CN112031704B - 溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，依次包括如下步骤：⑴当钻遇溶洞时，先停止钻进，确定溶洞口的位置和大小后起钻；⑵组装爆炸筑巢工具；⑶下爆炸筑巢钻具组合，每下8～10柱钻具，从钻具内水眼灌满钻井液一次；⑷爆炸筑巢工具到达溶洞位置后，再次灌满钻井液；⑸使筑巢缝管对准溶洞口；⑹开泵起爆，筑巢缝管的割缝段膨胀成笼状框架且嵌于溶洞口中，上下两端的销钉被剪断，爆炸筑巢工具上端的旁通阀通孔也被打开；⑺上提一段钻具，使筑巢缝管留在溶洞漏失井段；⑻开泵，通过旁通阀通孔向井下注入堵漏浆。该爆炸筑巢堵漏方法可以在溶洞口形成笼状结构，便于堵漏材料能停留在漏失通道处，能在溶洞漏失处形成人工井壁。

Description

溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法

技术领域

本发明涉及一种石油钻井堵漏方法，特别涉及一种溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，属于石油钻井技术领域。

背景技术

井漏是钻井工程中常见的世界性难题，尤其是在钻遇断层、大型裂缝和溶洞时发生的严重漏失，常常表现为钻井液失返、无法继续钻进，这种情况下堵漏需要耗费大量的堵漏材料，并且一次堵漏成功率低，往往需花费很长的处理时间，有时甚至会引起井壁坍塌、卡钻、溢流、井喷等，有的只能放弃已钻井重新布井，造成的损失巨大。

由于地下条件的复杂多变，造成能有效应对溶洞型漏失的堵漏技术和材料相对较少。通常采用水泥浆堵漏，常规的水泥浆堵漏应对低流速的小型溶洞具有一定的效果，但钻遇大的溶洞及高速流水溶洞时，需要通过增加有效的架桥结构及大量的充填材料来形成堵塞层，通常采用碎石、木屑及棉籽壳等，这些材料虽然价格经济实惠，但缺点是桥架材料较难在大型溶洞中形成封堵层，灌注水泥后难以形成整体填塞体。有时还使用化学等材料进行堵漏，但是化学堵漏浆价格较高不适合大量使用。

近年来，国内多家单位或个人，针对大型裂缝和溶洞这类大型漏失，进行了不同的研究和尝试，主要有以下几种：

针对裂缝性漏失井的爆炸堵漏技术，利用井下爆炸使带凝胶的注射器弹头进入地层，挤压地层裂缝的同时，胶筒内的凝胶流出，进一步封堵和稳固井壁，达到堵漏效果。

通过电测成像技术，通过①选用大颗粒架桥材料和填充材料并用油毛毡包裹，如棉籽壳、核桃壳、水泥、生石灰；②选用红砖作为架桥材料；③加入长纤维状材料架桥，如棕绳；④选用红胶泥团作为架桥和填充材料，成功封堵科索1井溶洞性漏失。

溶洞堵漏施工思路，即在溶洞顶部先后注入承托液与静胶凝水泥浆，利用承托液的结构力保证水泥浆停留在洞口，待水泥凝固后，施工完成。该技术在华北油田任深2井、霸91井大溶洞(1.05～0.5m)堵漏施工中获得成功。

但是随着勘探开发逐渐向复杂地层、深部地层进展，地层温度越来越高，钻遇溶洞越来越大，在重力与地层水稀释的不利条件下，单纯依靠承托液自身的黏度和切力已无法起到承托水泥浆的作用。因此现有技术中又进行了缝洞型碳酸盐岩储层漏失模型及控制对策的研究，通过对裂缝性漏失和溶洞性漏失各自特点分析，制定出如桥堵、凝胶、波纹管、膨胀管、跨式封隔器及水溶性密封袋等堵漏方式，这类技术价格昂贵、施工风险高。

中国地质科学院探矿工艺研究所研制了一种拦截式堵漏工具，原理是利用拦截式堵漏工具将水泥浆限制在拦截尼龙袋内，尼龙袋在水泥浆的液压作用下向漏失裂缝中扩张充盈，从而在裂缝中架桥。同时，减少水泥浆受地下水置换、稀释的不利影响，为其有效凝固实现封堵提供保障；应用结果显示，成功封堵宽度约32mm的地下水流动较强的裂缝性漏失。

还有通过成像测井，确定漏失井段，在川东大天8井，飞仙关组发生溶洞恶性井漏，其中1187.5～1190.5m之间存在3m的溶洞，在前期采用桥浆、水泥浆、桥浆+水泥浆复合堵漏等方法6次堵漏无效的情况下，采用“重晶石浆液，速凝水泥浆”堵漏技术，并通过井口补灌钻井液的方式，即钻具置于井口，用水泥车注入重晶石浆液、速凝水泥浆，并采用井口补灌钻井液的方式，把水泥浆逐步推入漏层，使之在漏失通道和井眼中形成完整的堵塞体，从而达到堵塞漏失通道的目的，应用结果显示，漏速从108m³/h，下降到36m³/h。

综上所述，能有效应对溶洞性漏失的堵漏技术和材料比较少，且通用性不强。虽然通常把高浓度常规堵漏浆、桥塞堵漏、水泥浆堵漏及化学凝胶堵漏等技术交叉、组合及反复应用，对小型裂缝及溶洞性漏失具有一定的效果，但对较大的裂缝及溶洞性漏失，堵漏效果不明显，不但消耗大量昂贵的堵漏材料，而且处理时间也很长，造成的经济损失巨大。主要是因堵漏材料很容易被漏失的钻井液带走，难以在漏失通道处停留，就无法在漏失通道处形成有效的封堵墙，从而导致堵漏成功率低。

从井口投放的大颗粒堵漏材料落到井底后，会以井底为圆心，逐渐向上堆积，形成一个圆锥体，后续注入的适当浓度堵漏浆、水泥浆、凝胶等堵漏材料不能顺利进入井眼周围的溶洞，而是在井底的溶洞口处堆积形成封堵墙，不能在井筒周围的漏失通道处形成有效的架桥结构，这样封堵后虽然暂时不漏，但后期继续钻进时，会破坏在井筒内的封堵墙，发生复漏的几率很大。

目前没有针对大颗粒堵漏材的专用拨划工具，通常是采用钻头、公锥等，不仅易损坏钻头和公锥，并且由于钻头和公锥等没有经过特殊设计，对大颗粒堵漏材在井底的抛甩效果欠佳，不能很好的在井眼周围漏失通道内形成有效的架桥结构，导致堵漏成功率低。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，可以在溶洞口形成笼状结构，便于堵漏材料能停留在漏失通道处，不易被钻井液带走，能在漏失通道处形成具有一定强度的人工井壁。

为解决以上技术问题，本发明的一种溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，依次包括如下步骤：⑴当钻遇溶洞时发生失返性漏失，先停止钻进，确定溶洞口的位置和大小后，立即起钻；⑵组装爆炸筑巢工具，爆炸筑巢工具的下端设有筑巢缝管，筑巢缝管的有效长度大于溶洞口的高度，将爆炸筑巢工具连接在钻杆下端；⑶下爆炸筑巢钻具组合，每下8～10柱钻具，从钻具内水眼灌钻井液一次，每次必须灌满；⑷爆炸筑巢工具到达溶洞位置后，再次灌满钻井液；⑸调整钻具，使爆炸筑巢工具的筑巢缝管对准溶洞口的位置；⑹开泵起爆，在爆炸冲击波的作用下，筑巢缝管的割缝段膨胀成笼状框架且嵌于溶洞口中，同时筑巢缝管上下两端的销钉也被剪断，爆炸筑巢工具上端的旁通阀通孔也被打开；⑺上提一段钻具，使筑巢缝管留在溶洞漏失井段；⑻开泵，通过旁通阀通孔向井下注入堵漏浆。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：筑巢缝管上下两端的未割缝段仍位于井眼中，割缝段膨胀成笼状框架且嵌于溶洞口中，使漏失点从一个尺寸较大的完整的溶洞口，被笼状框架划分为多个尺寸较小的条缝口，大大降低了堵漏难度。起爆筑巢后，不用起钻，采用原钻具向井下注入堵漏浆，十分方便快捷，如果堵漏浆能够被笼状框架截留住，则漏失会逐渐减小，直至实现完全堵漏，凝固后成为具有一定强度的人工井壁。

作为本发明的改进，还包括如下步骤：⑼如果堵漏浆注入量大于笼状框架的内容积后，漏失量仍未减小，则起钻；⑽准备大、中、小三种正四面体架构材料并混合均匀；⑾根据井眼直径计算混合架构材料的单次投放体积，根据笼状框架的内容积计算混合架构材料的总投放量；⑿向井眼中间隔投放混合架构材料，每次投放量以上述单次投放体积为限，直至完成总投放量；⒀下拨划钻具组合，拨划钻具组合包括钻杆和连接在钻杆下端的拨划工具，下钻到底前，提前一根钻杆开泵，并启动转盘，拨划工具拨划井底的混合架构材料使其进入井眼周围的笼状框架中，在溶洞口形成有效的桥架结构；⒁确认混合架构材料已全部被划拨到井眼周围的笼状框架中；⒂使钻具下端位于溶洞口上方，向井底注入堵漏填充材料，堵漏填充材料填充在溶洞口桥架结构的缝隙中，并使环空返高至溶洞上150～200米，下部钻具内的水眼内预留250米堵漏填充材料；⒃快速起钻8柱以上，使钻具下端到达堵漏填充材料上方，然后循环一个循环周以上，继续上提钻具至安全井段，关泵进行静堵18～24小时。

堵漏浆注入量大于笼状框架的内容积后，漏失量仍未减小，说明笼状框架未能直接截留堵漏浆，堵漏未成功，因此起钻采取进一步的堵漏操作。采用不同体积及比例的正四面体作为桥架结构，相对于其它形状材料，有更好的位置稳定性，相对不易被漏失的流体冲刷带走；制作正四面体的原材料来源广、易获得、成本低，可以是强度不高的水泥块或经过烧制的泥土块等材料制作。采用拨划工具拨划井底的正四面体，便于在井眼周围的漏失通道内形成稳定的架桥结构，首先架桥结构不易被溶洞内的流体冲走，将面积较大的溶洞口变成架桥结构中若干个小缝隙，然后利用原钻具在架桥结构的小缝隙中注入堵漏填充材料，进行进一步堵漏且不容易被漏失的钻井液带走，减少了一趟起下钻，节约了作业时间，提高堵漏效率，便于形成堵漏墙。堵漏填充材料返高至溶洞上150～200米，在溶洞处保持一定的压力，便于堵漏填充材料进入架桥结构的缝隙中；堵漏填充材料注入后快速提起钻具8柱以上，每柱三根钻杆，避免钻具被卡在堵漏填充材料里。下部钻具内的水眼内预留250米堵漏填充材料，可以弥补钻具上提后造成的空间空缺，使钻具上提后，仍然能保持堵漏填充材料的顶部高度；从井口注入的钻井液，从环空重新到达井口返出地面，即实现了一个循环周，如此可确保钻具水眼内的堵漏填充材料已完全留在了井下，且钻具水眼已清洗干净。本发明工艺流程相对简易，堵漏成功率高，可适用于不同区块、不同地层和井深，通用性强，避免了以往钻遇溶洞型漏失时，每次堵漏都要经过反复尝试多种堵漏方法、最终效果还不好，造成堵漏成功率低、浪费大量的架构材料、时间等现象。

作为本发明的进一步改进，还包括如下步骤：⒄静堵过程中若井下仍在漏失，需及时补满井筒中的钻井液；若井下已不漏失，则关闭井口的封井器憋压，开泵缓慢憋进2～6m³钻井液，使堵漏填充材料充分进入桥架结构的缝隙中；⒅观察堵漏效果，若不再漏失，则表明堵漏成功，起钻，堵漏施工完成；若漏速已减小到可控范围内，则采用常规的随钻法继续堵漏。堵漏填充材料如果仅堵在架桥结构小缝隙的端口部，在后前施工过程中因承压或受到刮蹭、震动等，容易发生复漏；本发明通过憋压，使堵漏填充材料充分进入桥架结构的缝隙中，这样形成的堵漏墙非常的稳定，大大降低了发生复漏的可能性。随钻法堵漏是在钻进的同时，在钻井液中加入锯末、单封、复合堵漏剂等小颗粒堵漏材料，使得在钻进的同时，小颗粒的堵漏材料继续填充剩下的漏失空隙，直至漏失量减小到不影响正常钻进或不再漏失。

作为本发明的进一步改进，步骤⑽中，大、中、小正四面体的棱长规格分别为30mm、20mm和10mm，大、中、小正四面体的体积混合比为大:中:小=1:8:27；步骤⑾中的单次投放体积如下：Φ311.2mm井眼的单次投放体积小于0.471m³，Φ215.9mm井眼的单次投放体积小于0.157m³、Φ152.4mm井眼的单次投放体积小于0.055m³；步骤⑿中混合架构材料的投放间隔为：井深500米以内的投放间隔为2分钟以上；井深500米以上的，井深每增加500米，投放间隔增加1分钟。大、中、小正四面体的混合非常容易堆砌成稳定结构，大颗粒正四面体最不易随钻井液流失，中颗粒正四面体被大颗粒正四面体所阻挡，小颗粒正四面体被中颗粒正四面体所阻挡，大、中、小正四面体按本发明的体积混合比搭配，形成的缝隙比较均匀，不容易形成较大的穿孔，且易于截留堵漏填充材料。单次投放体积不大于井眼直径1/4的三次方，避免在井眼中堵塞；混合架构材料的投放间隔可以确保每批次所投放的正四面体在下行过程中，不遇到上次所投正四面体。

作为本发明的进一步改进，步骤⒀下钻具组合的过程中，下钻到底前遇阻不得超过10kN；若遇阻超过10kN，则开泵通过；提前一根钻杆开泵的排量为20～25L/s，转盘转速为30～50rpm，缓慢下放，逐渐加压，钻压为10～30kN；当拨划工具拨划到井底时，排量提高到25～30L/s，转速提高至45～60rpm，在离井底0～2米的范围内来回活动钻具3～5分钟；步骤⒁的具体做法为：保持开泵及转盘旋转的情况下，上提钻具6米以上后，停泵停转盘，缓慢下放，看到达井底前是否遇阻，若遇阻则从遇阻点上提2米以上，然后重新开泵开转盘向下拨划到底，然后再次上提钻具6米以上，再停泵停转盘缓慢下放看到达井底前是否遇阻，如此循环，直至停泵停转盘下放到井底不遇阻为止。切入混合架构材料堆前，泵维持小排量，转盘低速启动，划拨工具缓慢切入混合架构材料堆且逐渐加压，可避免卡钻；随着混合架构材料被划入溶洞内，混合架构材料堆的体积变小，可适当提高划拨工具的转速，提高划拨效率，并且提高泵的排量，加大井底的流速，便于井底混合架构材料进入溶洞内；在离井底0～2米的范围内来回划拨，有利于将井底的混合架构材料划拨干净。一次划拨不可能将混合架构材料划拨干净，上提钻具过程中保持开泵及转盘旋转，可以避免在划拨未净时上提阻力过大或者造成卡钻；每次从遇阻点上提2米以上重新向下拨划，便于拨划工具每次都从堆积物的顶部逐步向下切入，避免划拨强度过大造成卡钻；停泵停转盘下放到井底不遇阻，说明井底的堆积物已被划拨干净。

作为本发明的进一步改进，步骤⑵中的爆炸筑巢工具组装步骤如下：①将起爆活塞从筑巢上接头的下端口向上插入，起爆活塞的上端遮蔽筑巢上接头上的旁通阀通孔，起爆活塞下部的大直径段抵靠在筑巢上接头的下方；②在起爆活塞大直径段外周套装活塞外衬套，活塞外衬套通过活塞剪钉与起爆活塞相固定；③在筑巢上接头的下端外周旋接起爆接头，活塞外衬套嵌于起爆接头的第一台阶孔中；④在起爆接头的中心孔下端插入起爆器，起爆器的顶部与起爆活塞底部中心的撞针间隔一段距离；⑤在起爆接头的下端外周旋接中间接头，从中间接头中心孔向上插入隔板引爆装置和传爆器，隔板引爆装置的上端面抵靠住起爆器；⑥在中间接头的下端外周旋接芯管接头，传爆器的下端插入芯管接头中心孔中，在芯管接头下部的中心螺孔中旋接向下延伸的芯管；⑦在芯管外周的螺旋槽中缠绕导爆索，导爆索的上端与传爆器相连；⑧在芯管接头的下部外周通过上销钉悬挂筑巢缝管，筑巢缝管的下端通过下销钉固定在缝管支撑体上，缝管支撑体固定在芯管上；⑨在芯管的下端安装引鞋。筑巢上接头、起爆接头、中间接头和芯管接头自上而下依次旋接，为起爆活塞、活塞外衬套、起爆器、隔板引爆装置和传爆器提供容纳空间，且依次实现轴向定位。钻井液加压到设定值，将活塞剪钉剪断，起爆活塞下滑，其撞针撞击起爆器将其引爆，通过隔板引爆装置及传爆器将导爆索引燃，导爆索爆炸产生的冲击波将芯管炸断，使筑巢缝管胀大成椭球形的笼状，并卡陷在溶洞口中。起爆活塞下滑后，旁通阀通孔露出，钻杆内的钻井液从旁通阀通孔流出，井口压力出现剧烈波动，施工人员在井上通过钻井液压力的波动得知井下已爆炸筑巢，然后通过旁通阀通孔向井下注入堵漏材料。

作为本发明的进一步改进，所述筑巢缝管上的条缝位于在筑巢缝管的中段，各条缝沿轴向延伸、长度相等且相互平行，各条缝均匀分布在筑巢缝管的圆周上；各条缝上分别均匀设有多个连接条缝两侧的条缝结节，相邻两条缝上的条缝结节在高度方向位于同一横截面上。筑巢缝管的上下两端不开缝，保证强度且卡在溶洞口的上下两侧，开条缝处强度弱，受到爆炸冲击时，各管片分别向外弯曲形成笼状，筑巢缝管两端的上销钉和下销钉被剪断。各条缝均匀分布使得筑巢缝管的膨胀比较均匀。条缝结节使得各条缝在削弱的基础上还保有一定的强度，避免遭受爆炸冲击波时，变形过大。各条缝结节位于同一横截面上，使得各管片的变形相近。

作为本发明的进一步改进，各条缝上的条缝结节之间的距离为165～190mm，各条缝结节的高度为10mm。爆炸后形成笼状框架比较匀称，成型较好。

作为本发明的进一步改进，所述拨划工具包括芯筒，沿芯筒的轴线设有芯筒中心孔，所述芯筒的上端设有与上方钻杆连接的锥形母螺纹，所述芯筒的外周缠绕有螺旋翼，所述螺旋翼的上表面均匀焊接有多个拨划板，各拨划板分别沿芯筒的轴向及径向延伸；所述芯筒的下端旋接有锥形引导头，沿锥形引导头的轴线设有引导头中心孔，锥形引导头的底部均匀分布有多个与引导头中心孔相贯通的喷嘴。拨划工具接在钻杆的下端，由于带有锥形引导头、喷嘴及螺旋翼等，在开泵、加压和旋转的情况下，该工具在锥形引导头的作用下，会吃入混合架构材料所形成的圆锥体，混合架构材料会在冲刷和旋转作用下，随环空钻井液移动，同时在螺旋翼和离心力的作用下，混合架构材料被甩落到井眼周围的溶洞内，使混合架构材料在井眼周围的漏失通道内堆积，形成有效的桥架结构，当注入适当浓度堵漏浆、凝胶或水泥浆等堵漏填充材料时，这些材料就可以在桥架结构处停留，形成有效的封堵墙，该封堵墙不会被后续钻进破坏，从而提高了堵漏成功率。螺旋翼上的拨划板有利于将混合架构材料弹出，提高拨划效率，节约井漏处理时间和架构材料的使用。

作为本发明的进一步改进，所述锥形引导头的外周设有多道沿锥形引导头母线延伸的直刀翼，各直刀翼上均匀分布有多个直刀翼切削齿；所述锥形引导头的底部分布有多个锥底PDC齿；所述螺旋翼的外周均匀分布有螺旋翼切削齿，各螺旋翼切削齿沿芯筒的径向向外延伸。直刀翼及其上的直刀翼切削齿利于锥形引导头在较低的钻压下嵌入混合架构材料形成的圆锥体中。锥底PDC齿的切削作用，可以加快工具的钻进，且使锥形引导头更加耐磨，也有利于锥形引导头嵌入混合架构材料形成的圆锥体中。螺旋翼切削齿可以起到拨划作用，且可以减缓螺旋翼的磨损，延长其使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋翼的导升角为30°～40°，且自下而上外径逐渐增大；所述喷嘴在锥形引导头的底部均匀分布有四个，喷嘴口径为22mm；所述直刀翼在锥形引导头的外周分布有四道，各直刀翼的厚度为20mm，高度为20mm。导升角为30°～40°兼顾了工具的钻进速度和拨划效果；工具越往下，螺旋翼的外径越大，拨划强度越大。

附图说明

图1为本发明所使用的爆炸筑巢工具的主视图。

图2为图1中筑巢缝管的主视图。

图3为图1中筑巢缝管的局部放大图。

图4为图2中A-A的剖视图。

图5为本发明所使用拨划工具实施例一的主视图。

图6为图5的剖视图。

图7为图5的立体图。

图8为本发明中拨划工具实施例二的主视图。

图9为图8的剖视图。

图中：1.筑巢上接头；1a.旁通阀通孔；2.起爆接头；3.中间接头；4.芯管接头；5.芯管；6.起爆活塞；6a.撞针；6b.活塞剪钉；7.活塞外衬套；8.起爆器；9.隔板引爆装置；10.传爆器；11.导爆索；12.筑巢缝管；12a.条缝；12b.条缝结节；12c.上销钉；12d.下销钉；13.缝管支撑体；14.引鞋。

15.芯筒；15a.芯筒中心孔；15b.锥形母螺纹；16.螺旋翼；16a.螺旋翼切削齿；17.拨划板；18.锥形引导头；18a.引导头中心孔；18b.喷嘴；18c.锥底PDC齿；19.直刀翼；19a.直刀翼切削齿。

具体实施方式

本发明溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，依次包括如下步骤：⑴当钻遇溶洞时发生失返性漏失，先停止钻进，确定溶洞口的位置和大小后，立即起钻；⑵组装爆炸筑巢工具，爆炸筑巢工具的下端设有筑巢缝管12，筑巢缝管12的有效长度大于溶洞口的高度，将爆炸筑巢工具连接在钻杆下端；⑶下爆炸筑巢钻具组合，每下8～10柱钻具，从钻具内水眼灌钻井液一次，每次必须灌满；⑷爆炸筑巢工具到达溶洞位置后，再次灌满钻井液；⑸调整钻具，使爆炸筑巢工具的筑巢缝管12对准溶洞口的位置；⑹开泵起爆，在爆炸冲击波的作用下，筑巢缝管12的割缝段膨胀成笼状框架且嵌于溶洞口中，使漏失点从一个尺寸较大的完整的溶洞口，被笼状框架划分为多个尺寸较小的条缝口，大大降低了堵漏难度；同时筑巢缝管12上下两端的销钉也被剪断，筑巢缝管12上下两端的未割缝段仍位于井眼中，爆炸筑巢工具上端的旁通阀通孔1a也被打开；⑺上提一段钻具，使筑巢缝管12留在溶洞漏失井段；⑻开泵，通过旁通阀通孔1a向井下注入堵漏浆，如果堵漏浆能够被笼状框架截留住，则漏失会逐渐减小，直至实现完全堵漏，凝固后成为具有一定强度的人工井壁。

如图1至图4所示，步骤⑵中的爆炸筑巢工具组装步骤如下：①将起爆活塞6从筑巢上接头1的下端口向上插入，起爆活塞6的上端遮蔽筑巢上接头1上的旁通阀通孔1a，起爆活塞6下部的大直径段抵靠在筑巢上接头1的下方；②在起爆活塞大直径段外周套装活塞外衬套7，活塞外衬套7通过活塞剪钉6b与起爆活塞6相固定；③在筑巢上接头1的下端外周旋接起爆接头2，活塞外衬套7嵌于起爆接头2的第一台阶孔中；④在起爆接头2的中心孔下端插入起爆器8，起爆器8的顶部与起爆活塞6底部中心的撞针6a间隔一段距离；⑤在起爆接头2的下端外周旋接中间接头3，从中间接头中心孔向上插入隔板引爆装置9和传爆器10，隔板引爆装置9的上端面抵靠住起爆器8；⑥在中间接头3的下端外周旋接芯管接头4，传爆器10的下端插入芯管接头中心孔中，在芯管接头4下部的中心螺孔中旋接向下延伸的芯管5；⑦在芯管5外周的螺旋槽中缠绕导爆索11，导爆索11的上端与传爆器10相连；⑧在芯管接头4的下部外周通过上销钉12c悬挂筑巢缝管12，筑巢缝管12的下端通过下销钉12d固定在缝管支撑体13上，缝管支撑体13固定在芯管5上；⑨在芯管5的下端安装引鞋14。

钻井液加压到设定值，将活塞剪钉6b剪断，起爆活塞6下滑，其撞针6a撞击起爆器8将其引爆，通过隔板引爆装置9及传爆器10将导爆索11引燃，导爆索11爆炸产生的冲击波将芯管5炸断，使筑巢缝管12胀大成椭球形的笼状，并卡陷在溶洞口中。起爆活塞6下滑后，旁通阀通孔1a露出，钻杆内的钻井液从旁通阀通孔1a流出，井口压力出现剧烈波动，施工人员在井上通过钻井液压力的波动得知井下已爆炸筑巢，然后通过旁通阀通孔1a向井下注入堵漏材料。

筑巢缝管12上的条缝12a位于在筑巢缝管12的中段，各条缝12a沿轴向延伸、长度相等且相互平行，各条缝12a均匀分布在筑巢缝管12的圆周上；筑巢缝管12的上下两端不开缝，保证强度且卡在溶洞口的上下两侧，开条缝处强度弱，受到爆炸冲击时，各管片分别向外弯曲形成笼状，筑巢缝管12两端的上销钉12c和下销钉12d被剪断。

各条缝12a上分别均匀设有多个连接条缝12a两侧的条缝结节12b，相邻两条缝12a上的条缝结节12b在高度方向位于同一横截面上。各条缝12a均匀分布使得筑巢缝管12的膨胀比较均匀。条缝结节12b使得各条缝12a在削弱的基础上还保有一定的强度，避免遭受爆炸冲击波时，变形过大。各条缝结节12b位于同一横截面上，使得各管片的变形相近。

各条缝12a上的条缝结节12b之间的距离为165～190mm，各条缝结节12b的高度为10mm。爆炸后形成笼状框架比较匀称，成型较好。

活塞外衬套7的内壁与起爆接头2的第二台阶孔相平齐，起爆接头2的第三台阶孔孔径大于撞针6a的根部直径，起爆器8嵌于起爆接头2的第四台阶孔。活塞外衬套7的内壁与起爆接头2的第二台阶孔相平齐，便于起爆活塞6下滑，起爆接头2的第三台阶孔作为撞针6a的行程。

导爆索11在芯管5中段的缠绕密度大于两端的缠绕密度，使得芯管5中段的爆炸力大于两端，更利于筑巢缝管12胀大成椭球形的笼状。

筑巢缝管12悬挂有内外两层，内外两层筑巢缝管12上的条缝12a相互错开；可以避免笼状结构中段的缝口过大，有利于更好地截留堵漏材料。

堵漏浆注入量大于笼状框架的内容积后，漏失量仍未减小，说明笼状框架未能直接截留堵漏浆，堵漏未成功，因此起钻采取进一步的堵漏操作。

⑼如果堵漏浆注入量大于笼状框架的内容积后，漏失量仍未减小，则起钻。

⑽准备大、中、小三种正四面体架构材料并混合均匀；大、中、小正四面体的棱长规格分别为30mm、20mm和10mm，大、中、小正四面体的体积混合比为大:中:小=1:8:27。

⑾根据井眼直径计算混合架构材料的单次投放体积，根据笼状框架的内容积计算混合架构材料的总投放量；单次投放体积如下：Φ311.2mm井眼的单次投放体积小于0.471m³，Φ215.9mm井眼的单次投放体积小于0.157m³、Φ152.4mm井眼的单次投放体积小于0.055m³。

⑿向井眼中间隔投放混合架构材料，投放间隔为：井深500米以内的投放间隔为2分钟以上；井深500米以上的，井深每增加500米，投放间隔增加1分钟；每次投放量以上述单次投放体积为限，直至完成总投放量。

⒀下拨划钻具组合，拨划钻具组合包括钻杆和连接在钻杆下端的拨划工具，下钻到底前遇阻不得超过10kN；若遇阻超过10kN，则开泵通过。下钻到底前，提前一根钻杆开泵，排量为20～25L/s，并启动转盘，转盘转速为30～50rpm，逐渐加压，钻压为10～30kN；当拨划工具拨划到井底时，排量提高到25～30L/s，转速提高至45～60rpm，在离井底0～2米的范围内来回活动钻具3～5分钟，有利于将井底的混合架构材料划拨干净，使混合架构材料进入井眼周围的溶洞中，在溶洞口形成有效的桥架结构，将面积较大的溶洞口变成架桥结构中若干个小缝隙。

⒁确认混合架构材料已全部被划拨到井眼周围的笼状框架中；具体做法为：保持开泵及转盘旋转的情况下，上提钻具6米以上后，停泵停转盘，缓慢下放，看到达井底前是否遇阻，若遇阻则从遇阻点上提2米以上，然后重新开泵开转盘向下拨划到底，然后再次上提钻具6米以上，再停泵停转盘缓慢下放看到达井底前是否遇阻，如此循环，直至停泵停转盘下放到井底不遇阻为止。

⒂使钻具下端位于溶洞口上方，向井底注入堵漏填充材料，堵漏填充材料填充在溶洞口桥架结构的缝隙中，并使环空返高至溶洞上150～200米，在溶洞处保持一定的压力，便于堵漏填充材料进入架桥结构的缝隙中；下部钻具内的水眼内预留250米堵漏填充材料，以弥补钻具上提后造成的空间空缺。堵漏填充材料可以为堵漏浆、凝胶或水泥浆，或者是堵漏浆与凝胶的组合，或者是凝胶与水泥浆的组合，或者是堵漏浆、凝胶与水泥浆的组合。

⒃快速起钻8柱以上，每柱三根钻杆，使钻具下端到达堵漏填充材料上方，然后循环一个循环周以上，从井口注入的钻井液，从环空重新到达井口返出地面，为一个循环周，如此可确保钻具水眼内的堵漏填充材料已完全留在了井下，且钻具水眼已清洗干净；然后继续上提钻具至安全井段，关泵进行静堵18～24小时。

对于承压井段，还包括如下步骤：⒄静堵过程中若井下仍在漏失，需及时补满井筒中的钻井液；若井下已不漏失，则关闭井口的封井器憋压，开泵缓慢憋进2～6m³钻井液，使堵漏填充材料充分进入桥架结构的缝隙中，避免发生复漏。

⒅观察堵漏效果，若不再漏失，则表明堵漏成功，起钻，堵漏施工完成；若漏速已减小到可控范围内，则采用常规的随钻法继续堵漏。随钻法堵漏是在钻进的同时，在钻井液中加入锯末、单封、复合堵漏剂等小颗粒堵漏材料，使得在钻进的同时，小颗粒的堵漏材料继续填充剩下的漏失空隙，直至漏失量减小到不影响正常钻进或不再漏失。

如图5至图9所示，拨划工具包括芯筒15，沿芯筒15的轴线设有芯筒中心孔15a，芯筒15的上端设有与上方钻杆连接的锥形母螺纹15b，芯筒15的外周缠绕有螺旋翼16，螺旋翼16的上表面均匀焊接有多个拨划板17，各拨划板17分别沿芯筒15的轴向及径向延伸；芯筒15的下端旋接有锥形引导头18，沿锥形引导头18的轴线设有引导头中心孔18a，锥形引导头18的底部均匀分布有多个与引导头中心孔18a相贯通的喷嘴18b。

拨划工具接在钻杆的下端，由于带有锥形引导头18、喷嘴18b及螺旋翼16等，在开泵、加压和旋转的情况下，该工具在锥形引导头18的作用下，会吃入混合架构材料所形成的圆锥体，混合架构材料会在冲刷和旋转作用下，随环空钻井液移动，同时在螺旋翼16和离心力的作用下，混合架构材料被甩落到井眼周围的溶洞内，使混合架构材料在井眼周围的漏失通道内堆积，形成有效的桥架结构，当注入适当浓度堵漏浆、凝胶或水泥浆等堵漏填充材料时，这些材料就可以在桥架结构处停留，形成有效的封堵墙，该封堵墙不会被后续钻进破坏，从而提高了堵漏成功率。螺旋翼16上的拨划板17有利于将混合架构材料弹出，提高拨划效率，节约井漏处理时间和架构材料的使用。

锥形引导头18的外周设有多道沿锥形引导头母线延伸的直刀翼19，各直刀翼19上均匀分布有多个直刀翼切削齿19a；直刀翼19及其上的直刀翼切削齿19a利于锥形引导头18在较低的钻压下嵌入混合架构材料形成的圆锥体中。

锥形引导头18的底部分布有多个锥底PDC齿18c，锥底PDC齿18c的切削作用，可以加快工具的钻进，且使锥形引导头18更加耐磨，也有利于锥形引导头18嵌入混合架构材料形成的圆锥体中。

螺旋翼16的外周均匀分布有螺旋翼切削齿16a，各螺旋翼切削齿16a沿芯筒15的径向向外延伸。螺旋翼切削齿16a可以起到拨划作用，且可以减缓螺旋翼16的磨损，延长其使用寿命。

螺旋翼16的导升角为30°～40°，且自下而上外径逐渐增大；导升角为30°～40°兼顾了工具的钻进速度和拨划效果；工具越往下，螺旋翼16的外径越大，拨划强度越大。

喷嘴18b在锥形引导头18的底部均匀分布有四个，喷嘴18b口径为22mm；直刀翼19在锥形引导头18的外周分布有四道，各直刀翼19的厚度为20mm，高度为20mm。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (9)

1.一种溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于，依次包括如下步骤：⑴当钻遇溶洞时发生失返性漏失，先停止钻进，确定溶洞口的位置和大小后，立即起钻；⑵组装爆炸筑巢工具，爆炸筑巢工具的下端设有筑巢缝管，筑巢缝管的有效长度大于溶洞口的高度，将爆炸筑巢工具连接在钻杆下端；⑶下爆炸筑巢钻具组合，每下8～10柱钻具，从钻具内水眼灌钻井液一次，每次必须灌满；⑷爆炸筑巢工具到达溶洞位置后，再次灌满钻井液；⑸调整钻具，使爆炸筑巢工具的筑巢缝管对准溶洞口的位置；⑹开泵起爆，在爆炸冲击波的作用下，筑巢缝管的割缝段膨胀成笼状框架且嵌于溶洞口中，同时筑巢缝管上下两端的销钉也被剪断，爆炸筑巢工具上端的旁通阀通孔也被打开；⑺上提一段钻具，使筑巢缝管留在溶洞漏失井段；⑻开泵，通过旁通阀通孔向井下注入堵漏浆；⑼如果堵漏浆注入量大于笼状框架的内容积后，漏失量仍未减小，则起钻；⑽准备大、中、小三种正四面体架构材料并混合均匀；⑾根据井眼直径计算混合架构材料的单次投放体积，根据笼状框架的内容积计算混合架构材料的总投放量；⑿向井眼中间隔投放混合架构材料，每次投放量以上述单次投放体积为限，直至完成总投放量；⒀下拨划钻具组合，拨划钻具组合包括钻杆和连接在钻杆下端的拨划工具，下钻到底前，提前一根钻杆开泵，并启动转盘，拨划工具拨划井底的混合架构材料使其进入井眼周围的笼状框架中，在溶洞口形成有效的桥架结构；⒁确认混合架构材料已全部被划拨到井眼周围的笼状框架中；⒂使钻具下端位于溶洞口上方，向井底注入堵漏填充材料，堵漏填充材料填充在溶洞口桥架结构的缝隙中，并使环空返高至溶洞上150～200米，下部钻具内的水眼内预留250米堵漏填充材料；⒃快速起钻8柱以上，使钻具下端到达堵漏填充材料上方，然后循环一个循环周以上，继续上提钻具至安全井段，关泵进行静堵18～24小时；所述拨划工具包括芯筒，沿芯筒的轴线设有芯筒中心孔，所述芯筒的上端设有与上方钻杆连接的锥形母螺纹，所述芯筒的外周缠绕有螺旋翼，所述螺旋翼的上表面均匀焊接有多个拨划板，各拨划板分别沿芯筒的轴向及径向延伸；所述芯筒的下端旋接有锥形引导头，沿锥形引导头的轴线设有引导头中心孔，锥形引导头的底部均匀分布有多个与引导头中心孔相贯通的喷嘴。

2.根据权利要求1所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于，还包括如下步骤：⒄静堵过程中若井下仍在漏失，需及时补满井筒中的钻井液；若井下已不漏失，则关闭井口的封井器憋压，开泵缓慢憋进2～6m³钻井液，使堵漏填充材料充分进入桥架结构的缝隙中；⒅观察堵漏效果，若不再漏失，则表明堵漏成功，起钻，堵漏施工完成；若漏速已减小到可控范围内，则采用常规的随钻法继续堵漏。

3.根据权利要求2所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：步骤⑽中，大、中、小正四面体的棱长规格分别为30mm、20mm和10mm，大、中、小正四面体的体积混合比为大:中:小=1:8:27；步骤⑾中的单次投放体积如下：Φ311.2mm井眼的单次投放体积小于0.471m³，Φ215.9mm井眼的单次投放体积小于0.157m³、Φ152.4mm井眼的单次投放体积小于0.055m³；步骤⑿中混合架构材料的投放间隔为：井深500米以内的投放间隔为2分钟以上；井深500米以上的，井深每增加500米，投放间隔增加1分钟。

4.根据权利要求2所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：步骤⒀下钻具组合的过程中，下钻到底前遇阻不得超过10kN；若遇阻超过10kN，则开泵通过；提前一根钻杆开泵的排量为20～25L/s，转盘转速为30～50rpm，缓慢下放，逐渐加压，钻压为10～30kN；当拨划工具拨划到井底时，排量提高到25～30L/s，转速提高至45～60rpm，在离井底0～2米的范围内来回活动钻具3～5分钟；步骤⒁的具体做法为：保持开泵及转盘旋转的情况下，上提钻具6米以上后，停泵停转盘，缓慢下放，看到达井底前是否遇阻，若遇阻则从遇阻点上提2米以上，然后重新开泵开转盘向下拨划到底，然后再次上提钻具6米以上，再停泵停转盘缓慢下放看到达井底前是否遇阻，如此循环，直至停泵停转盘下放到井底不遇阻为止。

5.根据权利要求1所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：步骤⑵中的爆炸筑巢工具组装步骤如下：①将起爆活塞从筑巢上接头的下端口向上插入，起爆活塞的上端遮蔽筑巢上接头上的旁通阀通孔，起爆活塞下部的大直径段抵靠在筑巢上接头的下方；②在起爆活塞大直径段外周套装活塞外衬套，活塞外衬套通过活塞剪钉与起爆活塞相固定；③在筑巢上接头的下端外周旋接起爆接头，活塞外衬套嵌于起爆接头的第一台阶孔中；④在起爆接头的中心孔下端插入起爆器，起爆器的顶部与起爆活塞底部中心的撞针间隔一段距离；⑤在起爆接头的下端外周旋接中间接头，从中间接头中心孔向上插入隔板引爆装置和传爆器，隔板引爆装置的上端面抵靠住起爆器；⑥在中间接头的下端外周旋接芯管接头，传爆器的下端插入芯管接头中心孔中，在芯管接头下部的中心螺孔中旋接向下延伸的芯管；⑦在芯管外周的螺旋槽中缠绕导爆索，导爆索的上端与传爆器相连；⑧在芯管接头的下部外周通过上销钉悬挂筑巢缝管，筑巢缝管的下端通过下销钉固定在缝管支撑体上，缝管支撑体固定在芯管上；⑨在芯管的下端安装引鞋。

6.根据权利要求5所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：所述筑巢缝管上的条缝位于在筑巢缝管的中段，各条缝沿轴向延伸、长度相等且相互平行，各条缝均匀分布在筑巢缝管的圆周上；各条缝上分别均匀设有多个连接条缝两侧的条缝结节，相邻两条缝上的条缝结节在高度方向位于同一横截面上。

7.根据权利要求6所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：各条缝上的条缝结节之间的距离为165～190mm，各条缝结节的高度为10mm。

8.根据权利要求1所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：所述锥形引导头的外周设有多道沿锥形引导头母线延伸的直刀翼，各直刀翼上均匀分布有多个直刀翼切削齿；所述锥形引导头的底部分布有多个锥底PDC齿；所述螺旋翼的外周均匀分布有螺旋翼切削齿，各螺旋翼切削齿沿芯筒的径向向外延伸。

9.根据权利要求8所述的溶洞漏失井段的爆炸筑巢堵漏方法，其特征在于：所述螺旋翼的导升角为30°～40°，且自下而上外径逐渐增大；所述喷嘴在锥形引导头的底部均匀分布有四个，喷嘴口径为22mm；所述直刀翼在锥形引导头的外周分布有四道，各直刀翼的厚度为20mm，高度为20mm。

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