趙 巖，仲玉芳

(河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，河北邢臺(tái)054001)

地?zé)嶙鳛橐环N清潔能源，已成為醫(yī)療保健、旅游、休閑娛樂(lè)及溫泉種植養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要載體，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分巨大的拉動(dòng)作用。貴州省雷山縣某公司特委托我隊(duì)實(shí)施地?zé)峥碧骄氖┕と蝿?wù)。通過(guò)該井基本查明勘查區(qū)熱儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)及地質(zhì)特征，評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源求取相關(guān)參數(shù)。

1 地層特點(diǎn)與鉆井難點(diǎn)

1．1 地層特點(diǎn)

區(qū)內(nèi)熱礦水的形成條件受區(qū)域構(gòu)造的控制，主要受控于北東向多期復(fù)活斷裂(西江正斷層帶)，西江正斷層是勘查區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w的導(dǎo)熱、導(dǎo)水通道。如圖1所示，該斷層走向北東，傾向北西，傾角45°～75°。地層斷距一般在2000 m，最大者可達(dá)5000 m。斷層北西盤(pán)以硅化、小撓曲、羽毛狀裂隙等為特征;南東盤(pán)以千枚化、劈理發(fā)育和具拖拉褶曲為特征。斷層兩盤(pán)角礫巖、破碎帶極為發(fā)育;區(qū)域上沿?cái)嗔褞仙l(fā)育。該斷層形成于雪峰期，加里東期有劇烈活動(dòng)，喜馬拉雅期也有活動(dòng)，系多次活動(dòng)斷層。該斷裂受晚近期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，具有差異性，繼承性，斷距、斷裂深大的特點(diǎn)為區(qū)域溝通深部上地幔熱源，地下水向下深部滲流提供了良好通道。

1．2 地層特點(diǎn)及井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)地質(zhì)剖面圖(見(jiàn)圖1)結(jié)合該區(qū)物探報(bào)告，

該井地質(zhì)特點(diǎn)及井身結(jié)構(gòu)如表1所示。

圖1 貴州省雷山縣丹江鎮(zhèn)陶?qǐng)虻責(zé)崴Y源勘查地質(zhì)剖面圖

1．3 鉆井難點(diǎn)及對(duì)策

由于該區(qū)域以西江斷裂(F1)為區(qū)內(nèi)主干構(gòu)造，力學(xué)性質(zhì)上具扭壓性特征，傾角高陡，地面實(shí)測(cè)傾角較大，一般在45°～70°。在傾斜的層狀地層中鉆進(jìn)時(shí)，地層傾角越大，成層性越強(qiáng)。鉆頭在破碎呈傾斜的層狀巖石時(shí)，由于兩側(cè)破碎的不均衡產(chǎn)生的增斜力，迫使鉆頭改變方向，造成孔斜。本孔采用滿(mǎn)眼鉆具的防斜。保證下部鉆鋌有盡可能大的剛度，穩(wěn)定器與井眼之間的間隙盡可能小。滿(mǎn)眼鉆具能承受較大鉆壓，因而能獲得較高的機(jī)械鉆速。

表1 地層特點(diǎn)及井身結(jié)構(gòu)

開(kāi)孔使用纖維素(CMC)控制濾失量，并提高鉆井液粘度，達(dá)到凈化孔底懸浮鉆屑的能力。CMC抗溫120℃，抗溫性較差，隨孔深的增加而加速老化，影響本孔安全鉆進(jìn)。本孔中后期施工使用抗溫性能較優(yōu)的“大鉀”(KPAM)，抗溫可達(dá)160℃，作包被劑;銨鹽(NH4HPAN)抗溫可達(dá)150℃，調(diào)整濾失量，來(lái)滿(mǎn)足本孔深井段的施工。

本井施工裸眼井段較長(zhǎng)，鉆孔較深，起下鉆摩阻大。二開(kāi)后增添使用改性瀝青粉(KAHM)，堵塞和覆蓋微裂縫，形成較堅(jiān)韌的泥皮，改善孔壁穩(wěn)定性;還可起到潤(rùn)滑鉆具降低摩阻的作用。

二開(kāi)后鉆具分階段使用防磨膠套，減輕鉆具對(duì)表層套管的“鞭擊和研磨”作用。避免鉆柱與套管長(zhǎng)期磨損而破裂。

2 鉆井設(shè)備及參數(shù)優(yōu)配

2．1 鉆井設(shè)備

主要施工設(shè)備如表2所示。

表2 主要設(shè)備

2．2 鉆頭選型(見(jiàn)表3)

表3 鉆頭選型

2．3 參數(shù)優(yōu)配(見(jiàn)表4)

表4 參數(shù)優(yōu)配

2．4 鉆具組合優(yōu)化依據(jù)

牙輪鉆頭適用性較強(qiáng)。其牙齒與井底的接觸面積小，比鉆壓高、工作扭矩小、工作刃總長(zhǎng)較大，因此牙輪鉆頭可適用于多種性質(zhì)的巖石。但我們地勘行業(yè)施工地?zé)峋畷r(shí)雖然也使用牙輪鉆頭，但使用效果較差。這與我們鉆具組合不合理有很大關(guān)系。使用的鉆鋌少，所給到鉆頭的壓力較小，鉆頭比鉆壓很小，達(dá)不到額定的比鉆壓值，降低了鉆頭進(jìn)尺能力。應(yīng)根據(jù)鉆頭及設(shè)定的最大鉆壓，得出鉆鋌的中和點(diǎn)距鉆頭的距離，結(jié)合設(shè)備的提升范圍，確定鉆鋌數(shù)量，達(dá)到合適的比鉆壓值，以提高牙輪鉆頭的使用效果。滿(mǎn)眼鉆進(jìn)才可以發(fā)揮效果，以快保滿(mǎn)，以滿(mǎn)保直。鉆進(jìn)中采用強(qiáng)化措施，不僅使鉆進(jìn)速度快，且井徑規(guī)則，才能打直井。

各次開(kāi)鉆，由設(shè)計(jì)牙輪鉆頭(3A)最大鉆壓計(jì)算鉆鋌長(zhǎng)度。

由零軸向應(yīng)力截面確定:

式中:LZ——零軸向應(yīng)力截面距鉆頭距離，m;PB——設(shè)計(jì)最大鉆壓，N;H——井深，m;AP——鉆桿橫截面面積，cm2;ρm——鉆井液密度，g/cm3;qc——單位長(zhǎng)度鉆鋌在空氣中的重力，N/m;AC——鉆鋌橫截面面積，cm2。

為防止送鉆不均，零軸向應(yīng)力截面落在鉆桿上，應(yīng)在計(jì)算的基礎(chǔ)上添加一個(gè)安全系數(shù)，取24 m，來(lái)確定鉆鋌的長(zhǎng)度。下同。

鉆鋌實(shí)際長(zhǎng)度112.8 m滿(mǎn)足要求。鉆具全重37.426 t(DC 28.171 t，懸重31.9 t)在設(shè)備提升(鉆柱質(zhì)量max=57 t)范圍之內(nèi)。

鉆鋌實(shí)際長(zhǎng)度169.2 m滿(mǎn)足要求。鉆具全重52.556 t(DC 24.243 t，懸重44.47 t)在設(shè)備提升(鉆柱質(zhì)量max=57 t)范圍之內(nèi)。

鉆鋌實(shí)際長(zhǎng)度206.8 m滿(mǎn)足要求。鉆具全重53.442 t(DC 15.3 t，懸重44.86 t)在設(shè)備提升(鉆柱質(zhì)量max=57 t)范圍之內(nèi)。

2．5 鉆具組合

2．5．1 一開(kāi)

(注:3A——牙輪鉆頭，STB——穩(wěn)定器，DC——鉆鋌，DP——鉆桿，下同)

2．5．2 二開(kāi)

2．5．3 三開(kāi)

3 鉆井工藝

3．1 一開(kāi)(0～600 m)

一開(kāi)井段易井斜，鉆具組合(1)按設(shè)計(jì)“吊打”鉆進(jìn)。在破碎帶、軟硬互層交界面，取鉆壓與轉(zhuǎn)速上限，待鉆至一定深度后恢復(fù)正常參數(shù)，防止因在地層交界變化，由鉆進(jìn)參數(shù)不當(dāng)造成的孔斜。維持鉆井液中高粘度，確保懸砂攜屑、勤劃眼修復(fù)井壁，保證井眼暢通。不在易塌層段定點(diǎn)循環(huán)。一旦發(fā)生井塌，劃眼時(shí)，選用小排量開(kāi)泵，逐漸增大泵量，并提高泥漿粘度(粘度提高10～15 s)避免憋漏地層引起更嚴(yán)重的坍塌，下套管前，起鉆掛卡超過(guò)50 kN，須用鉆具組合(2)進(jìn)行通井，然后用20 m套管柱進(jìn)行通井。

鉆井液維護(hù)處理:一次性配置膨潤(rùn)土漿80 m3(水+0.4%Na2CO3+10%鈉膨潤(rùn)土)、密度1.08～1.10 g/cm3的膨潤(rùn)土漿開(kāi)鉆。鉆進(jìn)過(guò)程中逐步補(bǔ)充預(yù)水化膨潤(rùn)土漿和0.3%CMC膠液(CMC膠液應(yīng)置于不同容器中分別調(diào)制)，保證鉆井液具有較強(qiáng)的攜砂能力。一開(kāi)井徑較大，鉆井液環(huán)空返速0.29 m/s，較低，不利于環(huán)空巖屑凈化。增加循環(huán)時(shí)間，每次加鉆具依然受阻，不能到底，采取劃眼的同時(shí)配置5～10 m3鉆井液(水 +15% ～25%土 +1%Na2CO3+0.75%CMC;馬氏漏斗粘度計(jì)無(wú)法測(cè)量粘度)打入孔內(nèi)循環(huán)16.1 min后，至添加鉆具順利到底。發(fā)生同類(lèi)問(wèn)題均重復(fù)一次上述方法。一開(kāi)鉆完后充分洗井，調(diào)整好鉆井液性能，確保下表層套管、固井施工順利。

3．2 二開(kāi)(600～1700 m)

二開(kāi)鉆進(jìn)使用鉆具組合(2)。鉆水泥塞時(shí)將污染嚴(yán)重的鉆井液放掉，其余鉆井液加入濃度0.3%～0.5%小蘇打膠液清除鈣離子。鉆水泥塞和159 mm鉆鋌出套管鞋前，鉆壓要求控制在10～30 kN。二開(kāi)開(kāi)始采用15～17 L/s鉆進(jìn)140～200 m，后改用鉆具組合(1)，使用設(shè)計(jì)泵量鉆進(jìn)。滿(mǎn)眼鉆具鉆進(jìn)期間每鉆一單根，快速劃眼一次，并適當(dāng)循環(huán)，保證井眼清潔，避免沉砂卡鉆。下鉆平穩(wěn)操作，漏失井段鉆具下行速度≯20 m/min;下鉆到底提前一個(gè)單根開(kāi)泵循環(huán);控制起下鉆速度，遇有掛卡，不得高于當(dāng)時(shí)懸重的30 kN，否則開(kāi)泵倒劃眼或下放暢通井段調(diào)整鉆井液性能后再試起鉆;每起3柱鉆具向井內(nèi)灌滿(mǎn)鉆井液一次。加長(zhǎng)防磨套使用，使表層套管井段每5根鉆具不低于1個(gè)，并且每起趟鉆檢查一次，及時(shí)更換、調(diào)整。

鉆井液維護(hù)處理:將一開(kāi)鉆井液凈化后用于二開(kāi)鉆進(jìn)，鉆井液補(bǔ)充配方(水+8%鈉膨潤(rùn)土+0.1%NaOH+0.2%～0.4%KPAM+0.2%CMC+0.5%～0.6%NH4HPAN+1% ～2%KAHM)隨井深的延伸逐步減少 CMC用量，使用抗溫性能較優(yōu)的包被劑KPAM，配制成膠液補(bǔ)充;NH4HPAN調(diào)整濾失量，輔以KAHM封堵破碎帶層理微裂縫，避免泥漿濾液侵入地層，起到降低泥餅?zāi)ψ琛?/p>

3．3 三開(kāi)(1700～2300 m)

三開(kāi)裸眼井段較長(zhǎng)，鉆井液排量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，提高攜巖能力。泵壓下降，即停鉆檢查，地面未查出原因，應(yīng)起鉆檢查鉆具。避免鉆井液“短路”引起沉砂卡鉆及鉆具失效。

鉆井液補(bǔ)充配方:水+6%鈉膨潤(rùn)土 +0.1%NaOH+0.3%KPAM+0.2%PAC+0.6%～0.9%NH4HPAN+2%KAHM。F1斷層與F3斷層之間的影響帶，可能破碎，需高分子泥漿護(hù)壁。增加KPAM與KAHM的使用量，不定期加入PAC膠液，保持鉆井液對(duì)Ca2+的抑制性。

4 止水固井

4．1 第一次固井(為表層套管下入后的固井)

將表層套管連接浮鞋下入距離井底3 m處，灌滿(mǎn)排空，連接水泥頭及固井管線，低泵沖打通，分階段提高泵速，循環(huán)量不少于2個(gè)循環(huán)，要求振動(dòng)篩干凈，井眼內(nèi)無(wú)沉砂。后泵入5 m3前置液(清水)，注水泥漿19.21 m3(水灰比0.5，密度為1.85 g/cm3)，投頂膠塞，高泵速替泥漿28.31 m3，至尾漿出鞋到內(nèi)外平衡前，然后緩慢替漿到碰壓。停止頂替，憋壓2 h。泵壓未降，證明孔內(nèi)不漏水，固井成功。

4．2 第二次固井(為技術(shù)套管下入后的固井)

技術(shù)套管套管柱采用傳統(tǒng)的逆止閥泵入壓漿法固井，用42.5R優(yōu)質(zhì)水泥漿10.13 m3。89 mm DP連接套管頭將技術(shù)套管下到指定深度，倒開(kāi)套管頭起出套管頭。下89 mm DP連接逆止閥絲扣，泥漿泵通過(guò)鉆桿將前置液(清水)和水泥漿從旋流短節(jié)(盂式止水器上第一根管底部加焊鋼板封閉，在管體上沿螺旋線割20個(gè)89 mm的圓形返漿孔，使旋流上返，利于替泥漿，提高注水泥質(zhì)量;旋流短節(jié)上端焊接逆止閥)壓入環(huán)空，換用適量清水清洗鉆桿內(nèi)殘留水泥漿。用水泥封閉兩級(jí)套管重疊部分的管間環(huán)狀間隙，保證了地?zé)峋姆忾]質(zhì)量。

5 洗井

下江群烏葉組(Ptbnbw)與西江斷裂段熱儲(chǔ)層(1386～2300 m)為本井的主要取水段。洗井時(shí)，先下鉆頭掃通逆止閥與下部盲板，下鉆至含水層底部清水沖掃鉆孔，目的是用清水把井內(nèi)泥漿替換出來(lái)，用毛刷刷洗井壁充分暴露目的層裂隙，增大洗井化學(xué)液的接觸面積，為下一步化學(xué)洗井做準(zhǔn)備。

用焦磷酸鈉(濃度0.8% ～1.0%)分2次浸泡取水段(每次浸泡12 h)可使附在井壁上不易脫落的泥皮脫落，后用清水沖洗，直到水清砂凈。在孔口處封住環(huán)空采用鹽酸(濃度10%)壓入洗井，注入鹽酸的量為整個(gè)取水地層井筒容積的量，在注入鹽酸后每間隔30 min注入一次清水(共注入3～5次)使鹽酸充分反應(yīng)，以達(dá)到避免堵塞裂隙通道增加裂隙的寬度及出水量的目的。將酸液注入含水層孔隙內(nèi)，待洗井液全部灌完后，用清水將鉆桿柱內(nèi)的酸液頂出，即可停泵，保持灌酸壓力至反應(yīng)時(shí)間結(jié)束。

再次用清水沖洗，至水清砂凈后下入80 m3/600 m熱水潛水泵進(jìn)行試水工作。

6 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)優(yōu)選鉆頭、合理選擇鉆具組合、優(yōu)化鉆井參數(shù)是提高速度的必備條件。斷裂帶采用滿(mǎn)眼鉆進(jìn)可有效防斜。

(2)優(yōu)選鉆井液體系，優(yōu)化鉆井液性能，有利于深孔攜屑、井壁穩(wěn)定，為提高機(jī)械鉆速提供良好的井眼條件。

(3)固井止水質(zhì)量較好。從管串開(kāi)始做好每一項(xiàng)工作按照程序?qū)嵤?，保證了固井質(zhì)量。

(4)洗井效果較好。雖然達(dá)到合同要求，若洗井時(shí)輔以空壓機(jī)振蕩洗井，使管內(nèi)、外的水柱產(chǎn)生壓差，水在涌入過(guò)程將井壁的泥皮沖毀，會(huì)加快洗井進(jìn)程，縮短交井時(shí)間。

［1］ 譚松成，段隆臣，葉雪峰，等．硬巖鉆進(jìn)用石油鉆頭研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］．地質(zhì)與勘探，2013，49(2):373 －378．

［2］ 劉同富，裴建忠，王安泰．勝利油田中深井優(yōu)快鉆井技術(shù)［J］．石油鉆探技術(shù)，2003，31(4):7 －8．

［3］ 盧予北．地?zé)峋Ｒ?jiàn)主要問(wèn)題分析與研究［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(2):43 －47．

［4］ 李明，林文彬．水井洗井技術(shù)的探討［J］．西部探礦工程，2008，(8):77．

［5］ 穆劍，等．鉆井液及處理劑評(píng)價(jià)手冊(cè)［M］．北京:石油工業(yè)出版社，2007．11．

［6］ 劉希圣．鉆井工藝原理［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1988．9．

［7］ 塔里木石油勘探開(kāi)發(fā)指揮部鉆井監(jiān)督辦公室．鉆井監(jiān)督指南［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1999．7．

［8］ 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局．水文地質(zhì)手冊(cè)［M］．北京:地質(zhì)出版社，2012．