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侧钻技术在钻孔事故处理中的应用

文档作者：张文英张廷茂吴德军张宜文档来源： 1．中国地质科学院探矿工艺研究所；2．四川省地矿局四O三地质队3 吉林省四平地质工程勘察院 4．中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队		点击数：	更新时间： 2021年09月26日
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l0 探矿工程(岩土钻掘工程) 2011年第38卷第6期
侧钻技术在钻孔事故处理中的应用
张文英 ，张廷茂 ，吴德军 ，张 宜
(1．中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都610081；2．四川省地矿局四O三地质队，四川峨眉山614200；3
吉林省四平地质工程勘察院，吉林四平136001；4．中国建筑材料工业地质勘查中心四川总队，四川成都610017)
摘要：介绍了用连续造斜器在水泥人工孔底侧钻绕过孔内事故钻具的原理，并通过多个工程实例阐述了侧钻技
术的要点，总结的经验体会对类似工程有参考意义。
关键词：孔内事故；连续造斜器；侧钻
中图分类号：P634．7 文献标识码：A 文章编号：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
钻探生产过程中，孔内事故时有发生，若是钻孔
较浅或事故不太复杂，用传统方法比较容易处理，一
旦钻孔较深或事故比较复杂时，用传统方法处理就
很困难，费时费力，稍有不慎就会使事故进一步复杂
化。因孔内事故无法处理导致钻孔报废的现象屡见
不鲜，不但延缓了工程进度也造成了经济损失。笔
者根据以往工作实践并结合实例，介绍侧钻技术绕
过孔内事故钻具的应用，供同行参考。
1 侧钻技术原理
所谓侧钻，是在事故孔段灌注水泥建造人工孔
底，然后用专业工具(如中国地质科学院探矿工艺
研究所研制的Lz型连续造斜器)在水泥孔底上造
斜偏出新孔转入正常钻进，达到绕过事故钻具的目
的。
如图1所示，LZ型连续造斜器在孔底工作时，
造斜钻头在连续切削孔底的同时也在侧向连续切削
(铣削)孑L壁，造斜器运动方向不断偏离原轴线，造
斜器运动轨迹是一条弧线，具有如下关系：
arctg
式中：A —— 顶角瞬时增量；V —— 孔底切削
图1 切削速度比不意图
速度，m／s； ——侧向切削速度，m／s。
侧向切削速度 对孔底切削速度 的比值越
大，钻孔顶角增量△ 越大，造斜器造斜强度也越
高。这一点对水泥孔底侧钻十分重要。因为水泥孔
底硬度多数情况下低于孔壁岩石硬度，如果钻头切
削孔底速度很快，而侧向切削孑L壁速度很慢，将出现
钻头在孔壁打滑现象而导致侧钻失败，故在水泥孔
底侧钻时必须要提高造斜器的造斜强度，也就是提
高I／2／ 。提高 ／ 有以下途径：一是选用侧刃锋
利造斜钻头，硬度6级以上地层用天然表镶钻头，6
级以下地层用复合片钻头；二是选用合适的钻进规
程：(1)钻压要大，对于LZ一73、LZ一89造斜器侧钻
钻压为30～33 kN，钻压越大，钻头上侧向切削力越
收稿日期：2010—12—27
作者简介：张文英(1940一)，男(汉族)，北京顺义人，中国地质科学院探矿工艺研究所教授级高级工程师，探矿工程专业，从事定向钻探科研
开发工作，四川省成都市一环路北二段1号，zwy—iet@126．corn。
2011年第38卷第6期 探矿工程(岩土钻掘工程)
大，造斜强度也越高；(2)转速要低，钻机转速<100
r／rain，低转速的目的是限制切削孔底的速度，而给
钻头更多的切削孔壁的机会。
2 侧钻技术要点
2．1 建造水泥孔底
侧钻成功的先决条件是在事故钻具上部建造具
有足够强度的水泥孔底，尽可能降低与孔壁岩石的
硬度差，以满足侧钻要求，因此要注意以下几点：
(1)孔内灌注水泥前应清洗钻孔，把孔内泥浆
或高聚物处理剂排出孔外，否则会影响水泥凝固强
度。
(2)往孔内灌注水泥有2种方法：①泵送法，将
水灰比0．4～0．5的纯水泥浆用泥浆泵压送到孔内
预定位置，若泵压较高可以低速开车并缓慢提升钻
具；②孔口灌注法，在绳索取心钻孔中，可以用较稠
的水泥砂浆通过绳索取心钻杆从孔口直接灌入孔
内，效果会更好。
(3)为缩短水泥凝固时间，可加速凝剂，无水氯
化钙3％ ～5％ ，三乙醇胺0．1％ 。
(4)水泥灌注高度应在事故头以上15～20 ITI。
(5)水泥灌注72 h后扫孔，取出完整水泥心即
可侧钻。
2．2 压浆替水量计算
灌注完毕，必须用清水将钻杆柱内的水泥浆压
送到预定位置，清水压送量即灰浆替水量要准确计
算，否则水泥浆被稀释将影响水泥凝结强度，不少单
位注浆失败的主要原因之一就是压浆替水量计算不
正确，造成浪费，也影响工期。
压浆替水量计算方法有2种：静压平衡法和排
量充填法。前者要考虑孔内静水位变化，实践中不
易掌握。后者只考虑钻杆柱内外水泥浆高度一致，
现场便于操作。根据多年侧钻经验，推荐以下计算
公式：
Q=Q +Q 一o．5Q
式中：Q——压浆替水量，L；Q ——钻杆柱内容积，
L，050 m钻杆为1．2 L／m，071 mm绳索钻杆约2．9
L／m，089 mm绳索钻杆约4．9 L／m；Q ——地面管
路容积，L，一般60～70 L；Q。——灌注水泥浆体积，
L。
式中o．5Q 的含义是水泥浆的一半注入钻孔
中，另一半仍留在钻杆内，此时钻杆内外水泥浆液面
高度基本一致，在钻杆提升过程中能保证水泥浆不
被稀释，达到预期的注浆效果。
2．3 操作注意事项
(1)根据岩石硬度选用不同造斜钻头，钻头侧
刃要锋利，较硬地层选用天然表镶钻头，中硬以下地
层选用复合片钻头或自制硬质合金钻头。
(2)为防止侧钻出的新孔与事故孔段交叉，造
斜器在孔内安装方向应与老孔错开。
(3)机上余尺尽量加高，只要有进尺就继续钻
进，直到不进尺为止。
(4)造斜器的工作原理是钻头侧向切削孔壁，
钻进参数要求大压力(28～33 kN)、低转速(<100
r／min)，以增大钻头侧向切削力并提高侧向切削速
度与轴向进尺速度的比值。
(5)侧钻完毕用总成1．0 rn短钻具进行取心钻
进2个回次，取出完整岩心后转入正常钻进。
(6)侧钻完毕转入正常钻进的初始阶段，应当
低转速钻进一段时问再把转速适当提高，在绳索取
心钻孔中更应如此。
3 侧钻绕过事故钻具实例
3．1 四川惠东黄坪铁矿区
2009年1～2月，四川I省地矿局403队在惠东
黄坪铁矿区施工ZK405孔，由于地层复杂，在孔深
180、280 m处发生2次卡钻事故，均用LZ一73型造
斜器侧钻绕过事故钻具(见图2)。
图2 恿东黄坪铁矿区ZK405子L侧钻示意图
3．2 汶川I地震科钻1号孔(WFSD一1)
四川汶川“5．12”特大地震发生后，为研究地震
断裂带和地震机理并捕捉余震信息，国家迅速组织
实施了汶川地震断裂带科学钻探项目。项目1号孔
(WFSD一1)设计孔深1200 m，由四川省地矿局403
地质队承担施工任务。从孔深585 m开始进入主断
裂带，主断裂带为黑色断层泥，厚约30多米，断层泥
主要特点是地应力很强并且遇水膨胀，钻孔形成后
迅速缩径，容易造成孔内事故。2009年3月25日
在孔深625．8 m处，由于钻孔缩径发生夹钻事故，在
处理过程中事故进一步复杂化，2根089 mm取心

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