改造輕2000鉆機施工某水平定向連通井的實踐

柳碩林，張秋冬，嚴珊珊

(1.河南省地礦局第一地質勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質環境調查院，鄭州 450053)

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改造輕2000鉆機施工某水平定向連通井的實踐

柳碩林1，張秋冬2，嚴珊珊2

(1.河南省地礦局第一地質勘查院，鄭州 450001；2.河南省地礦局第二地質環境調查院，鄭州 450053)

水平定向連通井施工是技術含量高、風險大的工程，在設備的投入方面盡量采用“大馬拉小車”，以應對施工中復雜情況的發生。本文介紹了通過對設備提升系統、轉盤鎖定裝置等的改造，用輕2000鉆機施工水平定向連通井的實踐。

鉆機；轉盤；改造；連通井

0 引言

我單位在廣東三水簽訂了一眼水平定向連通鹽井施工任務。該井鉆遇地層主要為第三系泥巖、砂巖、巖鹽。兩井地面距離500 m，井身長度大于1 720 m。設計在1 150 m開始造斜，1 420 m時達到水平，水平鉆進300 m后中靶。

施工中采用蘭石3NB-800泥漿泵作動力，驅動5LZ172型動力鉆具。設計使用鉆具為?89 mm鉆桿(若采用?73 mm鉆桿則泵壓會很高)。鉆機方面考慮到我們自身實際，決定對現有的一臺輕2000鉆機改造后施工。

1 基本參數

鉆進深度：使用?73 mm鉆桿 2 000 m

使用?89 mm鉆桿 1 350 m

卷筒容繩量(?24 mm)： 6層 164 m

7層 190 m

絞車慢速單繩起重：80 kN

游動系統：3×4

2 改造部位及方法

2.1 提升系統

輕2000鉆機設計?89 mm鉆桿施工井深為1 350 m，絞車慢速單繩起重80 kN，則6繩提升力為6×80 = 480 kN(不計游動系統效率)。

施工中正常提升力為Q：

式中：Q— 絞車提升力，kN；

Q1—鉆桿重量，kN；

Q2—鉆鋌重量，kN；

F—地層摩阻，kN；

代入相關數據可得：Q=310 kN。

雖然提升力能滿足正常施工需要，但一旦出現地層掉塊鉆具遇阻等事故需要強力提拔時，則容許我們可選擇的提升余地就很小。針對這一情況，我們把原鉆機的游動系統由3×4改為4×5。改進后鉆機的提升能力由480 kN提高到640 kN。鉆塔由于是加重2000鉆塔也就沒有加固。更改游動系統繩系后卷筒排繩層數為8層，現設備能夠滿足要求。

2.2 轉盤鎖定裝置

該鉆機設計時無轉盤鎖定裝置，但施工定向井時必需能夠隨時鎖住轉盤，并能方便解鎖，以便隨時調整鉆頭方位，使得鉆頭按設計方向鉆進。

我們通過把轉盤動面銷死在定面上的方法鎖定轉盤。具體方法為在轉盤的動、定側面按一定的角度方向焊上合適長度的套筒，需要鎖定時用銷子銷上，需要調整方位時拔掉銷子換個方向再鎖。為使方位調整精度較高，設計轉盤動面焊四個套筒，這四個套筒兩兩在同一直徑上，且夾角為6°；定面每12°焊一個，共30個。這樣可使方位角調整的最小角度為6°。簡圖見圖1。

圖1 轉盤鎖定裝置示意圖

3 其他措施

3.1 泥漿系統

(1)為了確保該工程的順利施工，同時結合地質隊的實際情況又不較大增加鉆井成本，通過向泥漿中加適量的洗衣粉起到潤滑作用，一方面用以減小提升阻力，另一方面使得在造斜段及水平段施工時把鉆壓最大限度地傳遞到鉆頭，提高鉆進速度。

(2)泥漿中的無用固相(即巖屑)含量高帶來的危害很大，特別是鉆機提升能力有限的條件下問題更突出。首先，無用固相含量高，泥漿的流變特性變壞，流態變差，不僅使孔內凈化不好而易引起下鉆阻卡，而且易引起抽吸，壓力激動而造成漏失或井漏；其次，泥漿中無用固相含量高，泥餅質量變壞(泥餅松疏，韌性低)，泥餅厚，不僅濾失量大，引起孔壁水化崩塌，而且易引起泥皮脫落造成孔內事故；第三，泥漿無用固相含量高，對管材、鉆頭、泥漿泵缸套、活塞拉桿磨損大，使用壽命短。因此，在保證地層壓力平衡的前提下，應盡量降低泥漿的比重和固相含量，特別是無用固相的含量。

在三水鹽礦鉆探中泥漿性能指標控制和凈化方面，分別采用固控設備和泥漿槽沉淀池相結合的方法，如圖2所示。

圖2 鉆井泥漿凈化系統

泥漿固控采用一級固控和二級固控的方式降低泥漿中的無用固相。一級固控主要除去泥漿中的較大顆粒，二級固控主要減少泥漿中的泥制含量。一級固控設備如振動篩、旋流除砂器；二級固控設備如除泥器，如圖3所示。

圖3 除砂器及除泥器

3.2 鉆具

加強鉆具的管理，把由于鉆具原因造成孔內事故的隱患消除在地面，以避免水平定向連通井施工過程中事故處理的復雜性。

4 結論

(1)應用插銷子的方法鎖轉盤，通過該工程的實踐非常簡單、方便、有效，能夠精確地調整方位到設計角度。

(2)由于泥漿采取措施得當，雖然出現了一次掉塊卡鉆事故，但通過上下活動鉆具，最高提拔到510 kN 即解卡。施工中摩阻最大只有30 kN，低于50 kN的設計。

(3)由于增加了大繩股數，使得鋼絲繩在卷揚機中布排層數發生變化，起下鉆時極易造成鋼絲繩上垛和擠扁。根據全孔的經驗，鋼絲繩長度在262 m時能最大限度地減少上述現象的發生，同時起下鉆時要有專人負責排鋼絲繩。

[1] 張秋冬. 廣東三水鹽礦鉆井泥漿工藝[J]. 探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(5):19-21.

[2] 胡郁樂,張惠,張秋冬,等. 深部地熱鉆井與成井技術[M]. 武漢:中國地質大學出版社有限責任公司,2013.

2016-04-14

柳碩林(1970-)，男，探礦高級工程師，河南省地礦局第一地質勘查院，從事鉆探技術與管理工作，河南省鄭州市高新技術開發區蓮花街56號，E-mial：13937789986@163.com。

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