張英傳

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264004)

新疆昌吉廟煤1井鉆探施工技術(shù)

張英傳

(山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264004)

新疆昌吉市廟爾溝一帶煤層氣資源調(diào)查評價項(xiàng)目地質(zhì)調(diào)查井工程，設(shè)計(jì)井深2500 m，要求全井取心。存在地層取心困難、漏失、縮徑、冬季施工困難等問題。通過采取特種取心工具、加大鉆頭外徑加大環(huán)狀間隙、冬季施工使用油汀加熱等工藝技術(shù)措施以及針對性的施工組織管理措施，有效地解決了鉆井技術(shù)難題和后勤供應(yīng)問題。為該區(qū)域煤層氣資源調(diào)查評價提供了有力的實(shí)物資料。

煤層氣；深孔；鉆探；繩索取心鉆進(jìn)；低固相聚合物防塌鉆井液

1 概況

1.1 項(xiàng)目概況

新疆昌吉市廟爾溝一帶煤層氣資源調(diào)查評價項(xiàng)目地質(zhì)調(diào)查井(以下簡稱“廟煤1井”)工程，是新疆昌吉市、烏魯木齊市廟爾溝一帶煤層氣資源調(diào)查評價施工的第一口深井，位于昌吉市廟爾溝鄉(xiāng)，交通較為方便，該工程共設(shè)計(jì)鉆井1口，設(shè)計(jì)井深2500 m，要求全井取心。

1.2 地質(zhì)概況

勘查區(qū)內(nèi)出露地層主要是侏羅系各組，在礦區(qū)內(nèi)見有少量中泥盆統(tǒng)頭蘇泉組(D2t)分布并以斷層關(guān)系與中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)接觸。

區(qū)域構(gòu)造在《新疆大地構(gòu)造單元劃分圖》中位于天山興蒙造山系(Ⅰ)，準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊(Ⅰ-4)，依連哈比爾尕-博格達(dá)裂陷盆地(Ⅰ-4-2)。位于該盆地內(nèi)的次級單元：巴音溝晚古生帶裂陷槽(Ⅰ-4-21)的東段。褶皺構(gòu)造主要包括：諾爾加向斜、所落巴斯陶猶鼻狀構(gòu)造、東南溝向斜、阿蘇薩依小背斜、三根薩拉鼻狀構(gòu)造。

1.3 施工要求

(1)煤層、烴源巖層巖心的采取必須采用繩索取心技術(shù)進(jìn)行取心；巖心直徑>60 mm，終孔直徑必須滿足煤層氣、頁巖氣測井要求。

(2)巖心采取率要求：全井每層取心率≥80%，其他巖層取心率≥90%。

(3)煤心、烴源巖巖心保持結(jié)構(gòu)完整，不污染、不磨燒變質(zhì)，每層厚度符合要求。

(4)為避免鉆井液對煤心、烴源巖巖層的污染，鉆進(jìn)煤層、烴源巖巖層時應(yīng)采用清水或者低固相優(yōu)質(zhì)鉆井液，低泵量鉆進(jìn)。

(5)為保證煤層含氣量、頁巖氣含氣量測定數(shù)值的準(zhǔn)確性，煤心、烴源巖巖層鉆取提鉆應(yīng)盡量迅速，要求從開始提取巖心至巖心提至井口每100 m深度≯2 min。

(6)按鉆探規(guī)范進(jìn)行簡易水文觀測、井深測量校正和鉆井液性能測試工作。

(7)鉆井目的層為氣體礦層，須預(yù)防氣體自燃。要求井場區(qū)50 m范圍內(nèi)不得使用明火，照明須用防爆接線裝置。

(8)鉆機(jī)施工現(xiàn)場要用篷布或木板搭建，施工人員要全部住入寢車；施工現(xiàn)場和生活區(qū)布置合理，干凈整潔；如涉及冬季施工，須采用2t以上的鍋爐供暖。

2 鉆探施工工藝

2.1 井身結(jié)構(gòu)及套管程序

廟煤1井的井身結(jié)構(gòu)如圖1、表1。

圖1 廟煤1井井身結(jié)構(gòu)圖

開鉆順序鉆頭規(guī)格/mm實(shí)際井深/m套管規(guī)格/mm護(hù)井下深/m一開17515.6116815.61二開15070.7014670.70三開1221378.051141378.05四開952310.81

2.2 主要施工設(shè)備及管材

2.2.1 主要鉆探施工設(shè)備(見表2)

表2 主要鉆探施工設(shè)備配置

2.2.2 主要管材及鉆具(見表3)。

2.3 鉆探方法

2.3.1 埋設(shè)孔口管

開孔前埋設(shè)孔口導(dǎo)正管，導(dǎo)正管外徑219 mm,長度0.4～0.6 m，高出地面15～20 cm，采用水泥固結(jié)。

2.3.2 一開

采用硬質(zhì)合金提鉆取心鉆進(jìn)工藝，鉆孔直徑170 mm，套管直徑168 mm，孔段0～15.61 m。施工時間2014-07-14—2014-07-17，進(jìn)尺15.61 m,純鉆11.75 h，鉆速1.33 m/h。

表3 主要管材及鉆具配備

2.3.3 二開

采用金剛石提鉆取心鉆進(jìn)工藝，鉆孔直徑150 mm，套管直徑146 mm，孔段15.61～70.70 m。施工時間2014-07-18—2014-07-23，進(jìn)尺55.09 m,純鉆78.5 h，鉆速0.70 m/h。

2.3.4 三開

采用繩索取心鉆進(jìn)工藝，鉆孔直徑122 mm，套管直徑114 mm，孔段70.70～1378.05 m。施工時間2014-07-24—2015-04-23，進(jìn)尺1307.35 m,純鉆1091.3 h，鉆速1.20 m/h。受鉆桿自身材質(zhì)限制，鉆進(jìn)至1378.05 m后鉆桿自重過高，且孔內(nèi)情況復(fù)雜，發(fā)生了跑鉆、卡鉆事故。事故處理占據(jù)了大部分時間，事故處理結(jié)束后以?114 mm鉆桿作為套管下至孔底。

2.3.5 四開

本孔段采用S98繩索取心金剛石鉆進(jìn)，為了降低鉆孔地層縮徑的影響及考慮壓力平衡鉆進(jìn)，采用常規(guī)S96繩索取心鉆進(jìn)工藝，鉆頭外徑加大至98 mm。鉆孔直徑98 mm，孔段1378.05～2310.81 m。施工時間2015-04-24—2015-09-16，進(jìn)尺932.76 m，純鉆611.85 h，鉆速1.52 m/h。

2.4 各開次主要鉆具組合(見表4)

2.5 鉆進(jìn)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)總結(jié)(見表5)

2.6 鉆井液

2.6.1 一開—二開

針對一開、二開上部粘土地層的松散、縮徑、坍塌的情況，選用膨潤土鉆井液。

鉆井液配方：1 m3清水+60～100 kg鈉膨潤土+0.5～1.0 kg燒堿+0.5～1.0 kg純堿+5～10 kg抗鹽GTQ。

表4 QZ-14井各開次鉆具組合

表5 各開次鉆進(jìn)參數(shù)

2.6.2 三開—四開

針對三開、四開泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤層和灰?guī)r的地層特點(diǎn)及甲方對鉆井液的技術(shù)要求，采用低固相聚合物防塌鉆井液。在漏失地層根據(jù)情況加入防塌型隨鉆堵漏劑(GPC)進(jìn)行堵漏。

低固相聚合物防塌鉆井液配方：1 m3清水+20～50 kg鈉膨潤土+0.5～1.0 kg燒堿+1.0～2.0 kg純堿+5.0～10 kg抗鹽GTQ+10～15 kg降失水劑(GPNA)+5～10 kg接枝淀粉(GSTP)+2～3 kg包被劑(GBBJ)。

2.6.3 鉆井液的現(xiàn)場維護(hù)

(1)對試劑要進(jìn)行品種鑒定，在使用一些試劑要先配制“小樣”，使用現(xiàn)場泥漿測試儀(漏斗粘度計(jì)，比重秤，失水量儀)測試泥漿性能，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后方可使用。

(2)現(xiàn)場采用的粘土及處理劑均采用預(yù)制浸泡的方式，一是為了使粘土及處理劑充分溶解；二是可以根據(jù)處理劑溶液的濃度來調(diào)節(jié)處理劑的加量。

(3)嚴(yán)格控制鉆井液材料的添加順序，防止各材料之間由于添加順序不當(dāng)造成的絮凝現(xiàn)象。嚴(yán)格按照先添加無機(jī)處理劑后添加有機(jī)處理劑，先添加分子量小的處理劑再添加分子量相對大的處理劑的順序來添加。

(4)基漿及處理劑的攪拌都要充分?；鶟{及各處理劑在預(yù)制浸泡階段要充分的攪拌，保證充分溶解。每次添加處理劑后都要攪拌30 min以上，保證各處理劑之間的充分膠聯(lián)。

(5)每班測試2次泥漿密度、漏斗粘度，并做好記錄，泥漿性能達(dá)不到要求的要及時調(diào)整。

(6)勤撈取沉淀池中巖粉，盡可能避免巖粉參與泥漿循環(huán)。

(7)時刻觀察泥漿液面的變化，發(fā)現(xiàn)泥漿漏失或孔內(nèi)涌水，要及時治理。

3 施工過程遇到的主要問題及解決措施

3.1 采用三層管底噴鉆具應(yīng)對破碎嚴(yán)重地層取心難的問題

為了滿足地質(zhì)要求，保證巖心的采取率，在地層相對破碎嚴(yán)重井段采用了底噴鉆頭配合三合管取心鉆具的鉆進(jìn)工藝，同時卡簧換為爪簧，該工藝已能有效地降低鉆具對巖心造成的不必要磨損，同時能有效地保持巖心的原狀性，有效地保障了巖心的采取率(圖2～4為現(xiàn)場使用的三合管鉆具及配套鉆頭、卡簧及卡簧座)。

圖2 三層管鉆具取心

圖3 底噴金剛石鉆頭

圖4 爪簧與卡簧

3.2 復(fù)合式鉆桿結(jié)構(gòu)有效地解決了?122 mm繩索取心鉆桿施工極限問題

為了盡量完全穿過破碎、縮徑嚴(yán)重地層，我們盡可能的使用?122 mm繩索取心鉆進(jìn)工藝進(jìn)行施工，鉆進(jìn)至1282.15 m后，由于鉆桿自重超過鉆桿絲扣抗拉極限，提鉆過程發(fā)生鉆桿脫扣跑鉆事故，為了解決這一問題，現(xiàn)場采用復(fù)合式鉆桿方案即鉆桿柱上部采用200 m ?60 mm石油鉆桿，通過變絲接手下部連接?122 mm繩索取心鉆桿，這樣既能保證取心時間不會過長，同時能繼續(xù)采用?122 mm繩索取心鉆進(jìn)工藝?yán)^續(xù)鉆進(jìn)。繼續(xù)鉆進(jìn)至1378.05 m后，由于鉆孔縮徑發(fā)生卡鉆事故，為了孔內(nèi)安全，事故處理結(jié)束后，采用?114 mm鉆桿作為套管護(hù)壁，改換?98 mm繩索取心鉆進(jìn)工藝。

3.3 采用?114 mm鉆桿當(dāng)套管有效解決了套管下深不到位的問題

為了降低套管下深不到位的風(fēng)險，現(xiàn)場采用?114 mm鉆桿作為套管，同時在套管底部連接內(nèi)平的硬質(zhì)合金鉆頭，遇阻無法繼續(xù)下套管的情況下進(jìn)行掃孔。該方法保障了?114 mm套管順利地下到了孔底。為了防止套管反開，定期檢查，如果發(fā)現(xiàn)井口套管位置有上移現(xiàn)象，就接上機(jī)上鉆桿將其上緊。

3.4 采用油汀取暖器有效降低了冬季施工難度

工區(qū)屬溫帶大陸性氣候，四季干燥多大風(fēng)。冬季時間較長，多達(dá)半年。從9月底就進(jìn)入了冬季，夜間溫度最低-20 ℃，生產(chǎn)所用吸水管、泥漿泵等極易由于氣溫過低造成鉆井液循環(huán)過程上凍，進(jìn)而造成假循環(huán)而產(chǎn)生“燒鉆”事故，現(xiàn)場采用篷布封閉施工場地，為了安全考慮，現(xiàn)場禁止使用明火取暖，采用了油汀取暖器有效地解決了取暖問題(見圖5)。

圖5 現(xiàn)場采用的油汀取暖器

4 鉆孔質(zhì)量指標(biāo)

4.1 巖心采取率

廟煤1井完井孔深2310.81 m，累計(jì)采取巖心長度2271.00 m，全井巖心采取率為98.28%。在上部地層(0～70.70 m)取心十分不易，在施工中采取了多種保心措施，該孔段的平均巖心采取率為93.08%。完全滿足設(shè)計(jì)全井每層取心率≥80%，其他巖層取心率≥90%的要求。

4.2 簡易水文觀測

簡易水文觀測按照規(guī)程執(zhí)行，記錄于班報表中。

4.3 鉆孔彎曲與測量間距

嚴(yán)格按照規(guī)程要求，每隔100 m進(jìn)行了測斜，終孔頂角4.5°，滿足施工要求。

4.4 孔深誤差的測量及校正

丈量鉆具嚴(yán)格按照規(guī)程要求，每隔100 m進(jìn)行了孔深校正，最大誤差量0.1 m，滿足規(guī)程要求。

4.5 原始班報表

嚴(yán)格按照規(guī)程及甲方要求填寫，干凈整潔，內(nèi)容完整。

4.6 封孔

按照規(guī)程要求及甲方測井結(jié)果做封孔設(shè)計(jì)，然后采用425水泥全井封孔，最后做了井口指示標(biāo)記。

5 結(jié)語

廟煤1井是我院施工的第一口孔深超過2000 m的煤層氣資源調(diào)查井，通過該井的施工，總結(jié)出了一套適用于深孔煤層取心的鉆進(jìn)工藝，同時對于縮徑、破碎嚴(yán)重地層的護(hù)壁問題有了新的認(rèn)識，為今后該地區(qū)從事煤層氣深部鉆探施工提供了參考依據(jù)。

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DrillingConstructionTechnologyofWellMiaomei-1ofXinjiangChangji/

ZHANGYing-chuan

(The Third Geological Teem of Shandong Bureau of Geology and Mineral, Yantai Shandong 264004, China)

In geological survey well engineering for CBM resources investigation and evaluation project in Miaoergou area of Changji of Xinjiang, the designed well depth was 2500m, and full borehole coring was required. There are problems of difficult coring, leakage, hole shrinkage and winter construction. By adopting special coring tools, enlarging bit outer diameter and annular clearance, heating with oil heater and some effective measures, the difficulties in drilling technology and logistics supply are effectively solved to provide data for CBM resources investigation and evaluation in this area.

coal bed methane; deep hole; drilling; wire-line core drilling; low solid polymer anti-sloughing drilling fluid

P634

：B

：1672-7428(2017)08-0041-04

2017-04-08；

：2017-06-12

張英傳，男，漢族，1965年生，副院長，地質(zhì)工程專業(yè)，主要從事地質(zhì)巖心鉆探、水文水井鉆探技術(shù)研究和管理工作，山東省煙臺市芝罘區(qū)機(jī)場路271號，syzzyc@sohu.com。