摘要
在钻井过程中出现的大裂缝或小型溶洞漏失，这些恶性漏失采用堵漏材料难以见效，利用可控式堵漏工具进行封堵是一种行之有效的堵漏手段。针对这类恶性漏失，我们设计了一种可以容易操控并能够准确将拦截袋和不同类型堵漏材料送到钻孔内漏失位置的堵漏工具。该工具能有效避免堵漏材料被水稀释或者被水流冲走，在漏失位置能形成有效封堵，从而实现对大裂缝的堵漏。
井漏是钻井过程中困扰世界的技术性难题，由于钻井井漏带来的危害很大，可能造成埋钻、井塌等问题，甚至成为报废
根据袋式堵漏工艺，在我所王国君研制的袋式堵漏工具以及范钢等人研制的拦截式堵漏工具的基础上，为进一步提高堵漏工具操控的精确度，精准将堵漏材料送达漏失地层，分别研制了Ø89、114、177.8 mm 3种规格可控式大裂缝堵漏工具。本文将对其中的Ø114 mm可控式大裂缝堵漏工具进行介绍。
可控式拦截堵漏工具由控制装置、拦截袋组件、堵漏材料储存装置等3部分构成；其中控制装置包括进口单向阀、储料管、转换接头、出口单向阀，储料管为中空的圆柱形管体，转换接头内部设置中空的通道，进口单向阀的进口端与钻杆连接，储料管的两端分别与进口单向阀的出口端及转换接头螺纹连接，转换接头另一端与出口单向阀的进口端螺纹连接；拦截袋组件，其组成是：与出口单向阀的出口端外表面螺纹连接的单向阀接头，单向阀接头内腔从上到下分别与中心管接头、拦截袋接头上部螺纹连接，中心管接头内腔与中心管螺纹连接，拦截袋接头下部设有拦截袋连接件，外套拦截袋，中心管的中下部置于拦截袋内，单向阀接头外表面与外管螺纹连接，外管底部的垂向位置低于中心管底部的垂向位置，外管下部设置有堵头连接件并连接堵头。见
图1 Ø114 mm可控式大裂缝堵漏工具结构示意
1-单向阀接头；2-单向阀阀芯；3-堵漏工具接头；4-堵漏工具接头2；5-中心管；6-中心管接头；7-口袋接头；8-水泥外管接头；9-水泥浆外管；10-堵漏工具外管；11-外管接头；12-中心管；13-堵漏袋；14-堵头接头；15-尼龙堵头
单向阀阀组1和单向阀组2，中心管5和拦截袋13用于存储堵漏材料。单向阀组用来隔绝外界水或者积液。当工具投送到孔内后，由于单向阀的作用，泥浆泵可以憋压。当压力到达一定数值后第一级单向阀打开，存储在套管仓中的材料在压力的作用下打开第二级单向阀，堵漏材料进入拦截袋当中，由于压力作用，尾部尼龙塞脱落，堵漏袋也完成脱落，堵漏袋在漏失层位卡塞堆叠，对漏失形成封堵。当地面操作人员观察到压力下降后表示投送已经完成，从而直观可靠，重复性好。根据现场需要，可以进行多个回次的操作，直到完成堵漏为止。该工具具备3个特点：
（1）堵漏材料在地面完成灌注后被封隔在工具内，避免被稀释或冲走。
（2）可以通过压力表数值变化进行直观观察和判定，实现精准操控。
（3）该可控式堵漏工具不仅能针对水泥浆液进行投送，还能实现其他类堵漏材料投送，包括膨胀性、长纤维和大颗粒等，提升大裂缝和小型溶洞堵漏成功率，有利于解决恶性漏失造成钻井施工中人力、财力、时间的消耗。
单向阀中弹簧是关键零部件，为适应不同井深压力不同，需要根据需要选用不同线径的弹簧。详细计算和选型如下，圆柱螺旋压缩弹簧计算公式：
| （1） |
| （2） |
| （3） |
| （4） |
式中：——弹簧变形，mm；——弹簧负荷，N；——有效圈数；——中心直径，mm；——剪切弹性模量，MPa；——线径，mm；——弹簧材料扭应力，MPa；——曲线校正因素；——弹簧系数，N/mm。
根据圆柱螺旋压缩弹簧计算公式，计算出Ø114 mm可控拦截堵漏工具在不同井深下弹簧参数优选见
（1）根据现场收集到资料和实际情况，合理选择制作堵漏袋；堵漏袋的材质厚度在0.5~2 mm，具有较好的透水性、抗撕裂强度、柔韧性。材质可以选择尼龙布、聚丙烯、细帆布等。大小依据需要堵漏的裂缝或者溶洞大小而确定。一般长度3~7 m，直径0.4~1.5 m，两端要缩小0.3 m，使其两头小，中间大。
（2）合理选择堵漏材料，根据裂缝或溶洞大小确定所需浆液数量，制备好待用。
（3）检查堵漏工具各个零部件，确保工具完好。完成堵漏袋安装，分级完成堵漏材料灌注。
（4）接头刷上丝扣油，与钻具或者钻杆相连。
（5）将工具下到漏失层位，向上提升1 m。
（6）打开泥浆泵，密切观察压力变化，观察到压力到最高值后压力下降瞬间即表示已经完成堵漏袋投送，立即关泵提钻。
（7）候凝，根据实际情况确认完成堵漏或者进行数个堵漏回次操作。
在实际使用过程中对堵漏工艺制作了工艺流程图，见
图2 堵漏工艺流程
四川省宜宾市筠连县地震台需要进行监测仪器安装，委托四川地勘局202地质队在其院内施工1口地震观测钻孔ZK1-1孔，见
图3 地震台钻孔
该孔钻进过程中，在孔深75.74~76.64 m段掉钻0.9 m，且没有取到岩心，见
图4 掉钻处岩心
筠连县地震台监测钻孔在钻进过程中出现溶洞性漏失。在漏失地层处实施了2次拦截式堵漏工具堵漏作业，如图
图5 堵漏工具与钻杆相连后准备下井
图6 泥浆泵压力到最大值
图7 泥浆泵压力下降
图8 提钻后情况
图9 堵漏后钻取的水泥塞
（1）可控式大裂缝堵漏工具机构可靠，能有效将堵漏袋送入孔中，完成袋式堵漏工艺设想动作。
（2）可控式大裂缝堵漏工具实现堵漏材料地面灌注，通过上下单向阀和尾部尼龙堵头组合实现了堵漏材料处于密闭空间，能够保证与外部积液或者积水进行隔绝，避免堵漏材料被稀释、堵漏材料用量大和堵漏效果差等情况发生。
（3）通过计算合理选择弹簧参数，实现了与泥浆泵压力数值相对应变化，实际使用中泵压力表显示的压力与计算结果相符。操作人员观察泥浆泵压力变化情况，实现精准投送，从而对漏失地层进行有效封堵，实现了精确操控，并可以适应不同井的需求。
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