楊振雷

(吉林省水文地質(zhì)調(diào)查所，長春 130103)

0 引言

本地?zé)峋挥诩质」鲙X市范家屯鎮(zhèn)東南，鉆井性質(zhì)為探采結(jié)合井，通過對(duì)該地?zé)峋@探的設(shè)備選型，人員及材料投入，進(jìn)度安排，技術(shù)措施及鉆井和成井工藝方法的論述，為今后在該區(qū)域內(nèi)開展地?zé)峋@探施工掌握一手資料。

1 勘查區(qū)地質(zhì)條件與成礦背景

1.1 地質(zhì)概況

根據(jù)勘查區(qū)已掌握的資料，地層主要為中生界碎屑巖和新生界玄武巖，松散堆積層。古生界志留系下統(tǒng)桃山組，主要巖性為片理化安山巖、片理化凝灰?guī)r、變質(zhì)砂巖構(gòu)成了本區(qū)基底。中生界白堊系下統(tǒng)泉頭組共劃分四段，巖性為泥巖、砂巖、砂礫巖，與下伏地層呈不整合接觸。中生界白堊系下統(tǒng)青山口組，主要以灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主。姚家組以暗紫色、棕紅色泥巖為主。第四系中更新統(tǒng)沖、洪積層，主要巖性黃土狀亞黏土所組成底部廣泛分布中粗砂。第四系全新統(tǒng)新凱河條帶狀河谷平原，上部為部分沖積亞砂土，下部為中粗砂、中部分布不連續(xù)的淤泥質(zhì)亞黏土層。從物探可控源大地電磁測深電阻率反演層面上看，總的構(gòu)造形態(tài)為東南高西北低的單斜構(gòu)造形態(tài)。斜坡內(nèi)局部斷層發(fā)育，其走向多為北西向。該地?zé)峋挥跀鄬涌刂频臄鄬?巖性圈閉內(nèi)。

1.2 地?zé)岢傻V背景

本區(qū)位于長白山隆起帶與松遼平原交匯帶上，這個(gè)地帶存在一條北東走向的松遼東緣斷裂帶，該斷裂帶形成于侏羅紀(jì)以前，深達(dá)上地幔中、新生代仍有強(qiáng)烈繼承性活動(dòng)，白堊系地層中見有褶皺及斷裂變動(dòng)，晚近期不斷有火山活動(dòng)，直至現(xiàn)代仍有較頻繁的地震活動(dòng)，該斷裂帶為巖石圈斷裂帶，斷裂切割深度大，斷裂溝通于上地幔，使地殼內(nèi)部的余熱沿?cái)嗔褞蛏蟼鲗?dǎo)，構(gòu)成了熱源通道。

2 設(shè)計(jì)方案、技術(shù)措施及施工工藝方法

2.1 施工人員組織、設(shè)備及主要材料投入

2.1.1 施工人員組織

根據(jù)我單位現(xiàn)有的地?zé)徙@井設(shè)備和以往的工作經(jīng)驗(yàn)，及所掌握的該地區(qū)的地層特點(diǎn)，為順利完成該項(xiàng)目的全部工作，我單位組織一個(gè)機(jī)臺(tái)，共投入人員31名。

2.1.2 施工設(shè)備

(1)鉆機(jī)采用張家口探礦機(jī)械總廠生產(chǎn)的RPS-3200型地?zé)徙@機(jī)一臺(tái)套。通過以往工作實(shí)踐證明，該鉆機(jī)功率大，兩臺(tái)動(dòng)力并車匹配合理、安全可靠；氣動(dòng)控制，操作靈活方便，自動(dòng)化程度高；卷揚(yáng)機(jī)采用氣胎離合器提升，雙抱閘剎車，加用水剎車后降低卷筒和剎帶的磨損。

(2)鉆塔采用張家口探礦機(jī)械總廠生產(chǎn)的AG31型A型鉆塔。該鉆塔為成熟產(chǎn)品，塔高31 m，移擺立根長度17.5 m，天車輪6個(gè)，天車承載能力1350 kN。

(3)泥漿泵采用山東青州石油機(jī)械廠生產(chǎn)的QZ3NB-1300型泥漿泵。該泵為臥式三缸單作用往復(fù)式活塞泵，具有結(jié)構(gòu)成熟、使用可靠、互換性好、易于維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

(4)鉆具配備φ127 mm鉆桿2000 m，φ203 mm鉆鋌40 m，φ178 mm鉆鋌60 m，φ159 mm鉆鋌80 m，與鉆頭構(gòu)成塔式鉆具組合。

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一開采用φ339.7 mm PDC金剛石鉆頭鉆至400 m，下φ273 mm×8.9 mm表層套管；二開采用φ244.5 mm PDC金剛石鉆頭鉆至1850 m左右終孔(基巖地層采用三牙輪球齒鉆頭鉆進(jìn))，下φ177.8 mm×8.9 mm技術(shù)套管及濾水管，井身結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 井身結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 成孔方案及工藝方法

2.3.1 工藝流程

開鉆前準(zhǔn)備→技術(shù)、安全交底→安全驗(yàn)收→一開鉆井→測井→下表層套管→一次固井→候凝→二開鉆井→測井→下二開技術(shù)套管及濾水管→二次分段固井→候凝→洗井→抽水試驗(yàn)→拆塔退場。

2.3.2 鉆井方法與鉆具組合

PDC金剛石鉆頭配合牙輪鉆頭正循環(huán)全面回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。一開鉆具組合：φ339.7 mm PDC鉆頭+φ203 mm鉆鋌2根+φ178 mm鉆鋌4根+φ159 mm鉆鋌4根+φ127 mm鉆桿+方鉆桿。二開鉆具組合：φ244.5 mm PDC鉆頭+φ203 mm鉆鋌4根+φ178 mm鉆鋌6根+φ159 mm鉆鋌8根+φ127 mm鉆桿+方鉆桿。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)1786 m以下為花崗巖，鉆進(jìn)時(shí)視地層實(shí)際情況花崗巖地層用牙輪球齒鉆頭。

2.3.3 鉆井參數(shù)

轉(zhuǎn)速40～80 r/min，鉆壓20～80 kN，泵量600～1200 L/min，泵壓3～10 MPa。

2.3.4 沖洗液

主要成份為鈉土粉+處理劑(堿、聚丙烯酰胺、防塌降漏失劑及水解聚丙烯腈銨鹽)，具體配方見表1。具體泥漿性能參數(shù)控制在以下范圍內(nèi)：黏度20～25 s ，密度1.05～1.10 g/cm3，固相含量小于4%，濾失量小于8 mL/30 min，pH7～9。同時(shí)控制沖洗液調(diào)配方法及維護(hù)措施，在第四系地層鉆進(jìn)使用低固相化學(xué)泥漿，需注意泥漿含砂量不宜過高?？刂颇酀{濾失量，增強(qiáng)其護(hù)壁性，防止黏附吸卡鉆具。二開按配方提示比例加入各種處理劑，保持低密度低固相，增強(qiáng)護(hù)壁性、防滲漏、防塌。嚴(yán)格控制固相含量，提高沖洗液的懸浮、攜帶巖屑能力，維護(hù)沖洗液性能在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，及時(shí)依據(jù)實(shí)鉆地層壓力調(diào)整鉆井液密度。

表1 沖洗液配方

2.3.5 簡易水文觀測及巖屑錄井

鉆進(jìn)過程中進(jìn)行簡易水文地質(zhì)觀測，主要有以下幾項(xiàng)：①測量鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)水位的變化。②測量鉆孔中沖洗液的消耗量。③進(jìn)行水文及其他相關(guān)觀測，本地?zé)峋畮r屑錄井自二開～800 m，每5 m取樣一次，800～1850 m，每2 m取樣一次，見熱儲(chǔ)顯示加密為1 m一次，巖屑樣品每包巖屑數(shù)量不少于500 g，供現(xiàn)場檢驗(yàn)及挑樣用。巖屑必須為自然風(fēng)干或低溫(小于80℃)烘干，保存樣用布袋或牛皮紙包裝?，F(xiàn)場及時(shí)定名和描述，并繪制錄井草圖，初步建立巖性剖面，并完成初步的地層對(duì)比工作。

2.4 成井方案及工藝方法

2.4.1 測井

一開、二開、完鉆固井后分別進(jìn)行綜合測井，同時(shí)測井深、井斜、含水層位置及水溫的變化情況，通過物探測井資料劃分地層巖性厚度和含水層情況以及固井是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.4.2 換漿及破壁

井孔完成后將鉆具下入孔底進(jìn)行換漿，視地層情況適時(shí)采取二開破壁。下井管前孔內(nèi)泥漿黏度不得大于20 s，密度不得大于1.10 g/cm3。

2.4.3 下技術(shù)套管及濾水管

0～400 m下φ273 mm×8.9 mm表層套管(材質(zhì)J55)，400～1850 m下φ177.8 mm×8.9 mm技術(shù)套管(材質(zhì)J55)與280 m濾水管φ177.8 mm×8.9 mm(材質(zhì)J55)。濾水管采用鋼級(jí)J55壁厚8.9 mm 鋼管打圓孔加工而成，孔徑16 mm，孔隙率8%～10%。一開、二開套管重疊50 m。一開采用孔口提吊下管法，二開采用鉆桿送入下管法。

一開采用水泥漿全井固井，二開視測井情況分段固井。固井使用高標(biāo)號(hào)固井水泥，水泥漿密度1.80～1.85 g/cm3，水灰比控制在0.5～0.6，并加入適當(dāng)?shù)乃嗵砑觿┮愿纳扑酀{性能。

固井前替漿，管口密封逆止，采用固井車固井，固井后要檢查固井質(zhì)量。完井后先下入φ89 mm鉆桿到孔底進(jìn)行大泵量清水沖孔，之后視地層情況適時(shí)采取加活塞的洗井方法，必要時(shí)采用空壓機(jī)洗井及化學(xué)方法洗井，洗井效果達(dá)到水清砂凈。洗井完畢后，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行三個(gè)落程抽水試驗(yàn)，最大落程接近或大于設(shè)計(jì)要求出水量，穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間為12 h以上，用以確定流量與水位的關(guān)系。

3 施工技術(shù)措施

每開段打完后劃眼圓孔，確保孔壁光滑。φ203 mm、φ178 mm、φ159 mm鉆鋌和φ127 mm鉆桿組成塔式鉆具，減壓鉆進(jìn)，鉆鋌配重大于15 t，鉆進(jìn)壓力控制在20～80 kN，確保井孔的垂直度。

開孔輕壓鉆進(jìn)，控制進(jìn)尺，均勻加壓送鉆。

嚴(yán)格控制沖洗液性能，加強(qiáng)管理和維護(hù)，嚴(yán)格控制濾失量、含砂量，搞好泥漿凈化工作。本區(qū)根據(jù)物探資料解釋，斷裂較發(fā)育，泉頭組下部氣層可沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移斷裂發(fā)育部位形成氣藏，在鉆井過程中做好氣層預(yù)防工作。采用大密度泥漿壓噴護(hù)壁，配備重晶石粉，設(shè)置足夠容量的泥漿罐，鉆進(jìn)過程中及時(shí)清除罐內(nèi)巖屑和沉淀物，同時(shí)要安裝防噴器。

下管前做好以下準(zhǔn)備工作：校正孔深，沖孔換漿，探孔，檢查，丈量井管，確?？咨钆c管長位置相吻合；做好井管強(qiáng)度校核及井管重量和鉆塔拉力計(jì)算。下置井管時(shí)，井管必須直立于井口中心，上端口保持水平，下管過程中要穩(wěn)拉慢放，嚴(yán)禁急剎車，下管遇阻不得猛墩。

4 結(jié)語

本地?zé)峋?016年8月16日施工完成，歷時(shí)46天，井深1850 m、日出水量為240 m3、水溫42℃，圓滿完成此次鉆探任務(wù)。在公主嶺范家屯地區(qū)掌握了第一手鉆探地質(zhì)資料，同時(shí)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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