邢向渠，孟 江，趙普輝，岳松江，王艷霞

（1．河南省地質礦產勘查開發(fā)局第二水文地質工程地質隊，河南 鄭州450053；2．新疆第一水文工程地質大隊，新疆 烏魯木齊市830091）

1 前言

某地熱探采結合井是工作區(qū)地熱勘查的首眼鉆探孔，之前該區(qū)域仍屬于地熱開發(fā)空白區(qū)，沒有可供參考的地質資料作為地質依據。施工之前僅做了物探、地震測量，根據物探、地震方法取得的資料初步制定了該地熱探采結合孔的設計深度為1500m。適逢梅雨季節(jié)，經過近7個月的施工，鉆進到了預定深度，然后即進行洗井、抽水試驗。抽水結果表明1500m以內的熱儲不大理想，未達到設計目的。之后業(yè)主組織有關業(yè)內專家商定對該鉆孔進行加深，以探明勘查區(qū)的地熱地質特點及熱儲情況，并做抽水試驗以取得相應的水文、地熱地質參數。如果水量、水溫達到預定要求，可作為開采孔正常使用；如達不到預期要求，可作為該區(qū)一個重要的水文觀測孔，以觀測該區(qū)水文地質特征。

2 工程概況

2．1 上部孔段情況

2．1．1 鉆孔設計

為了探明工作區(qū)深部地熱的分布、埋藏情況，為該區(qū)的深部地熱資源開發(fā)奠定基礎。以此為目的進行了地熱探采結合孔的設計。

鉆孔結構：0～穩(wěn)定基巖，Ф444．5mm；穩(wěn)定基巖～300m，Ф311．1mm，300～800m，Ф245mm，800～1500m，Ф215．9mm。

井管結構為：0～穩(wěn)定基巖，Ф377mm（鋼級H40）；0～300m，Ф244．5mm（鋼級 J55）；300～1500m，Ф177．8mm（鋼級J55），其中0～300m段下入套管后采用水泥固井，下部孔段下入套管后，Ф244．5mm與Ф177．8mm重合部分采用水泥封閉環(huán)隙或用皮兜、膨脹橡膠聯合止水。

2．1．2 采用的施工機械及配套設備

該地熱探采結合孔使用張家口探礦機械廠生產的 SPS－2000 型 水 源 鉆 機 配 備 BW1200／7、蘭 石3NB－800型泥漿泵及配套設備施工。當鉆進到450m時，為加快施工進度，我們引進孔底動力鉆具5LZ172直螺桿加接三牙輪鉆頭進行復合鉆進，平均鉆速為1．3～1．6m／h，大大提高了鉆進效率，為順利完成鉆探任務創(chuàng)造了條件。

2．1．3 實際孔身結構

終 孔 結 構：0～30．4m，Ф444．5mm；30．4～580．0m，Ф245mm；580～1510m，Ф215．9 mm。

井管結構為：0～30．4m，Ф377mm（鋼級 H40），下入套管后采用水泥固井；下部孔段為裸眼。

之后置換鉆孔內的泥漿、進行抽水試驗，經過半個月的間斷性抽水發(fā)現出水量和出口水溫均未達到當初設計要求，經過業(yè)主會同有關專家協商，要求加深孔深，以期取得較為理想的效果。

經過試抽、抽水試驗，初步得出出水量為2．8t／h，動水位在117m，出口水溫37℃，水量偏小，且水溫與鉆孔深度不相匹配，出水部位多數應為上部層段，800m以下水量極為有限。

2．2 加深前項目進展情況

2．2．1 加深設計

由前段時間的施工作業(yè)，初步確定了該區(qū)上部（1500m）以內的地層富水情況。經過項目專家組的商議，決定對該地熱勘查孔加深，以獲得該區(qū)詳實的區(qū)域地質資料、并揭穿有關取水目的層，再行終孔，洗井抽水、抽水試驗，以便獲得理想的效果。在此基礎上，專家組決定：以該孔現有條件為基礎進行加深，加深最大深度為2500m，鉆進到純花崗巖地層（下古生界）50m為終孔原則，鉆孔直徑為Ф152mm，適當加密取心次數，每60m取心一次；每0．5m記錄一個鉆時；每兩米撈取巖樣一個。

2．2．2 施工機械與配套設施

根據加深孔施工要求，深度設計為2500m，原來投入的鉆探設備已經滿足不了施工需要，為順利完成該項勘探任務，我們對原來的設備進行了更換：采用GZ－3000型鉆機配備Q3NB－500型泥漿泵及配套設施進行施工。

2．2．3 加深項目埋鉆前進展情況

第二套設備進入現場后加深之前，為增大抽水時出水量，先采用5%濃度的焦磷酸鈉對主要含水層進行浸泡，然后采用自制的活塞進行活塞洗井，之后再下入揚程250m，出水量為20t／h的深井潛水泵洗井、試抽、抽水試驗，因出水量有限，后來換用10t／h，揚程220m的不銹鋼深井泵進行抽水。為確保抽水試驗能夠順利持續(xù)進行，在出水口段水表的近水端加工了一個“三通”，將一定量的水回流入孔，以期取得相應的水文地質參數。

但在用活塞洗井時，因活塞是采用中間夾帆布的1cm厚橡膠墊加工而成，在刷孔、洗井時有許多橡膠墊從活塞上脫落掉入孔內；在抽水時為準確測量水位，在下泵時隨泵管下入一根1英寸粗的PVC管，以便從管內下入測繩，起泵時因不注意有一段PVC管掉進鉆孔內。以上兩孔底滯留物在重新開鉆前必須清除干凈，然后才能正常鉆進。否則會增加施工中的難度，使鉆孔內的不穩(wěn)定因素無法排除。

3 鉆遇地質概況

根據所鉆地層所取的巖心、巖屑，結合該區(qū)區(qū)域地質特征，并征詢有關專家關于地層劃分的意見，將該探采結合井鉆穿地層分為：第四系、下第三系始新統(tǒng)布心組、古新統(tǒng)莘莊組、上白堊統(tǒng)大塱山組。揭露的地層及水文地質情況簡述如下：

（1）第四系第一階地沉積以沖積為主的海陸混合沉積（Qalm4）

埋深0～25．00m，巖性為淤泥、砂層、粘性土等。

（2）下第三系始新統(tǒng)布心組（Eb）

埋深25．00～780m，巖性為粉砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖等互層，以粉砂質泥巖為主，底部見細礫巖。其中泥巖由淺至深以深灰色、深灰夾暗紅、暗紅為主。鉆進的局部孔段巖石裂隙稍發(fā)育。

（3）下第三系古新統(tǒng)莘莊組（E x）

埋深780～950m，巖性為粉砂質泥巖、粉砂巖，以暗紅色粉砂質泥巖為主，主要為泥質、鈣質、鐵質膠結，粉細粒結構，薄層狀構造，層理發(fā)育。

埋深950～1080m，巖性為粉砂巖、粉砂質泥巖，以粉砂巖為主，底部見砂礫巖。暗紅色為主，990m以下夾少量灰白色、深灰色，粉砂巖以泥質、鈣質、鐵質膠結為主，粉粒結構為主，中厚層狀構造，裂隙一般不發(fā)育，該層逐漸見含礫，礫徑一般較小，為0．2～1．0cm不等，底部砂礫巖礫徑一般1～3cm不等，礫成分以硅質物、鈣質物為主，局部為花崗巖。

（4）上白堊統(tǒng)大塱山組（Kdl）

埋深1080～1245．00m，巖性為粉砂巖、中砂巖、砂礫巖，以粉砂巖為主。

埋深1245～1510m，巖性為砂礫巖、中砂巖，以棕紅色砂礫巖為主，夾灰白色、深灰色。以鈣質、鐵質膠結為主，砂礫質結構，中厚層狀構造，含礫徑一般0．1～0．6cm不等，礫呈次圓狀為主，礫成分主要為鈣質物，底部為花崗巖。

4 埋鉆事故的發(fā)生及處理

4．1 首次埋鉆事故的發(fā)生與處理

4．1．1 調整泥漿性能

抽水試驗之后的孔內只有清水或類似清水液體，而孔底滯留物還需順利清除，為確保安全將滯留物清除干凈，必須重新調制、調整泥漿性能。在調制泥漿時按順序加入純堿、火堿、鵬潤粘土、CMC等處理劑，調成的泥漿性能如下：粘度29s，比重1．05g／cm3，含砂量0．5%。

4．1．2 下鉆掃孔發(fā)生埋鉆事故

因孔底殘留物的存在，要正常鉆進，必須對鉆孔進行徹底清掃。在調整好泥漿性能后，下Ф216mm三牙輪鉆頭＋Ф121mm螺旋鉆鋌＋Ф89mm鉆桿的鉆具以掃孔，當掃到1440m在停泵后加鉆桿前探測孔底時發(fā)現有3m的沉淀，只能重新對立軸再掃孔，孔底多次研磨充分沖孔后再加鉆桿，這次鉆桿加上了。但是，在加完鉆桿繼續(xù)掃孔，掃完孔停泵后起立軸時鉆具拉起1m遇阻，下落鉆具也下不去，重新開泵時泵壓達到最大－15MPa，用泵頂的同時上下活動鉆具，仍然沒有將阻塞物頂開，發(fā)生了第一次埋鉆事故。

4．1．3 首次埋鉆事故的處理

在發(fā)生第一次埋鉆事故后，項目經理、機長、地質工程師及機臺班長等組織起來開了一次碰頭會，商議這次埋鉆事故的處理辦法。經過初步商議，認為按照下述辦法進行：①以泥漿泵頂和活動鉆具兩者結合的辦法嘗試，但是鉆具最大拉力不能超過80t（鉆具自由懸重為36t）；②如果不行，可適當增大鉆具拉力到95t后快速釋放，強力活動鉆具，泥漿泵開泵頂鉆具只是輔助配合；③不開動泥漿泵，活動鉆具一段時間后，將鉆具拉力繼續(xù)加大到105t，剎車以維持拉力，做好鉆具位置標記，靜置1小時，仔細觀察拉力變化和標記是否移動，然后釋放拉力?；顒鱼@具，將拉力維持到105t，靜置1小時，繼續(xù)按上述方式觀察，看是否發(fā)生變化。如果沒有任何變化，只能考慮采用倒扣處理。

根據現場嘗試，前兩種辦法效果甚微，采取第三種辦法。持續(xù)提拉第一次后，發(fā)現鉆具標記位置有不到2cm的上升，說明有了效果，重復提拉，維持拉力在105t，持續(xù)1小時后發(fā)現這次原來標記位置在第一次上升基礎上又上了約3cm，繼續(xù)以上操作，在持續(xù)9小時后同樣的提拉，鉆具一共上升了0．65m。這時，班長開始頻繁活動鉆具，適當加長活動鉆具時間，之后將拉力維持在100t，每隔半個小時活動一次，在活動第三次時鉆具被拉出來，埋鉆事故解除。

4．1．4 事故小結

這次事故的提示是：①造成埋鉆事故的沉淀物是大顆粒物質，比如研磨成碎片的PVC碎塊、橡膠碎塊，中間填充有類似粉細砂、淤泥質細土，在大拉力長時間作用下，有一小部分粉細砂泥質物從碎屑中間逐漸脫離下沉到牙輪鉆頭之下，為解除埋鉆創(chuàng)造了條件；②處理方法合理；③鉆機上各班班長與項目組人員的密切配合。

4．2 第二次埋鉆事故的發(fā)生與處理

4．2．1 繼續(xù)掃除孔內碎屑

首次事故處理完后，大家經過分析，認為造成事故是因為孔底殘留物太大，主要是輕質PVC、橡膠類物質，顆粒較大，比重較泥漿重，采用現有鉆具無法對其進行徹底的粉碎，泥漿上返流速不可能太大，無法將其排出鉆孔。據此，只能依據現有條件調整泥漿性能，之后繼續(xù)掃孔。

4．2．2 第二次埋鉆事故的發(fā)生

與第一次埋鉆事故有些類似，在掃孔到1502m時，持續(xù)沖孔2個半小時，提起立軸，等卸開立軸，加完第二根鉆桿，提拉鉆具時發(fā)現阻力很大，為以防萬一，趕快卸開鉆桿重新換上立軸，開泵后泵壓又達到15MPa的最大泵壓，就連驅動泥漿泵的電機動力也顯得不足，照明燈一明一暗的。大家立即意識到又發(fā)生埋鉆了。

有了第一次埋鉆的處理經驗，大家很有信心再重復第一次的做法，應該會重新解卡的，但是又忽略了最為重要的一點，孔深1510m，而現在的位置是1502m，距孔底只有不到1根鉆桿的距離，處理起來與第一次相比，難度相當大。

4．2．3 第二次埋鉆事故的處理

項目組在深入細致的分析后認為，繼續(xù)嘗試第一次埋鉆時采用的處理方法，如果沒有成功，再考慮反鉆具，大家深知反鉆具所要耗費的時間、人力、財力相當巨大，都不想那樣做。

（1）在用泥漿泵高壓持續(xù)工作30分鐘未果后，先活動鉆具，之后提拉鉆具拉力到105t左右，在鉆具上做好相對位置標記，維持拉力1小時后觀察標記位置有無變化，經過一天一夜努力，發(fā)現鉆具紋絲未動。這種方法已經不起作用，只能另想辦法。

（2）第二天，業(yè)主來看工地進展情況，提出增大泵壓的解決辦法。如果用同一臺泵來提高泵壓只能采用去掉高壓閥的辦法，可以去掉兩個高壓閥只保留一個，這樣既可增大壓力又避免了泥漿泵電機動力不足的缺點。經過嘗試，泵壓最高只能達到20MPa，還是頂不開堵塞物，該措施失敗。

（3）后來項目組召開了一次會議，讓大家一起想辦法，如何進行下一步的處理。經過過程分析，發(fā)現埋鉆原因是大顆粒碎屑中間填充了粉細砂、泥質物質，與鉆具滯留孔底泥漿中的固相沉淀造成的埋鉆有本質區(qū)別。一致認為還是應該從如何增大泵壓作為突破口，經過調查，業(yè)主從事有注漿項目，就向業(yè)主借了一臺高壓注漿泵，其特點是泵壓高，但泵量小，而用壓力頂并不涉及泵量問題，所以項目組以最快的速度從業(yè)主一個工地借來了一臺高壓注漿泵。先后分析注漿泵與主泥漿循環(huán)管線的連接問題、管線的安全性問題、循環(huán)管線地表段的排氣問題，開動注漿泵后現場的安全問題，這些問題想周全后即進入實施。

埋鉆后第5天下午經過努力，所有問題都解決完，一切準備就緒，打開排氣孔，開動注漿泵，泥漿通過泥漿坑—注漿泵進水管—注漿泵—高壓出水管—泥漿循環(huán)管線—孔底。當泥漿從排氣孔排出時，停泵關閉排氣孔，然后開動注漿泵，逐漸加快泵的轉數，控制泵的最高壓力。該注漿泵的額定壓力是36MPa，大家商議后系統(tǒng)壓力不能超過28MPa，當注漿泵壓力表壓力顯示26MPa后，壓力一下子降低到5MPa，說明循環(huán)水路通了。10分鐘后有少量泥漿從出水口流出，循環(huán)一段時間后停泵。至此，鉆具臨時解卡。

機臺人員以最快的時間接通800型泥漿泵與循環(huán)管線，晚上7點開泵循環(huán)泥漿，起初仍是先采用單缸工作，泵壓達到15MPa壓力釋放，提拉鉆具很輕松就將鉆具拉起來了。循環(huán)10分鐘后停泵，加上另兩個高壓閥，開泵正常循環(huán)，然后起出立軸后停泵，孔內仍有5m的沉淀物。想辦法卸開立軸后起鉆，此次埋鉆事故處理結束。

5 事故總結

該項目比較獨特，它是兩臺鉆機前后進入施工場地，上一臺撤出、第二臺再進入現場的，兩臺鉆機操作人員沒有進行交流，第一臺鉆機施工期間出現的問題第二臺鉆機操作人員很少知道，存在著交接脫節(jié)的問題。另外，因為是探采結合井，業(yè)主一度要求采用清水鉆進，這種想法不合實際，用清水鉆進如此深的地熱勘查井實在是太難。本事故總結如下：

（1）從兩次埋鉆事故可以看出，項目在泥漿方面重視不夠，沒有達到清除孔底沉淀物要求的性能就倉促進行清孔底工作，考慮不周。

（2）事故處理要考慮后路，遵循由易到難的原則。先采用簡單的方法再采用復雜的方法，這樣可以最大程度的降低處理事故的風險。

（3）事故處理每進行一步都要確保不給后面處理留下隱患，留有余地。

（4）施工作業(yè)人員一定要聽從項目組的指揮，按照既定方案一步一步實施，不能憑個人經驗隨意而作。

（5）遇到事故不要驚慌，大家要齊心協力共同想辦法，凡事都會有一個比較好的處理辦法。