1)常規鉆井壹般是直井,軌跡控制的原則是盡量采用孔底加壓和“滿眼鉆”,輔以直井和斜井組合鉆具的使用。
2)鉆桿、大直徑鉆具和鉆孔的級配應合理,盡量采用金剛石繩索取心鉆進方法,以保證較小的孔壁間隙,減少鉆具產生的擺動力和偏斜力。
3)在變層、傾斜、溶洞、超徑等地層,需要加長大直徑鉆具,采用低規格參數(輕壓慢轉)鉆進。
4)變徑擴孔應使用帶扶正器和向下導向的鉆具。
5)深孔軌跡控制應本著“上緊、中控、下寬”的原則,確保高質量、安全鉆進。
(2)定向鉆軌跡控制作業要點
1)根據鉆孔總彎曲角度、造斜段控制長度和鉆進方法的變化,選擇受控定向井軌跡控制段(造斜段)的造斜(糾偏)方法時,應遵循以下原則:
(1)當糾斜總彎角變化≤3°,且造斜段較短時,可選用連續造斜法。即使用小角度造斜器壹次造斜或多次連續造斜。
(2)用液壓螺桿打芯時,允許攪打段較長,可用小角度攪打件(彎殼0.5 ~ 0.45)連續攪打。
(3)當鉆孔糾偏總彎角變化3° ~ 5°時,可選用間歇造斜法。也就是說,造斜和擴孔交替進行。鉆造斜1 ~ 2次,擴孔修整孔壁後,造斜即可。也可以使用交替偏轉方法。
(4)當鉆孔糾斜總彎曲角變化≥5°,用繩索取心鉆進,且允許造斜段較長時,可選用交替造斜法。即造斜、擴孔、穩鉆交替進行,每造斜1 ~ 2次後擴孔,穩鉆1 ~ 2次後造斜。目前精度要求不高,在單點測斜儀定向孔施工中,常采用這種方法控制鉆孔曲率半徑,以減緩“狗腿彎”,使傾斜斷面均勻光滑。
2)合理選擇造斜孔段的原則是:終孔水平位移大的應選擇上孔段造斜,水平位移小的應選擇下孔段造斜。在保證安全鉆井的前提下,盡量減少造斜段的位置,最大限度地節省工作量,降低造斜成本。
3)分支點應盡量選在中硬以下的巖層中,避開硬巖。
4)施工多孔底定向孔時,需要在主孔中“搭橋”壹些支點,以建立人工孔底。用螺桿鉆具鉆分支孔時,盡量不要用金屬偏心楔橋,要建“水泥橋”。“水泥橋”的好壞(粘結強度和沖擊韌性)對分支井斜鉆孔起決定性作用。木塞應下放至分支點以下至少20m,水泥漿應通過鉆桿泵入孔內。水泥漿凝固後,應對水泥表面進行探測和取樣。接近孔壁巖石強度的“等強度水泥橋”有利於分支井斜鉆井的成功。
5)造斜和分支鉆孔的要點如下:
(1)造斜原孔底部或鉆分支孔時,應使用直徑比原孔小1 ~ 2級的造斜鉆具鉆進,有利於造斜和分支。擴孔後,鉆孔軌跡更加平滑,鍵槽的形成減少。
(2)在第四系松軟地層中用帶2彎頭接頭的螺桿或1.5彎頭外管打斜時,必須在鉆柱下端與彎頭接頭之間連接壹根長度為1.5 ~ 2.0m、與鉆孔直徑相同的穩定器。
(3)ⅴ級以下巖石選用硬質合金(或復合材料)造斜鉆頭,ⅵ級以上巖石選用金剛石造斜鉆頭;繩索取心鉆桿的偏斜強度為0.15 ~ 0.3/m,φ 50 mm普通鉆桿的偏斜強度為0.3 ~ 0.6/m;在單壹穩定地層中,可連續鉆進,但在軟硬互層、傾斜地層和對取心有壹定要求的地層中,宜分段鉆進。在堅硬地層中造斜應采用交替法。
(4)造斜分支井時,應選用下唇側邊圓弧小的金剛石造斜鉆頭,以增加側向力;鉆孔時選擇小WOB,控制時效(壹般在0.5 ~ 0.8m/h以內)。
⑤鉆分支孔時,不得隨意提升鉆具。判斷是否鉆新孔的方法:觀察孔內反沖洗液的濁度,是否含有巖粉(碎屑);上提後,觀察造斜器鉆頭內是否有小巖心。如果有完整的小巖心,說明分支孔至少形成了2/3孔徑。
⑥分支井形成後立即計算分支井的地層長度,決定是否繼續造斜或擴孔和穩鉆;如果分支井的地層長度較短,則需要繼續造斜,造斜工具的面角應與上次相同。
6)修井和斜井鉆井作業。由於鉆桿在攪打過程中只是縱向滑動而不旋轉,巖層硬度不均勻,所以需要用錐形金剛石擴孔鉆頭(圖7-27)修孔,使攪打孔壁光滑。
圖7-27修孔鉆頭
(a)硬質合金鉆頭;(b)帶有芯管的修井鉆頭;(c)金剛石鉆頭
1—鉆桿;2孔修剪器;3孔修復鉆頭;4—鉆桿;5-鉆石;6—水口;7位鋼體
7)偏轉部分的擴孔必須向下引導。初轉穩斜取心鉆進時,應采用短芯管鉆進(壹般長度不超過1.5m),鉆孔延長至10 ~ 20m後再轉常規穩斜鉆進。
(三)鉆井軌跡定向和監控要點
1)定向鉆具、定向方法和儀器的選擇見本章第1節。造斜器液壓螺桿鉆井的定向(圖7-28)如下:組裝造斜器→測量裝配差→計算工具面角或安裝角→地面標定定向儀→鉆造斜器→沖洗液打孔→下定向儀→檢查定向儀鉆桿內的定向鍵(重復次數≥3次)→在地面順時針旋轉鉆桿,定向造斜器母線方向→在孔內取出儀器(如隨鉆定向)
圖7-28液壓螺桿鉆具定向系統
1-電纜取心鉆桿;2—用孔內MWD探測管道;3-斜管鞋;4鍵;5—定向彎曲接頭;6—螺旋鉆;7—鉆頭;8-電纜插口;9—電纜盤;10-集電環;11-地面儀器
2)為了提高造斜器的定向精度,當鉆井頂角小於3°時,應采用直接定向法直接讀取造斜器的方位角;高精度定向鉆連續造斜應采用隨鉆監測定向的方法。
3)磁性礦區必須使用陀螺儀定向和測斜儀;在非磁性礦區,使用磁敏儀器進行鉆桿內部定向和測斜時,必須在井下儀器位置有壹根比探管長2m的非磁性鉆桿(或鉆鋌)。
4)造斜機定向後,如果鉆進過程中主動鉆桿的標記線發生變化,需要停止鉆進,重新定向後再鉆進。
5)傾斜地層中鉆孔測斜儀的間距不應大於20m定向井造斜段測斜間隔需要1 ~ 2m;常規井段要求每個測點至少重復3次,造斜段和小角井段至少重復5次;測斜儀數據的重復性精度必須在儀器誤差允許範圍內,超差必須重新測試。
6)在鉆井施工過程中,需要不斷將實際鉆井軌跡與設計軌跡進行對比,預測實際軌跡與設計目標區域平面的交點坐標,判斷目標是否能“命中”,並提示遺漏或即將遺漏的情況,從而動態監控鉆井軌跡。