張建永ZHANG Jian-yong

（河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，邢臺(tái) 054000）

0 引言

2015 年11 月30 日，習(xí)近平主席在法國(guó)巴黎出席聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上，提出構(gòu)建低碳能源體系，地?zé)崮芾靡?guī)模達(dá)到5000 萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2020 年我國(guó)地?zé)崂?，?shí)現(xiàn)每年替代標(biāo)準(zhǔn)煤7000 萬(wàn)噸，將減排二氧化碳1.7 億噸，對(duì)于我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、履行《巴黎協(xié)定》中國(guó)承諾具有重要意義。

京津冀地區(qū)深受霧霾影響，同時(shí)本地區(qū)地?zé)豳Y源賦存條件較好（張國(guó)斌，2006），大力開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源，對(duì)于京津冀地區(qū)調(diào)整能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)、保障能源供應(yīng)安全、緩解霧霾、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要的作用（藺文靜等，2013）。在此背景下，河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，開(kāi)展了“河北省樂(lè)亭縣馬頭營(yíng)區(qū)干熱巖地?zé)豳Y源地質(zhì)調(diào)查孔”項(xiàng)目。孔位位于河北省曹妃甸區(qū)大莊河村南，在3960m 深處鉆獲了溫度為150℃的干熱巖體。地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的成敗很大程度上取決于鉆井結(jié)果的成敗。隨著鉆探設(shè)備能力、地?zé)衢_(kāi)發(fā)深度和廣度的發(fā)展，鉆井工藝的選擇以及施工程序直接影響著地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用效率。

1 M-1 井概況

1.1 地質(zhì)概況

1.1.1 地層概況

M-1 井鉆獲資料與測(cè)井成果資料相結(jié)合，M-1 井主要鉆遇地層有：第四系（Q），新近系館陶組（N1g）、新近系明化鎮(zhèn)組（N2m）、太古界（Ar）。M-1 井新生界地層主要巖性為粘土、泥巖、砂巖等，結(jié)構(gòu)松散；太古界上部以變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)英云閃長(zhǎng)巖為主，局部有黑云斜長(zhǎng)片麻巖及角閃石巖包裹體；下部巖性以變質(zhì)角閃二長(zhǎng)花崗巖為主，夾有斜長(zhǎng)角山巖、角閃石巖包裹體。局部地層較為破碎，破碎巖層以斜長(zhǎng)角山巖包裹體或包裹體接觸帶為主，見(jiàn)有變質(zhì)韻律層；隨著深度的增加，節(jié)理發(fā)育逐漸減少；長(zhǎng)英質(zhì)脈寬呈減小的趨勢(shì)；主要蝕變礦物由中低溫蝕變礦物綠泥石化礦物過(guò)渡到高溫蝕變礦物綠簾石化礦物。主要地層巖性見(jiàn)表1。

表1 M-1 井地層表

1.1.2 構(gòu)造概況

M-1 井構(gòu)造位置處于華北地臺(tái)（Ⅰ2）的華北斷拗（Ⅱ4 2）的北緣（劉彥君，2008）。黃驊坳陷（Ⅲ）北部的馬頭營(yíng)凸起區(qū)（圖1）。

圖1 構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D

1.2 鉆探施工概況

1.2.1 井身結(jié)構(gòu)

本井采用多級(jí)結(jié)構(gòu)、分層取芯的施工方法進(jìn)行鉆探施工。具體井身結(jié)構(gòu)如下：0-58.53m 井段：井徑為Φ640mm，下入Φ478mm 護(hù)壁管并進(jìn)行常規(guī)固井；58.53-1402.07m井段：井徑為Φ444.5mm，下入Φ339.7mm 石油套管，采用隔熱水泥固井；1402.07 -4002.74m 井段： 井徑為Φ241.3mm，裸眼完井。

井身結(jié)構(gòu)及井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

圖2 井身結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 施工技術(shù)難點(diǎn)

①進(jìn)入太古界后，巖體以淺變質(zhì)，中深變質(zhì)為主，具有硬度高，研磨性強(qiáng)，鉆效較低的特點(diǎn)。

②井溫高，所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，如泥漿溫度高，造成泥漿泵件易老化（圖3）和潛在的高溫燙傷危險(xiǎn)。

圖3 高溫老化的膠碗

③泥漿抗高溫性能差。前期使用不分散聚合物鹽水泥漿，面臨的突出問(wèn)題是泥漿的失水率較高（圖4a），泥漿稠化（圖4b）、起泡、腐蝕性強(qiáng)等，后期改用抗高溫鹽水泥漿，以上問(wèn)題得到一定的緩解。

圖4 泥漿性能

2 M-1 井施工工藝技術(shù)

2.1 耐高溫泥漿液配比與性能

2.1.1 鉆井液的配比

為適應(yīng)井下高溫作業(yè)環(huán)境，本井采用抗高溫鉆井液體系，以保障泥漿性能的穩(wěn)定性。本井施工階段分為兩個(gè)階段，前期以泥漿池容器，通過(guò)海水來(lái)進(jìn)行泥漿調(diào)配；后期以泥漿罐為容器，采用淡水來(lái)調(diào)配泥漿。通過(guò)兩個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，淡水調(diào)配泥漿大幅度降低了泥漿材料消耗量（表2），成本相對(duì)減少約45%。

表2 泥漿配置表

2.1.2 鉆井液性能

M-1 井，通過(guò)兩個(gè)階段施工，不同液體基底與泥漿容器的差異，在泥漿的性能上也具有較大差異，其泥漿罐的使用提高泥漿散熱性能，采用淡水調(diào)配泥漿，促使泥漿性能更加穩(wěn)定（表3），為后期開(kāi)展高溫、超深、硬巖鉆探工作，提供了泥漿液配比實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

表3 泥漿液性能表

2.2 鉆效影響因素

2.2.1 鉆頭選擇

M-1 井1376-4002.74m（太古界地層），厚2626.74m（未揭穿）。1376-2628m 巖性以變質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖、變質(zhì)英云閃長(zhǎng)巖為主，局部有黑云斜長(zhǎng)片麻巖及角閃石巖包裹體；2628-4000m 巖性以變質(zhì)角閃二長(zhǎng)花崗巖為主，夾有斜長(zhǎng)角山巖、角閃石巖包裹體，以上巖性成分以斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英等為主。此類巖石巖性堅(jiān)硬、研磨性強(qiáng)，鉆頭克取巖石困難，鉆進(jìn)效率低，胎體保徑性能差；破碎、松散較嚴(yán)重，鉆頭早期磨損嚴(yán)重。早期使用HJ637G（牙輪鉆頭）、HJT637GL（加強(qiáng)包徑楔形牙輪鉆頭），保徑磨損嚴(yán)重，入井241.3mm，出井237mm，平均速度1.53m/h，且有掉齒現(xiàn)象（圖5a），增加了取芯危險(xiǎn)性，后期多采用HJT637GLY（加強(qiáng)包徑圓頭牙輪鉆頭），保徑磨損情況有所改善，無(wú)掉齒現(xiàn)象（圖5b），平均鉆速1.73m/h，詳見(jiàn)表4。

表4 鉆頭鉆速表

圖5 鉆頭使用情況

2.2.2 鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)鉆遇地層情況，及現(xiàn)場(chǎng)鉆具情況，前期采用大泵量，泵壓逐步從9MPa 上升到15MPa，現(xiàn)場(chǎng)鉆具疲勞損傷，易發(fā)生斷管事件，在此前提下調(diào)了泥漿泵排量，從29.8L/S降低到18.33L/S（見(jiàn)表5）。

表5 鉆進(jìn)鉆井參數(shù)選用表

2.2.3 鉆進(jìn)效率

M-1 井在三開(kāi)后，同等井徑狀態(tài)下，通過(guò)不同施工工藝調(diào)整，鉆效變化較大（見(jiàn)圖6），使用螺桿后鉆效明顯提高。后期鉆效逐漸降低，原因在于排量逐步降低，使螺桿效力逐漸降低，從而降低了鉆效。本井使用的7L Z172-7.0-5XL-SF 型和7L Z172*7.0—XISF 型螺桿。

圖6 鉆速參考因素圖

3 結(jié)論

①采用的抗高溫鉆井液技術(shù)，具有坑高溫、低濾失的優(yōu)點(diǎn)，泥漿的流變性，攜巖能力強(qiáng)，在高溫條件下泥漿性能穩(wěn)定效果顯著。②M-1 井，熱儲(chǔ)層的巖性硬度高，研磨性強(qiáng)。通過(guò)鉆探施工中鉆頭的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)，使用加強(qiáng)包徑圓頭牙輪鉆頭，具有鉆效較快，無(wú)掉齒的優(yōu)點(diǎn)，是青海共和盆地GR1 井使用的孕鑲金剛石全面鉆頭后，發(fā)現(xiàn)的又一種具有高溫條件下優(yōu)秀表現(xiàn)的鉆頭，對(duì)于變質(zhì)巖、花崗巖地層鉆效低，易掰齒的問(wèn)題，該鉆頭成功解決了上述問(wèn)題，提高了鉆效，縮短了建井周期。③螺桿復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于高溫、硬巖、超深鉆探工程存在鉆效低的問(wèn)題，具有較好的應(yīng)用效果，平均鉆速1.59m/h。