3　大頂角超深斜孔鉆探工藝

3.1　鉆孔結構設計和套管定向程序

大斜度鉆孔的鉆孔結構應根據地質要求、孔內物探和測井要求和經濟技術要求進行設計。鉆孔結構的確定，在滿足勘探要求的前提下，還應遵循安全作業和經濟性的原則。

由于深孔大斜度因素，鉆遇的地層較多，可能包含斷層帶、構造帶、破碎帶，硬、脆、碎、軟硬交互層；鉆遇的地層的壓力系統也會較多可能包含多壓力體系地層和水敏性地層、多孔性地層等。加之大斜度鉆孔的井壁穩定性差，就需要對鉆孔結構進行綜合考慮。合理的鉆孔結構是減少壓差、防止黏附卡鉆的先決條件；良好的鉆孔軌跡和泥漿性能及攜砂效果是鉆孔防卡的保障。設計時，一般φ75mm終孔，φ60mm口徑做備用。圖3-1為典型鉆孔結構。鉆孔結構盡量考慮硬、脆、碎、涌、漏、坍塌、縮徑等各種復雜地層狀況，孔口應高精度安裝導管，同時應滿足經濟性原則：

（1）在滿足安全、高效作業的前提下，減少套管層數。

（2）套管和鉆孔尺寸的確定應考慮不同鉆孔尺寸的鉆進效率和材料消耗，以縮短鉆進周期，降低鉆探成本。

鉆孔結構設計的依據為：

（1）鉆孔的用途和目的。

（2）該地層的地質結構、巖石物理力學性質。

（3）鉆孔的設計深度和鉆孔的方位方向、頂角方向。

（4）必需的終孔直徑。

（5）鉆進方法、鉆探設備參數。

同時，斜孔在鉆孔結構設計的同時，還應綜合考慮下列因素：

（1）地層孔隙壓力。

（2）鉆孔傾角及鉆孔軌跡因素。

（3）裸眼孔段的長度。

（4）低壓滲透性砂巖層厚度。

（5）斜孔換徑處，特別是套管級差較大時，應設置換徑導向裝置，避免起下鉆防掛。

大斜度深孔的鉆孔結構設計無論采用自下而上還是自上而下的設計方法，鉆孔結構設計均應保證同一裸眼段內滿足壓力平衡原則。需要考慮地層孔隙壓力和地層破裂壓力以及最大裸眼壓差值，不至于因為壓差過大而頻繁卡鉆。

鉆孔結構設計的內容包括：

（1）確定各巖層的鉆進方法。

（2）確定鉆孔終孔直徑。

（3）確定套管層次、下放深度和套管直徑。

（4）擬定孔身直徑和開孔直徑。

（5）斜孔鉆探套管柱強度必須校核。對于大斜度鉆孔還應按SY/T 5724—2008《套管柱結構與強度設計》和DZ/T 0054—2014《定向鉆探技術規程》校核套管柱彎曲強度、計算摩阻。

斜孔開孔的口徑大一些比較適宜，因為斜孔正向擴孔比較困難，不僅速度慢，而且很易擴彎曲，所以要盡量避免擴孔這道工序。

斜孔鉆孔結構設計時可參考直孔設計規范，典型鉆孔結構推薦見表3-1，復雜深孔孔鉆孔結構推薦見表3-2。

斜孔環狀間隙的大小對鉆進軌跡的影響較大，需要考慮鉆具規格、套管規格，并結合鉆頭尺寸和套管尺寸級配關系，確定各層套管、鉆孔規格以及級間間隔，套管與最小鉆孔直徑配合表見表3-3，也可參考表3-4。

斜孔鉆孔結構中，孔口導向管即是定向管，孔口導向管的埋設和導向變徑鉆進示意圖如圖3-2所示。定向管多采取開挖埋設，也可以鉆機開孔埋設。定向管的初級定向至關重要，上部差之毫厘，下部謬之千里。

斜孔鉆探施工在施工時應總結分析對比已往施工歷史數據，掌握鉆孔彎曲規律和彎曲強度規律，確定以初級定向鉆孔頂角和方位來安裝導向管。鉆孔初級定向角度一般上仰1°～3°，如設計鉆孔頂角55°，一般安裝成52°，以削減鉆孔在鉆進過程中的下垂。同時考慮鉆頭鉆進過程的右漂移趨勢，應設置左向提前角，即在定向時把方位角定在孔底目標的左側，以補償鉆頭向右的方向漂移。

定向管的埋設：鉆孔定位后，鉆場需做必要的基礎加固，以安裝鉆機和固定定向管，混凝土強度應為C20以上。安裝定向管時，如表層為第四系松散層，需要澆筑混凝土基礎，在鉆機安裝定位后，通過人工挖槽埋設的方式埋設一定長度的定向管；如地表為巖石，埋設定向管時，需采用外出刃小的鉆具開孔形成定向孔，再下入定向管，定向管外壁可通過包敷其他材料微調定向角度，最后在孔口澆筑定位?？卓跐仓捎酶邩颂査嗌皾{或混凝土，將定向管外圍固結，不小于100cm×100cm×80cm（深）。定向管長度一般不少于1m，第四系松散地層2.5～3m較為可靠，用經緯儀測定定向管、主軸符合安裝角度，且定向管、主軸、天車在同一直線內。孔口板的擺置比直孔的擺置復雜很多。要使主動鉆桿可以垂直通過孔口板的中心點，因此要人工挖槽讓孔口板的傾向與主動鉆桿傾向成互余角度，同時還需要灌注水泥固定孔口板防止在鉆進的過程中孔口板跑動。

在開孔前應根據不同地層的斜孔傾角變化規律，將鉆機立軸角度按孔斜規律，稍微增大或縮小1°～2°的角度開孔。這樣可以在一定程度上保持鉆孔偏差不超出設計要求。同時為了預防鉆孔發生過大彎曲，應當增加測孔斜頻率，以便及時掌握鉆孔軌跡的變化。邊糾斜邊鉆進。

換徑時采用小一級鉆頭開孔，導向鉆具換徑，開孔必須采用低壓力、低轉速。隨鉆孔加深逐漸加長導向鉆具長度，把握好換徑斜度。為控制斜孔精度，減小孔壁間隙，宜采用小出刃合金鉆頭和標準尺寸金剛石鉆頭。

采用繩索取心鉆進時，擴孔必須有導正裝置及小徑導向鉆具，擴孔鉆具的連接順序為鉆桿—導正裝置—擴孔鉆頭—小徑導向鉆具。擴孔時鉆壓均勻不宜過大，轉速不能過高，以保證鉆具回轉穩定。在保證孔壁穩定的情況下盡量開大泵量循環，有利于及時排出孔內巖屑和巖粉，擴孔中如果速度突然減慢或擴不下時，應及時提鉆檢查，以防孔內事故的發生。

斜孔下套管時，因斜孔套管摩擦振動大，極易發生套管事故，要選擇較新的套管與接箍，強化檢查。當鉆具在套管中下不去時，應分析原因，謹慎處理，禁止亂掃，防止發生嚴重套管事故。

在導向管內開孔，孔底先磨平或在埋設導向管時用砂漿找平。開孔后及時測定孔斜，如孔斜不合格，必須用水泥砂漿封孔后重新開孔。開孔盡量使用合金鉆進，在鉆進過程中，不能采用越級鉆進。套管下入深度主要考慮復雜地層深度和各級孔段深度，套管柱必須安置在牢固的基巖上，鉆進至完整基巖后下入下一級保護套管，下管前必須測量孔斜，如果孔斜、孔向偏差過大，采取在管腳焊接偏心片的方式糾斜。管腳、管口采取止水及可靠固定措施，防止保護管在鉆進過程中晃動或絲扣松脫，必要時采用水泥漿或水泥砂漿將保護管固定。

對于任何套管柱下端來說，都必須把鉆孔鉆到薄弱接觸帶深不少于2～5m處，才能下入套管。

按地質鉆孔要求，一般每50m測斜一次，在斜孔鉆進中，宜增加測斜頻次；重要換徑孔段，宜每5m測斜一次，并做好分析及預測工作，根據測斜數及時調整鉆進參數。最好采用兩套儀器，同時進行對比、調試，防止誤差過大。

為了控制斜孔精度，應采用“三環式”鉆具，即上、下擴孔器、鉆頭外徑依次遞減0.3mm限定取芯外管長度為3m左右。此類鉆具組合有較強的自定心和穩定性。同時，要求采用鉛直度的高強度鉆桿。應對全部鉆桿進行檢測，下入孔內鉆桿單邊磨損和雙邊磨損分別不得超過0.4mm和0.7mm，鉆桿彎曲每3m不得超過1mm。