單，使用簡單，通過設(shè)置有電化學傳感元件和紅外氣體傳感元件使其功能更加的全面，效率更高。[4]

3 側(cè)鉆繞障處理

為了不造成鉆孔報廢，針對該事故的特征，結(jié)合以往工程經(jīng)驗，并根據(jù)螺桿鉆具造斜原理[2]，項目組決定采取螺桿鉆具定向鉆進進行造斜，選用5LZ73×7.0-3螺桿鉆具。根據(jù)側(cè)鉆分支點的選定原則，綜合分析考慮，本次選擇在寒武系花橋組下部灰?guī)r地段。由于事故前期處理已將1 078.0～1 185.77m段用水泥封孔，側(cè)鉆分支點選擇在孔深1 078～1 185.77m段，采取“側(cè)鉆繞障”避開孔內(nèi)事故段。

3.1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1.1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)

5LZ73×7.0-3螺桿鉆具是一種以鉆井液為動力，把液壓能量轉(zhuǎn)為機械能的一種容積式井下動力鉆具，主要有螺桿馬達(定子、轉(zhuǎn)子)總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分組成[3]，其鉆具結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)Figure 1 Screw drill configuration

3.1.2 螺桿鉆具工作原理

螺桿鉆具鉆進時，通過鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖石，而螺桿外管及鉆桿柱不回轉(zhuǎn)，泥漿泵出的壓力泥漿流經(jīng)旁通閥，流壓使旁通閥關(guān)閉,進入馬達，在馬達進出口形成一定壓差，推動轉(zhuǎn)子繞定子軸線公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，通過萬向軸和傳動軸將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞給鉆頭，從而達到碎巖的目的[4]，實現(xiàn)鉆進作業(yè)。

3.2 側(cè)鉆繞障施工

側(cè)鉆分支點鉆進時，由于水泥凝固后的強度與孔壁巖石強度相差大，分支點處鉆進時不易形成新的孔身，操作稍有疏忽, 即會滑人水泥層中，此次分支點鉆進采取了減壓慢速的措施，使鉆頭緩慢鉆進孔壁巖層，開始鉆進時孔底鉆頭壓力控制為零，讓鉆頭在孔壁先鑿出一個小臺階，30min后再緩慢增加鉆壓，鉆進一段時間待鉆頭完全進人孔壁巖層形成新孔，即分支點鉆進結(jié)束，進行造斜段鉆進。

3.2.1 第一回次鉆進

2017年10月5日，從1 078m透孔至1 140m，以1 140 m處作為側(cè)鉆分支點進行造斜鉆進，采用5LZ73×7.0-3螺桿鉆具+Ф95 mm三翼無心鉆頭，偏斜角度為1.5°，泥漿流量控制在120～230L/min，泵壓3.5～4.0MPa，用時5d，結(jié)果造斜失敗。

3.2.2 第二回次鉆進

2017年10月17日研究決定再次采用5LZ73×7.0-3螺桿鉆具+Ф95 mm平底無心鉆頭(圖2)，角度調(diào)整為1.25°，并在馬達偏斜部位加厚7mm。泥漿流量控制在120～230 L/min，工作壓力2.4 MPa，泵壓3.5～4 MPa，透孔至1 170m，以1 170 m處作為側(cè)鉆分支點進行造斜鉆進。操作中觀察：有了穩(wěn)定的泵壓，均勻的進尺，隨著造斜進尺增加而巖屑增多，至10月22日起鉆，共造斜進尺7.62m。

10月23日按照正常鉆進，重新用Ф96mm繩索取心鉆具，鉆進至距造斜點約3.5m處，輕壓慢轉(zhuǎn)掃孔到孔底，進尺1.6 m打撈巖心，巖心完整， 可以斷定造斜成功，續(xù)鉆2.5m后提鉆換鉆桿接頭，10月26日正常鉆進。預(yù)示著本次燒鉆事故處理成功。

圖2 Ф95 mm平底無心鉆頭Figure 2 Φ95mm flat bottom full-hole bit

3.3 處理效果

湘永地1井為直井,全孔按要求對施工進行了及時測斜。井斜工程設(shè)計要求：井深在500 m內(nèi)最大井斜不超過2°，井深大于500 m后，井斜不超過5°，井深大于1 000 m后，井斜不超過8°。

在燒鉆事故處理成功后，鉆進至孔深1200m處，用測斜儀測井斜，頂角為2.78°。表1是造斜繞障成功后，鉆進至1683m位置，采用MTC6600型數(shù)控測井系統(tǒng)采集的測井測斜數(shù)據(jù)(表1)。

表1 造斜繞障后測斜數(shù)據(jù)

從表1可以看出，在孔深1200 m處出現(xiàn)最大井斜，而此處為側(cè)鉆造斜繞障處，頂角3.7，完全符合工程設(shè)計的要求。

3.4 事故處理分析

第一回次造斜采用5LZ73×7.0-3螺桿鉆具+Ф95 mm三翼無心鉆頭，其失敗原因主要是由于三翼無心鉆頭底面是凹凸形狀，在側(cè)鉆分支點鉆進時受力不均勻，容易造成分支點處水泥凝固體被大塊切削，不易形成側(cè)鉆切入點，使得鉆頭沿老孔身鉆進，導致造斜失敗。

第二回次采用5LZ73×7.0-3螺桿鉆具+Ф95 mm平底無心鉆頭，偏斜角度調(diào)整為1.25°，并在馬達偏斜部位加厚7mm，其側(cè)鉆造斜成功并正常鉆進的原因主要有三個方面：一是平底無心鉆頭在接近側(cè)鉆分支點處鉆進時受力均勻，易將分支點處巖壁鑿成小臺階，且切削碎屑物顆粒較小可以隨泥漿返出，以此臺階為切入點，能夠按照偏斜角度的方向鉆進；二是馬達偏斜部位加厚，使得螺桿鉆具重心往造斜方向偏移，能夠更好的沿偏斜角度方向鉆進；三是偏斜角度為l.25°，使得側(cè)鉆繞障成功后在該處形成的“狗腿彎”較小，在繞障處理后可正常鉆進。

4 經(jīng)驗體會

①處理燒鉆事故時，通常需要反出孔內(nèi)的全部鉆桿，此次事故處理使用水力割管器割斷鉆具，減少了使用反絲鉆桿起繩索鉆桿的次數(shù)，節(jié)約處理事故的時間和成本。

②處理本次燒鉆事故，撈內(nèi)管總成、撈矛鉤下面有力的情況較難打撈上來，在處理過程中采取掃鐵鉆頭掃內(nèi)管總成，結(jié)果事與愿違，建議內(nèi)管總成何種情況都不能掃。

③發(fā)現(xiàn)燒鉆事故時，必須迅速地拉起或頂起鉆具，不能先停車再頂、拉，因為停車時鉆頭高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量很快將鉆頭胎體和巖心孔壁熔為一體。

④采用螺桿鉆具進行造斜不宜采用三翼無心鉆頭，應(yīng)配用穩(wěn)定性較好的平底無心鉆頭滿眼鉆進。

⑤采用二層平臺施工的機臺，建議將泥漿泵壓力表管線延長至鉆機二層操作平臺司鉆崗位附近，并安裝壓力表，便于司鉆人員隨時觀察鉆進過程中泥漿泵孔內(nèi)壓力表數(shù)據(jù)，處理突發(fā)事故。