耿 印， 于志堅， 邢運濤， 于保國， 李 明， 王 越， 王景章

(河北省地礦局第四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000)

本溪市東風(fēng)湖地?zé)峋┕ず凸叹夹g(shù)

耿 印， 于志堅， 邢運濤， 于保國， 李 明， 王 越， 王景章

(河北省地礦局第四地質(zhì)大隊，河北 承德 067000)

遼寧省本溪市東風(fēng)湖地?zé)峋辈槭┕ろ椖浚O(shè)計井深2000 m，要求終孔口徑100 mm。鉆井深度較深，終孔孔徑較大；地層復(fù)雜，破碎、漏失嚴(yán)重，溶洞發(fā)育等，施工難度很大。著重介紹了該井施工工藝，主要包括異徑鉆頭鉆進(jìn)、鉆桿折斷事故處理、前置鉆頭擴孔、固井工藝技術(shù)、掃塞通孔等，為類似工程提供借鑒。

地?zé)峋?；繞障處理；固井技術(shù)；阻流環(huán)；前置鉆頭

1 工程概況

遼寧省本溪市東風(fēng)湖地?zé)峋辈槭┕ろ椖?，位于遼寧省本溪市東風(fēng)湖風(fēng)景區(qū)旅游度假養(yǎng)殖基地垂釣園內(nèi)。業(yè)主指定井口坐標(biāo)、鉆井結(jié)構(gòu)、井深及終孔口徑(參見表1)。工程內(nèi)容包括：鉆井、全井段取心鉆進(jìn)、錄井、測井、固井、洗井、抽水試驗、采樣化驗及提交竣工報告。井身質(zhì)量要滿足《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》(GB/T 11615—2010)的要求。

表1 甲方鉆井結(jié)構(gòu)要求

2 地層概況

(1)第四系(Q)：0～8 m，泥質(zhì)粘土，底部為細(xì)砂，地層含水豐富，易坍塌。

(2)侏羅系(J3)：8～580 m，層厚570 m。巖性主要為肉紅色火成巖，偉晶巖，黑色炭質(zhì)泥巖，綠黑色安山巖。

(3)石炭系太原組(C3t)：巖性為黑色炭質(zhì)泥巖。

(4)石炭系本溪組(C2b)：層厚250 m。巖性為厚層淺灰色石灰?guī)r，薄層灰綠色粘土巖，薄層灰黑色泥巖，輝綠巖。

(5)奧陶系(O2)：850～2000 m，巖性為巨厚淺灰色—灰黑色石灰?guī)r，夾薄層灰黑色泥巖。1200～1500 m段裂隙發(fā)育，多破碎,并多見溶洞。

3 施工方案制定

第四系覆蓋層較厚，開孔口徑較大，地層含水豐富，巖性為泥質(zhì)粘土或細(xì)砂，易坍塌。經(jīng)分析研究確定：采用?444.5 mm開孔，使用高固相泥漿，鉆過第四系覆蓋層至完整基巖，下?377 mm螺旋套管(務(wù)必使套管安放位置準(zhǔn)確)，灌注水泥封孔固定。

550 m以淺井段，地層巖性主要為火成巖、偉晶巖、安山巖。巖石硬度較大，影響鉆進(jìn)速度，而且口徑要求較大(?311.1 mm)。為滿足甲方要求，采取先小徑鉆探取心，盡量縮小井徑級差，以保障下部鉆進(jìn)施工順利進(jìn)行。成功鉆至設(shè)計井深(2000 m)后，上部再進(jìn)行擴孔、固井作業(yè)。分析小口徑鉆進(jìn)工藝實際情況：受終孔口徑要求限制，不能采用?110 mm口徑鉆進(jìn)，下?108 mm套管。只能采用?150 mm鉆進(jìn)、?130 mm鉆進(jìn)、?95 mm繩索取心鉆進(jìn)工藝。為滿足終孔口徑要求，定制異徑鉆頭(?95 mm鉆頭外徑增加到100 mm)。?130 mm鉆進(jìn)深度不宜太深。

550 m以淺井段，泥漿不作特殊要求，根據(jù)鉆進(jìn)實際情況選擇使用泥漿；550 m以深井段為取水孔段，采用無污染低固相不分散泥漿，孔底水溫過高時，可添加抗高溫處理劑，如:酚醛樹脂(SMPISMPⅡ)或鐵烙鹽(FCLS)等。

4 鉆探設(shè)備、鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)選擇

4.1 小徑施工階段

4.1.1 鉆探設(shè)備(見表2)

表2 鉆探主要設(shè)備一覽表

注：機場動力主要為380 V動力電。

4.1.2 鉆具組合

?150 mm鉆頭+?146 mm鉆具+?89 mm鉆桿；

?130 mm鉆頭+?127 mm鉆具+?89 mm鉆桿；

?100 mm鉆頭+?89 mm鉆具+?89 mm鉆桿。

4.1.3 鉆進(jìn)參數(shù)

鉆進(jìn)壓力：在?150、130 mm井段鉆進(jìn)，鉆壓分別控制在6～9、7～12 kN；在?100 mm井段為金剛石鉆頭鉆進(jìn)，鉆壓為16～22 kN；在斷層中鉆進(jìn)時，鉆壓降到12～18 kN。

轉(zhuǎn)速：一般200～400 r/min。

沖冼液量(泵量)：金剛石鉆進(jìn)工藝的沖冼液泵量的選擇要滿足攜帶巖粉、冷卻鉆頭，不宜過大。此次使用BW-250和BW-320型2種泥漿泵，泵量為52和66 L/min。

泵壓：正常鉆進(jìn)時使用雙管鉆進(jìn)，泵壓控制在2～4.5 MPa。漏水時沒有泵壓，頂漏鉆進(jìn)。

4.2 擴孔階段

4.2.1 鉆探設(shè)備(見表3)

表3 擴孔主要設(shè)備一覽表

4.2.2 鉆具組合

?311 mm錘頭+?225 mm錘體+?203 mm變徑+?203 mm鉆鋌+變徑+?178 mm鉆鋌+?127 mm鉆桿+?178 mm保護(hù)接手+133 mm×133 mm四方鉆桿。

4.2.3 鉆進(jìn)參數(shù)

鉆壓20 kN，轉(zhuǎn)速27 r/min，風(fēng)壓1.7 MPa，風(fēng)速16 m/min。

5 小口徑鉆進(jìn)施工過程

2014年11月27日鉆探施工開始，開孔?444.5 mm，鉆進(jìn)至5.94 m,鉆至完整地層后下入?377 mm×8 mm螺旋套管6 m，地面上0.06 m。水泥固井并候凝。2014年12月2日開始小口徑鉆進(jìn)，一開?150 mm單管鉆進(jìn)，至井深7.50 m，下入?146 mm套管7.50 m。二開?130 mm單管鉆進(jìn)至井深14.45 m，下入?127 mm套管14.45 mm。三開?100 mm繩索取心鉆進(jìn)，至井深2000.04 m，小徑施工完畢。小口徑施工階段鉆井結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 本溪東風(fēng)湖地?zé)峋】趶绞┕ゃ@井結(jié)構(gòu)示意

6 事故處理

6.1 頂漏鉆進(jìn)

鉆進(jìn)至1182.23 m處，鉆井液漏失嚴(yán)重(1～5 m3/h)。從所取巖心看巖層破碎、掉塊并有溶洞。3次封堵處理后仍沒有效果。為了不影響鉆井后續(xù)洗井抽水試驗及投產(chǎn)使用的出水效果，不再封堵，頂漏鉆進(jìn)。鉆進(jìn)施工直至終孔結(jié)束，鉆井液均不能返液至井口，1182.23 m至終孔均為頂漏鉆進(jìn)施工。漏失井段部分巖心如圖2所示。

圖2 部分井段巖心

6.2 斷鉆桿繞障處理

本井小徑鉆至1484.88 m時，鉆桿柱在鉆進(jìn)過程中發(fā)生斷裂事故。分析原因：當(dāng)時電流突然增大，可能發(fā)生了輕微掉塊卡鉆事故；鉆孔太深、鉆桿柱過重、環(huán)狀間距過大、鉆桿多次使用接箍強度降低。

首先提取內(nèi)管，提出鉆桿，查看事故點，采取用反絲鉆桿打撈鉆桿，成功返出1292.6 m鉆桿后，再次打撈提鉆的過程中發(fā)生了鉆桿脫落事故，造成事故疊加，致使下面鉆桿柱嚴(yán)重蹾脹變形。此時井內(nèi)掉塊嚴(yán)重埋住事故頭，導(dǎo)致還有192.28 m鉆柱遺留在井內(nèi)。從施工工期等多方面考慮，決定采用螺桿馬達(dá)鉆進(jìn)、陀螺定位技術(shù)繞障處理。

具體方案為：先用木塞堵住事故點，使用油田G級水泥按0.5的水灰比配置密度為1.85 g/cm3的水泥漿，在事故頭上部，井深1292.6 m處往上灌注50 m架橋。候凝48 h后下鉆掃浮灰取樣觀察樣品強度，達(dá)到理想的強度下，用1.5°單彎?89 mm螺桿鉆具+?98 mm全面鉆頭開始進(jìn)行井底定向繞障。使其側(cè)偏方向偏向原設(shè)計孔位。

側(cè)鉆施工中配置無固相鉆井液。鉆井液密度1.02 g/cm3,粘度25 s,失水量20 mL/30 min。鉆機配合螺桿鉆具施工，調(diào)整孔底壓力至10～15 kN，用螺桿馬達(dá)連續(xù)鉆進(jìn)48 h，成功按設(shè)計軌跡打出新鉆孔后，下?100 mm修孔鉆頭，修磨“狗腿”彎確保下一步施工正常開展。成功繞障后，用?100 mm鉆頭鉆至終孔井深(2000.40 m)。

7 擴孔固井工藝

根據(jù)所取出的巖心揭露地層和水溫流量變化，商討確定590 m以淺孔段需要擴孔固井。將套管和孔壁間的環(huán)狀間隙按設(shè)計充填水泥漿，固定住套管同時封閉上部地層和目的層段的水力聯(lián)系。

7.1 擴孔

2015年11月4日開始擴孔，擴孔前為防止上部巖屑堵塞下部孔段，先將預(yù)制好的?100 mm干木塞鉆壓送至594 m處，進(jìn)行架橋隔離(以防止起拔套管、擴孔時巖屑落入下部井段)。再把?146 mm套管、?127 mm套管全部取出。擴孔使用?311 mm潛孔錘施工。因擴孔口徑較大(100 mm擴至311 mm口徑)，為防止井孔偏斜，擴孔鉆頭采用前置鉆頭。鉆頭前置部分直徑為100 mm,長度選取為150 mm(過長則鉆頭活動余量小；過短則導(dǎo)正效果差)。使用泡沫泥漿。11月15日17時擴孔至593.35 m，之后洗孔，直至孔內(nèi)無巖屑排出為止。擴孔成井后地?zé)峋Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 本溪東風(fēng)湖地?zé)峋當(dāng)U孔成井結(jié)構(gòu)示意

7.2 計算套管長度、水泥用量、替漿水量

提出鉆具，準(zhǔn)備下?244.5 mm×8.94 mm套管，計算套管長度：地面預(yù)留套管高度0.3 m，需下套管585.49 m+預(yù)留水泥上返井深約8 m=井深。水泥使用撫順產(chǎn)G級標(biāo)號，水泥密度1.85 g/cm3。固井前向井內(nèi)打入隔離液3 m3。入井水泥用量共27 t，替漿22 m3。

7.3 下放套管

(1)下管時，在尾管(最底下一根套管)與上一根套管的絲扣連接處安裝阻流環(huán)(鋁制，對于本井，加裝阻流環(huán)有2個目的：一是防止固井時水泥漿回流到套管內(nèi)；二是本井?244.5 mm套管30余噸，加裝阻流環(huán)后可利用井內(nèi)浮力，以減少提升設(shè)備和鉆塔的直接載荷，保障安全)，并在入井前將此接箍焊死，防止掃阻流環(huán)時將尾管倒開。阻流環(huán)見圖4。

圖4 固井阻流環(huán)

(2)依次連接套管入井，吊鉗校緊絲扣，每根入井套管均加裝扶正器。全部井管入井后，在井口加裝固井考克閥門控制(參見圖5)，油任鏈接。

圖5 井口固井考克閥門

7.4 固井施工過程

為確保固井質(zhì)量，本次特委托行業(yè)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的遼河油田專業(yè)固井隊，選用SJS45-21型數(shù)字固井車及其全套附屬設(shè)備固井。采用套管內(nèi)替漿的常規(guī)固井工藝。固井水泥采用API-G級中抗油井專用水泥。固井施工過程如下。

(1)安裝連接并仔細(xì)檢查固井設(shè)備、管線等。

(2)開泵充分循環(huán)，保證井內(nèi)無巖屑等雜物殘留、管線通暢密閉，地面返水正常。

(3)先打入3 m3前置液(起到隔離潤滑作用)，固井車自帶數(shù)字密度調(diào)控裝置，打入固井水泥漿，密度為1.85 g/cm3左右。為保證水泥漿密度，又在施工現(xiàn)場指派專人測量水泥漿密度，測量頻率為2～3 min一次，根據(jù)測量結(jié)果及時調(diào)整水灰比。注入水泥漿27 t。

(4)切換注漿閥門，打入清水替漿。固井車自帶流量計量，當(dāng)打入20.8 m3清水時井口開始上返前置液，繼續(xù)打入清水至設(shè)計量，停止替漿，水泥漿上返地面。共注入清水22 m3，套管底部預(yù)留水泥塞約8 m。

(5)關(guān)閉井口考克閥門(確保套管內(nèi)外壓力平衡)，注漿結(jié)束。

固井裝置如圖6所示。

圖6 固井車在現(xiàn)場施工作業(yè)

7.5 固井質(zhì)量檢查

候凝48 h后，連接泥漿泵，打開井口考克閥門，向套管內(nèi)打入清水打壓，當(dāng)套管柱內(nèi)憋壓6 MPa后停泵，關(guān)閉截門，密閉觀察，30 min后壓力仍為6 MPa。證明此次固井質(zhì)量良好。

7.6 掃塞及透孔施工

7.6.1 掃塞

固井質(zhì)量檢查結(jié)束后，拆除井口管路，下入?215.9 mm三牙輪鉆頭鉆掃水泥塞，采用泥漿泵正循環(huán)工藝。鉆具下入574.8 m時遇阻托鉆，采用輕壓慢鉆掃至孔深593.35 m，下入打撈器將阻流環(huán)殘余物取出(見圖7)，掃塞結(jié)束。

圖7 打撈器及取出的阻流環(huán)殘余物

7.6.2 通井施工

掃塞結(jié)束后，進(jìn)行透孔施工。先下入?100 mm錐形鉆頭(帶扶正器)輕壓慢轉(zhuǎn),找到并鉆入?100 mm井眼，鉆透水泥橋及木塞。下入取心鉆具，充分循環(huán)后起鉆并通井至孔底2000.04 m。錐形鉆頭如圖8所示。

圖8 錐形鉆頭

8 測井、抽水試驗、洗井工作及鉆孔評價

測井、抽水試驗工作委托吉林省煤田地質(zhì)勘探公司物探工程處進(jìn)行。測溫成果顯示1900 m深，井內(nèi)地層溫度92.3 ℃。井內(nèi)的地溫梯度屬于高異常值。

洗井采用鋼絲刷、泵入清水、空氣壓縮機聯(lián)合洗井法。首先鉆桿連接鋼絲刷循環(huán)刷孔2遍，之后向井內(nèi)泵入清水，從593 m到井底，50 m一段分段沖刷，之后連接空氣壓縮機吹洗。從593 m到井底，50 m一段分段吹洗，直至水清砂凈、水桶取樣后靜置無沉淀，洗井共計90 h。

至此，地?zé)峋@探部分全部結(jié)束。井斜設(shè)計要求：2000 m內(nèi)不大于7°。根據(jù)吉林省煤田地質(zhì)勘探公司物探工程處監(jiān)測測井結(jié)果，2000 m內(nèi)井斜最大為4.70°，完全滿足設(shè)計要求。終孔深度達(dá)到2000.04 m，終孔層位為奧陶系，達(dá)到設(shè)計的終孔層位。巖心采取率91%，依據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/T 12719—1991)、《煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(MT/T 1042—2007)等對鉆孔進(jìn)行了全孔質(zhì)量評級驗收，級別為甲級。

9 結(jié)語

地?zé)峥辈楹豌@井作業(yè)屬于高風(fēng)險工程，由于各地區(qū)地質(zhì)情況不同，同一鉆井鉆遇地層情況各異，地層的埋深、地質(zhì)構(gòu)造、地層產(chǎn)狀、巖石性質(zhì)等因素影響和制約著鉆井施工的成敗。遼寧省本溪市東風(fēng)湖風(fēng)景區(qū)地?zé)峋┕ぃ瑢儆诘責(zé)峥辈榫?，要求全孔取心，我們采用小口徑鉆探施工取心，然后擴孔成井固井工藝。對小口徑施工而言，存在著鉆井級配不合理的問題，異形鉆頭(加大口徑)，100 mm口徑終孔，頂漏鉆進(jìn)，從17.5～2000.40 m一徑到底，順利完成鉆井任務(wù)，實屬不易。在1484.88 m處發(fā)生一次鉆桿折斷事故，分析原因有著一定的必然因素，最終采用陀螺定向繞障技術(shù)，成功地避開事故點，終孔測井2000 m井斜最大為4.70°，滿足設(shè)計要求。

本孔注入水泥固井時采用阻流環(huán)技術(shù)，下套管時浮球堵死阻流環(huán)中心孔，在浮力的作用下起到減重作用；注水泥時，浮球打開，水泥壓入套管外壁，注漿完畢停泵，浮球在水泥柱的反壓作用下自動封堵阻流環(huán)，關(guān)閉井口考克閥門，確保套管內(nèi)外壓力平衡，防止水泥進(jìn)入套管內(nèi)。594～2000 m井段也應(yīng)下濾水套管，以防止日后水井使用過程中井壁坍塌，但甲方?jīng)]有作預(yù)算和要求，這是該井存在的一個缺憾。

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ConstructionandCementationTechnologiesforDongfenghuGeothermalWellinBenxiCity

GENGYin,YUZhi-jian,XINGYun-tao,YUBao-guo,LIMing,WANGYue,WANGJing-zhang

(The Fourth Geological Team of Hebei Provincial Bureau of Geological Exploration and Mineral Development, Chengde Hebei 067000, China)

The designed hole depth was 2000m for Dongfenghu geothermal well exploration construction project in Benxi of Liaoning Province, the well completion diameter was required to be 100mm. The construction was difficult because of the deep drilling and large completion diameter, complicated ground conditions with broken formation, leakage and caving development. This paper introduces the construction process, mainly including customized non-standard bit drilling, broken drill pipe treatment, hole reaming by pre-posed bit, cementing technology and drilling through cement plug, which can be reference for the similar projects.

geothermal well; obstacle bypassing; cementing technology; choke ring; pre-posed bit

2017-04-10

耿印，男，滿族，1970年生，高級工程師，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，從事巖心鉆探技術(shù)施工與管理工作，河北省承德市雙灤區(qū)雙塔山鎮(zhèn)三岔口上白廟，gengyin02@163.com。

P634

B

1672-7428(2017)09-0053-05