多種鉆井工藝方法在基巖裂隙水井施工中的應(yīng)用

楊忠彥　趙吉鵬

摘要：天津市寧河北水源地應(yīng)急開發(fā)工程供水井鉆井施工中，不同的地層，不同情況采用了不同的鉆進方法，上覆松散地層采用泥漿護壁鉆進工藝，目的含水層為基巖裂隙地層，溶洞發(fā)育，水最豐富，鉆進時漏失情況不穩(wěn)定，上部漏失量小，采用清水頂漏鉆進，下部漏失量大，如采用清水頂漏鉆進，不能建立循環(huán)，且重復(fù)破碎，效率低，常發(fā)生沉砂卡鉆事故，嘗試充氣鉆井技術(shù)，這樣在單井施工中采用了三種鉆井方法，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：鉆井工藝方法漏失清水頂漏充氣鉆井技術(shù)

1工程施工情況

該工程項目設(shè)計施工15眼開發(fā)井，目的水層為奧陶系灰?guī)r，裂隙溶洞發(fā)育，涌水量大，設(shè)計孔深760m，終孔口徑311mm。井身結(jié)構(gòu)如圖一1。

1#井、2#井施工過程如下：

1#孔500mm鉆頭203.69m，下426mm表套，二開394mm鉆頭559.20m下339.7mm技套，一、二開屬松散地層，采用泥漿護壁鉆進技術(shù)，三開目的水層裸眼完井，559.2m～613m漏量小，采用清水頂漏鉆進技術(shù)，613m～763.1m漏失嚴(yán)重，不能建立循環(huán)，故采用充氣鉆進技術(shù)。

2#孔560mm鉆頭200.16m下478mm表套，二開444.5mm鉆頭555.81m，下339.7mm技套，一、二開屬松散地層，采用泥漿護壁鉆進技術(shù)，三開目的水層裸眼完井，555.81m～598.43m漏量小，采用清水頂漏鉆進技術(shù)，598.43m～762.63m漏失嚴(yán)重，采用充氣鉆進技術(shù)。

2鉆井工藝流程

2.1清水頂漏鉆進鉆進過程中，泥漿泵泵清水循環(huán)，由于地層壓力低，一部分清水及部分巖屑進入地層裂隙或溶洞中，另一部分則攜帶部分巖屑返出地面，巖屑經(jīng)振動篩分離，水進入泥漿罐繼續(xù)循環(huán)。流程圖如圖2。

技術(shù)要求：①鉆進時注意井口返水量的變化，如遇循環(huán)時不返水，立即將鉆具提離井底；②注意鉆速的變化，常活動鉆具；③接完單根后，一定探砂面，掌握沉砂情況；④必須保證補充水源充足

2.2充氣鉆井技術(shù)這次使用充氣鉆井工藝設(shè)備要求比較簡單，只是在清水頂漏鉆進設(shè)備的基礎(chǔ)上增加一臺空壓機(10m³/5Mpa)，用來通過地面循環(huán)管路持續(xù)充加壓縮空氣。鉆進過程中，泥漿泵泵清水循環(huán)，空壓機排出壓縮空氣在立管與清水混合，經(jīng)鉆柱下行到井底，壓縮空氣膨脹，壓力降低，當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥谶€空壓力時，泵入清水與地層水沿環(huán)空上行，直至返出地面，其空氣在井口釋放，水進入泥漿罐繼續(xù)循環(huán)，多余的水排掉。由于地層水涌出，又起到了洗井的作用。這是一個邊鉆進，邊洗井，鉆進洗井兩道工序相結(jié)合的過程，減少了洗井工序的工作量。工藝流程圖如圖3。

特點：工藝簡單，可操作性強。

技術(shù)要點：①鉆頭下入井底，先開泵，由于地層壓力低，鉆井液全部進入地層，待泵壓穩(wěn)定后，空壓機送氣；②隨壓縮空氣不斷到達(dá)井底，膨脹，使得環(huán)空氣水混合鉆井液當(dāng)量密度下降，環(huán)空壓力逐漸降低，直到地層壓力大于環(huán)空壓力時，環(huán)空液面上行，鉆頭破碎的鉆屑，隨氣水混合鉆井液一起上行，直至返出地面；③氣水混合鉆井液到達(dá)井口后，壓縮空氣釋放，鉆井液流回泥漿罐，地層水使循環(huán)的水量增加，多余的排放掉：④鉆進中接單跟使，先停止供氣，繼續(xù)開泵循環(huán)5分鐘，再停泵，使得鉆具內(nèi)壓力大于環(huán)空壓力，解方鉆桿時就不會從鉆具內(nèi)返水。為了防止段塞流的產(chǎn)生，接單根速度要快。

3工藝效果數(shù)據(jù)對比

下面對兩眼井充氣與未充氣實鉆機械鉆速數(shù)據(jù)進行了對比

1#井目的層段施工情況：完鉆井深763.10m，目的層段559.2m～763.10m；鉆進參數(shù)：鉆壓15t，轉(zhuǎn)數(shù)65～70rpm，泵量25I/S，充氣壓力2.2Mpa(見表1)。

1#清水頂漏鉆進井段長53.8米，平均鉆速1.485米/4、時：而充氣鉆進井段長150.1米，平均鉆速2.307米/小時，相比提高了55％。

2#井目的層段施工情況：完鉆井深762.63m，目的層段555.81m～762.63m；鉆進參數(shù)：鉆壓15t，轉(zhuǎn)數(shù)65～70rpm，泵量25I/S，充氣壓力2.2MDa(見表2)。

2#清水頂漏鉆進井段長42.62米，平均鉆速1.365米/小時；而充氣鉆進井段長164.2米，平均鉆速1.99米/小時，相比提高了46％。

對比可以看出充氣鉆進技術(shù)能夠解決頂漏鉆進很難施工的問題，同時鉆進效率又得到了明顯的提高，值得推廣。

4鉆進工藝方法的選擇

之所以在一口井采用三種鉆進方法，主要有以下原因：

4.1 1#孔和2#孔根據(jù)一、二開的地層情況，都只能采用泥漿護壁鉆進技術(shù)，由于口徑大，地層松散，泥漿性能要求要嚴(yán)格。鉆進參數(shù)：鉆壓150～180Kn：轉(zhuǎn)數(shù)70rpm；泵壓1.5～2.5mpa：泵量25I/S常規(guī)泥漿性能：馬氏漏斗粘度45s；api失水10～15ml：動切力8～10pa；ph值9～10。

4.2在目的水層的鉆進中，由于地層漏失，如果采用泥漿鉆進，會造成大量泥漿的損失，成本增加，而且會污染水層，考慮基巖地層井壁相對穩(wěn)定，首先采用清水頂漏鉆進。鉆進參數(shù)：鉆壓120～150kn；轉(zhuǎn)數(shù)70rpm；泵量25I/s；漏失量10～15I/s。在鉆進到目的水層下部時漏失嚴(yán)重，清水鉆進不能建立循環(huán)，繼續(xù)頂漏強鉆，效果很差，還存在重大的事故隱患，嘗試采用充氣鉆井的方法鉆進。通過實際施工，取得了很好的效果。

4.3雖然充氣鉆井技術(shù)機械鉆速高，但單位成本相比于清水頂漏鉆進高出一倍，因此在目的水層施工中，可以使用頂漏鉆進的，仍然采用這種方法。

5結(jié)論與建議

對于地層比較復(fù)雜，鉆進難度大的水井施工中，綜合多方面因素，從可操作性、風(fēng)險的大小、成本的高低、工藝的復(fù)雜程度上考慮，采用多種鉆進工藝方法相結(jié)合是一條可行的途徑。充氣鉆井技術(shù)在解決欠壓漏失地層的鉆進難題有其獨特的優(yōu)勢，鉆進效率很高。