呂殿臣

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津300250）

天津市東麗區(qū)某井設(shè)計(jì)深度4100m，位于潘莊凸起構(gòu)造區(qū)，地層以白云巖為主，地層裂隙發(fā)育且具有晶體雜質(zhì)填充，巖石沿裂隙紋理易破碎。由3500m定深取芯6回次，每鉆進(jìn)100m取芯進(jìn)尺4m，取芯累計(jì)進(jìn)尺不小于24m。完整地層取芯率達(dá)到70%以上，破碎地層取芯率大于40%。在取芯過程中鉆具稍有彎曲導(dǎo)致巖芯在鉆頭處斷掉，造成堵芯。通過使用螺桿提高轉(zhuǎn)數(shù)，加快鉆頭切入地層速度，使得巖石能夠在較短的時(shí)間進(jìn)入取芯筒。同時(shí)，取芯鉆進(jìn)的過程中盡量減小橫向作用力和鉆柱的離心力，最終取芯效果和質(zhì)量顯著提高，這種深井取芯鉆具組合，不僅提高了復(fù)雜地層的巖芯采取率，而且在深井取芯鉆進(jìn)中還能維護(hù)破碎地層的穩(wěn)定。

1 取芯概況

1.1 取芯工具

取芯工具采用?152.4mm孕鑲金剛石取芯鉆頭（圖1）和?139mmKT140取芯筒（圖2），取芯筒上部和?127mm螺桿鉆具（圖3）相連接。取芯筒由內(nèi)筒和外筒組成，內(nèi)巖芯筒的作用是存儲(chǔ)及保護(hù)巖芯，取芯時(shí)巖芯順利進(jìn)入內(nèi)筒，防止泥漿沖刷巖芯；為了有效保護(hù)巖芯，其采用懸掛式滾動(dòng)軸承裝置將內(nèi)筒掛在外筒的頂部，取芯鉆進(jìn)時(shí)內(nèi)筒不轉(zhuǎn)。外筒的作用是承受鉆壓、傳遞扭矩帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)及保護(hù)內(nèi)巖芯筒，形成環(huán)狀巖芯柱。

圖1 孕鑲金剛石取芯鉆頭

圖2 KT140取芯筒

圖3 螺桿鉆具

?152.4mm取芯鉆頭+?139mm取芯筒+接頭+?127mm螺桿+?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿+變徑接頭+?127mm鉆桿+方鉆桿。

1.2 取芯參數(shù)

鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓10～40kN，轉(zhuǎn)速40r/min，排量14.75L/s，泵壓8.5～10MPa，扭矩140～190N·m。

泥漿性能：密度1.03～1.07g/cm3，粘度30～45s，失水14～22mL，pH7～10。

2 取芯工藝

2.1 鉆前準(zhǔn)備工作

調(diào)整泥漿，使泥漿性能穩(wěn)定、井眼暢通，井下無縮徑，無垮塌，無沉砂，起下鉆通暢無阻，能順利下鉆到底，密度按設(shè)計(jì)要求，粘度、切力適當(dāng)。井口檢查螺桿鉆具是否正常使用，保證在取芯鉆進(jìn)中地面設(shè)備與鉆具不發(fā)生問題。

2.2 下鉆

下鉆前保養(yǎng)好取芯筒，更換新的巖芯爪，調(diào)整內(nèi)筒至鉆頭內(nèi)臺(tái)階面間隙，保證懸掛總成和內(nèi)筒上各道扣用鏈鉗上緊扣，保證內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。鉆頭在地面手動(dòng)帶緊扣后，在井口用液氣大鉗高速帶緊扣；巖芯筒入井時(shí)，必須在井口卡好安全卡瓦，防止滑脫落井。組裝好的取芯外筒在井口用大鉗逐一緊扣，并放入內(nèi)筒檢查裝配間隙，調(diào)整間隙1～2cm。嚴(yán)格控制下放速度，以防水眼堵塞。下鉆操作要平穩(wěn)，不得猛放、猛剎。復(fù)雜井段，起下鉆速度應(yīng)控制，嚴(yán)防頓鉆。中途遇阻以沖為主，少劃或不劃眼，嚴(yán)重遇阻改用牙輪鉆頭通井劃眼至?xí)惩橹?。下鉆距井底一個(gè)單根高度，開泵循環(huán)，下放鉆具清洗井底。不允許用取芯鉆頭劃眼。下鉆遇阻不得超過2t，經(jīng)上下活動(dòng)不能下入時(shí)應(yīng)開泵循環(huán)泥漿，用一沖二通的方法往下沖，禁止強(qiáng)行劃眼通過。

2.3 取芯鉆進(jìn)

下鉆鉆頭離井底20～30m開泵，同進(jìn)空轉(zhuǎn)鉆具，把外筒的泥餅等雜物甩掉，然后緩慢下放，沖洗井底。如不遇阻探井底方入，否則開泵沖劃眼到底，然后開泵90沖循環(huán)15min，觀察泵壓變化，待設(shè)備、泥漿一切正常，方可卸方鉆桿投球、小排量40沖送球到位。投球到位后下放開始樹芯，參數(shù)：鉆壓10～20kN，轉(zhuǎn)速40～70r/min，排量14.75L/s，樹芯進(jìn)尺0.5m。取芯鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓30～40kN，轉(zhuǎn)速40～70r/min，排量14.75L/s。樹芯至取芯過渡過程中，開始時(shí)應(yīng)用10～30kN鉆壓，鉆進(jìn)0.1～0.3m后緩慢加壓至正常鉆壓，必須逐漸加大鉆壓(12～15min內(nèi)完成)。取芯鉆進(jìn)時(shí)操作，送鉆均勻，不得溜鉆、中途停泵及提鉆等。隨時(shí)注意泵壓變化及巖屑出情況，分析井下情況，恰當(dāng)掌握鉆頭使用時(shí)間。

2.4 割芯操作

鉆完取芯進(jìn)尺4m后停止送鉆（不停泵），保持原轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)10min左右待懸重恢復(fù)后，上提鉆具。直接上提鉆具1.5～2.5m，懸重上升100～200kN后突然下降，說明巖芯已被割斷，可起鉆。割芯時(shí)若上提無拉力，應(yīng)下放至原方入，轉(zhuǎn)動(dòng)2～3圈，上提0.1～0.3m，磨芯10～20min，重復(fù)2～3次方可起鉆。若發(fā)現(xiàn)巖芯抽筒時(shí)，應(yīng)緩慢下放鉆具，停泵套芯，再繼續(xù)鉆進(jìn)0.2～0.3m，磨芯起鉆。

3 取芯成果

本井段共計(jì)取芯6回次，取芯段地層巖性均為薊縣系霧迷山組一二段，可鉆性較差，地層裂隙較多，破碎嚴(yán)重。累計(jì)進(jìn)尺24.10m，巖芯有效長度為18.70m，取芯率為77.59%，采用螺桿取芯相對(duì)于常規(guī)取芯技術(shù)能夠達(dá)到滿意的效果，大大地提高了取芯率。見表1、圖4、圖5。

圖4 常規(guī)取芯成果

圖5 螺桿取芯成果

表1 取芯成果表

4 結(jié)語

綜上所述，深井破碎地層取芯技術(shù)，堵芯是目前難以解決的取芯技術(shù)難題。本工程施工采用螺桿鉆具取芯，和常規(guī)取芯技術(shù)相比，很好地避免取芯鉆頭和鉆具的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，保護(hù)本就破碎的巖芯，使其成為柱狀順利進(jìn)入取芯筒，大大提高采取率，提高工作效率。該項(xiàng)目順利完工，為該類問題取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此類地層的深井取芯難題提供了參考和借鑒作用。