楊鳳山

(北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局,北京 100195)

0 前言

北京地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,給地?zé)徙@井帶來了困難.經(jīng)過地?zé)徙@井相關(guān)技術(shù)人員多年的辛勤努力,北京地?zé)徙@井深度已超過4000m,鉆井工藝除利用傳統(tǒng)的化學(xué)泥漿循環(huán)液鉆探外,還能實(shí)施氣舉反循環(huán)等特殊的鉆探工藝.

1 工程概況

北京市順義北小營地區(qū)某地?zé)峋褂没瘜W(xué)泥漿循環(huán)液鉆井至3600m,其井身結(jié)構(gòu)及鉆遇地層巖性詳見表1.由于地?zé)峋疃扔?jì)劃鉆進(jìn)至4200m,為使成井效果達(dá)到預(yù)期,采用氣舉反循環(huán)鉆井施工工藝.

表1 井身結(jié)構(gòu)及鉆遇地層主要巖性

2 氣舉反循環(huán)鉆探成井施工情況

2.1 氣舉反循環(huán)施工設(shè)備(見表2)

表2 氣舉反循環(huán)施工設(shè)備

2.2 氣舉反循環(huán)應(yīng)用過程

(1)施工準(zhǔn)備

將地?zé)峋變?nèi)泥漿置換成清水,并將地面氣路管線連接好,檢查管線的氣密性,調(diào)試好空壓機(jī)、鉆機(jī)等施工關(guān)鍵設(shè)備,檢查雙壁鉆具接頭的完好程度,更換老化破損的O型圈,檢查氣水龍頭的密封性,排列好施工用鉆具,鉆具基本組合為:φ152mm專用鉆頭+φ121mm鉆鋌10根+φ89mm鉆具(若干)+氣水混合器+φ127mm雙壁鉆具(若干)+方保接頭+133mm雙壁方鉆桿+氣水龍頭.

(2)施工過程簡介

第一趟鉆進(jìn)井段為3600～3652m,雙壁鉆具下入深度為373～425m,隨著進(jìn)尺的增加使用雙壁鉆具進(jìn)行加尺,鉆頭選用HA537/6″牙輪鉆頭,胎體打-50mm的水眼,雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:8.6～1:9.7,施工鉆壓控制在30～50KN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/min,保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為4.1～4.8MPa,正常循環(huán)注氣壓力為3.1～3.7MPa,鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為1.1m/h.

由于地?zé)峋變?nèi)的泥漿被清水置換,使3600m以上的裸眼段有輕微的掉塊,造成幾次輕微的卡鉆事故,用上提下壓的簡單處理措施解決.施工中出現(xiàn)進(jìn)尺一根單根(9.6m)加尺后無法排渣的現(xiàn)象.開啟泥漿泵打壓至12Mpa仍無法正常循環(huán),提鉆后發(fā)現(xiàn)下部三根鉆鋌內(nèi)管全部被巖屑堵死,巖屑多為片狀直徑一般5cm左右.分析事故原因,其一鉆頭胎體水眼過大,巖屑顆粒質(zhì)量過大,造成排渣困難;其二無進(jìn)尺排渣過程時(shí)間過短,應(yīng)控制在1小時(shí)左右,并以巖屑排出量進(jìn)行輔證.

第二趟鉆進(jìn)井段為3652～3736m,雙壁鉆具下入深度為332～373m.隨著進(jìn)尺的增加先使用雙壁鉆具進(jìn)行加尺,后使用φ89mm鉆具加尺,將鉆頭胎體水眼尺寸改為30mm.雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:10～1:11,施工鉆壓同樣控制在30～50kN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/ min,保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為3.3～3.8MPa ,正常循環(huán)注氣壓力為2.1～3.0MPa,此井段鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為1.8m/h.

由于鉆頭優(yōu)化改進(jìn)及排渣過程時(shí)間延長,并加強(qiáng)了排渣量計(jì)量,本井段施工沒有出現(xiàn)巖屑堵鉆具的事故,增加了進(jìn)尺時(shí)效.

第三趟鉆進(jìn)井段為3736～3827m,雙壁鉆具下入深度仍為332～373m,隨著進(jìn)尺的增加先使用雙壁鉆具進(jìn)行加尺,后使用φ89mm鉆具加尺,仍使用30mm水眼的鉆頭.雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:10.3～1:11.3,施工鉆壓同樣控制在30～50kN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/min.保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為3.4～3.8MPa,正常循環(huán)注氣壓力為2.0～3.0MPa,此井段鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為1.6m/h.

隨著井深的增加,為防止巖屑堵鉆具事故發(fā)生,加長了無進(jìn)尺排渣時(shí)間,導(dǎo)致本井段進(jìn)尺時(shí)效降低.

第四趟鉆進(jìn)井段為3827～3945m,雙壁鉆具下入深度為294～332m.隨著進(jìn)尺的增加先使用雙壁鉆具加尺,后使用φ89mm鉆具加尺.仍使用30mm水眼的鉆頭,雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:11.9～1:13,施工鉆壓同樣控制在30～50kN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/min.保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為3.2～3.8MPa,正常循環(huán)注氣壓力為1.8～2.2MPa,此井段鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為2.2m/h.

根據(jù)前三趟鉆進(jìn)過程中的現(xiàn)象,在此井段鉆進(jìn)過程中果斷的減少了雙壁鉆具下入深度,鉆進(jìn)時(shí)效增加的效果比較明顯,鉆頭磨損相當(dāng)?shù)妮p微.

第五趟鉆進(jìn)井段為3945～4098m,雙壁鉆具下入深度仍為294～332m.隨著進(jìn)尺的增加先使用雙壁鉆具進(jìn)行加尺,后使用φ89mm鉆具加尺,仍使用30mm水眼的鉆頭,雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:12.3～1:13.施工鉆壓同樣控制在30～50kN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/min,保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為2.3～3.1MPa,正常循環(huán)注氣壓力為1.6～2.0MPa,此井段鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為2.4m/h.

此井段施工中又進(jìn)一步減小了雙壁鉆具下入深度與井深的比值,同時(shí)空壓機(jī)的正常循環(huán)注氣壓力有所減小,進(jìn)尺時(shí)效有所增加.

第六趟鉆進(jìn)井段為4098～4200m,雙壁鉆具下入深度仍為294～332m.隨著進(jìn)尺的增加先使用雙壁鉆具進(jìn)行加尺,后使用φ89mm鉆具加尺,仍使用30mm水眼的鉆頭.雙壁鉆具下入深度與井深的比值為1:12.7～1:13.9,施工鉆壓同樣控制在30～50kN,轉(zhuǎn)速控制在60～80r/min.保持地?zé)峋辉诳卓?空壓機(jī)注氣啟動(dòng)壓力為2.1～2.8MPa,正常循環(huán)注氣壓力為1.6～1.9MPa,此井段鉆進(jìn)加排渣時(shí)效為2.1m/h.

其井段施工中進(jìn)一步減小了雙壁鉆具下入深度與井深的比值,施工過程中無明顯異常情況,順利地施工至4200m.

2.3 氣舉反循環(huán)施工過程參數(shù)簡要分析

雖有司鉆能力的差異及設(shè)備狀況等因素存在,本工程中鉆進(jìn)時(shí)效和雙壁鉆具下入深度與井深的比值還是具有一定的關(guān)系.氣舉反循環(huán)施工中鉆壓不超過5kN、鉆速不超過80r/min、地?zé)峋h(huán)空部分灌滿和無進(jìn)尺排渣時(shí)間控制,并對(duì)地面氣路管線的氣密性和實(shí)際排渣量與理論排渣量不易過大等細(xì)節(jié)的掌握,有助于施工的順利進(jìn)行.

3 結(jié)束語

根據(jù)上述工程實(shí)例驗(yàn)證,在超深地?zé)峋┕ぶ锌梢圆捎脷馀e反循環(huán)工藝.此工藝可以施工至4200m.如工程需要且鉆機(jī)能力允許還能夠施工得更深.但需要經(jīng)過嚴(yán)密的理論計(jì)算,并以具體工程實(shí)例驗(yàn)證.

[1]李立昌等,反循環(huán)鉆井及洗井技術(shù).第六屆全國石油鉆井院所長會(huì)議論文集.石油工業(yè)出版社,2007年7月

[2]李樹德等,氣舉反循環(huán)鉆探技術(shù)在復(fù)雜地層應(yīng)用中的探討.煤炭技術(shù),第26卷第11期,2007年11月