土耳其貝帕扎里天然堿礦水平對(duì)接井施工工藝

宮如剛，曹福德，曹文忠，田忠福，黃 貴

(1.東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)，遼寧遼陽(yáng) 111000;2.東北煤田地質(zhì)局101勘探隊(duì)，遼寧鐵法 112700)

土耳其貝帕扎里天然堿礦水平對(duì)接井施工工藝

宮如剛1，曹福德1，曹文忠1，田忠福1，黃 貴2

(1.東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)，遼寧遼陽(yáng) 111000;2.東北煤田地質(zhì)局101勘探隊(duì)，遼寧鐵法 112700)

通過對(duì)貝帕扎里天然堿礦水平對(duì)接井施工工藝的研究，在鉆井工藝、漏失地層的處理、下套管通井工具的研制和礦層擴(kuò)孔工具制作等方面做了改進(jìn)，確保了施工的正常進(jìn)行。

天然堿礦;定向?qū)泳?地層漏失;堵漏;通井;下套管

東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)與中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所合作承接的土耳其貝帕扎里天然堿礦水平對(duì)接井工程，整個(gè)工程分為一、二、三期，共46對(duì)水平對(duì)接井，目前所有工程均已完工，取得了良好的效果，得到了業(yè)主的好評(píng)。

1 礦區(qū)概況

土耳其貝帕扎里天然堿礦位于安卡拉—奈利汗國(guó)家公路附近，距安卡拉市110 km，位于貝巴扎里鎮(zhèn)西北14 km，礦區(qū)內(nèi)有簡(jiǎn)易公路相通，交通比較便利。

礦區(qū)屬低山地形，海拔標(biāo)高780～1150 m，礦區(qū)內(nèi)大部分為荒崗、荒坡，植被較少。礦區(qū)屬安納托量亞氣候區(qū)，夏季炎熱干燥，冬季陰冷多雨。堿礦位于貝巴扎里晚第三紀(jì)盆地，礦區(qū)北部為卡基魯巴褶皺，南部為札維依斷層。盆地的底板是由古生代次新世的變質(zhì)巖，酸性深成巖和火成巖組成。

礦層位于由粘土層和含瀝青的頁(yè)巖組成的河卡地層中，埋深在250～430 m之間。天然堿礦層的上部150 m和210～245 m分別有一含水層，施工中必須對(duì)該層段進(jìn)行保護(hù)。

2 鉆井工程設(shè)計(jì)

2.1 井身設(shè)計(jì)

圖1為本期工程生產(chǎn)井井身結(jié)構(gòu)圖。

圖1 井身結(jié)構(gòu)圖

2.2 鉆井設(shè)備及其它配套設(shè)備

TSJ－2000A型鉆機(jī)、TBW－1200/7B型泥漿泵、25 m A型鉆塔、循環(huán)罐、震動(dòng)篩、除砂器、185 kW電動(dòng)機(jī)、110 kW電動(dòng)機(jī)、100T游動(dòng)滑車、50T水龍頭、100T單臂吊環(huán)、各種規(guī)格吊卡、指重表、錄井儀、測(cè)井車、固井車。

2.3 鉆具組合

2.3.1 直井

一開:φ311 mm牙輪鉆頭 +φ159 mm鉆鋌+φ121 mm鉆鋌+φ89 mm鉆桿+108四方主動(dòng)鉆桿。

二開:φ200 mm刮刀鉆頭 +φ159 mm鉆鋌+φ121 mm鉆鋌+φ89 mm鉆桿+四方主動(dòng)鉆桿。

三開:φ135 mm取心鉆頭+取心器+φ121 mm鉆鋌+φ73 mm鉆桿+四方主動(dòng)鉆桿。

四開:φ118 mm刮刀鉆頭+φ73 mm鉆桿+六方主動(dòng)鉆桿。

2.3.2 水平井

一開:φ311 mm牙輪鉆頭 +φ159 mm鉆鋌+φ121 mm鉆鋌+φ89 mm鉆桿+108四方主動(dòng)鉆桿。

二開造斜段:φ200 mm刮刀鉆頭+φ121 mm螺桿+φ89 mm無(wú)磁鉆鋌+φ73 mm鉆桿+φ121 mm鉆鋌+四方主動(dòng)鉆桿。

三開水平段:φ118 mm刮刀鉆頭+φ73 mm螺桿+φ73 mm無(wú)磁鉆鋌+φ73 mm鉆桿+φ105 mm鉆鋌+六方主動(dòng)鉆桿。

2.4 鉆井液及泥漿泵參數(shù)

見表1和表2。

表1 鉆井液具體參數(shù)

表2 TBW－1200/7B型泥漿泵各井段技術(shù)參數(shù)

3 各井段施工中出現(xiàn)的問題及解決方法

3.1 一開鉆進(jìn)

一開鉆進(jìn)中(0～240 m)以堵漏、通井為主。

在前期完成的70口井中約有80%存在不同程度的漏失，根據(jù)漏層多少及漏失量的大小分別采用以下方法進(jìn)行處理，取得了理想的效果。

(1)漏層少、漏失量較小或漏點(diǎn)單一的，采取速凝水泥堵漏的辦法堵漏。當(dāng)井漏時(shí)，穿過漏點(diǎn)2～5 m，然后用水泥、白灰、鋸末和氯化鈣按比例攪拌均勻，用鉆具(不接鉆頭)送到漏層位置，起鉆，候凝12 h后向井內(nèi)注水上返到井口。如水位不下降，證明漏層已經(jīng)堵住。此時(shí)可正常施工，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。通井后下φ244.5 mm套管、固井，水泥上返至井口。

(2)漏層多且漏失嚴(yán)重時(shí)，可采用清水鉆進(jìn)。巖粉隨清水進(jìn)入漏失地層時(shí)，常常會(huì)堵住裂隙通道，沖洗液重新建立循環(huán)。當(dāng)鉆穿凝灰?guī)r、硅化石英巖時(shí)，基本已達(dá)到設(shè)計(jì)深度，為徹底封住凝灰?guī)r、硅化石英巖的漏失，再繼續(xù)鉆進(jìn)15～20 m泥巖。鉆具上提關(guān)泵后井底有巖粉沉淀，鉆具差2～3 m回不到井底時(shí)，通井下φ244.5 mm套管。套管下入后將鉆具(不接鉆頭)下到井底，將水泥漿注入，水泥漿注入量需超過漏層深度所需的量，且水泥內(nèi)外平衡，上鉆候凝12 h。下鉆掃水泥塞至新地層，觀察沖洗液上返量是否消耗，如不消耗說(shuō)明水泥已將下部井段環(huán)空固好。然后，用水泥、白灰、鋸末和氯化鈣按比例攪拌均勻，從井口外環(huán)空注入至井口見水泥漿上返。候凝12 h后可正常鉆進(jìn)。在漏層多、漏失量大的井段固井效果很好。

(3)通井。由于凝灰?guī)r、硅化石英巖硬度大，而膠結(jié)物硬度小，因此牙輪在鉆進(jìn)過程中很容易落渣，出現(xiàn)“狗腿”。首次施工第一口井的一開階段時(shí)，采用常規(guī)方法在通井后下入表套，結(jié)果不到2根，套管就被卡住。加大鉆頭外徑(φ311 mm增至 φ325 mm)后，仍然下不去。后分析原因可能是井壁有鉆頭掃不掉的落渣，“狗腿”仍然存在。針對(duì)這一情況，決定采用新的方法進(jìn)行通井。在φ159 mm鉆鋌上套焊一根φ244.5 mm的套管做通井管(不接鉆頭)，套管外鑲焊合金，這樣使通井管有足夠的重力掃掉井壁落渣，修正“狗腿”。實(shí)際施工時(shí)采用該辦法劃眼一天半，一次下管成功。

3.2 二開鉆進(jìn)

二開(240～350 m)地層為泥巖、砂巖、頁(yè)巖，以泥巖為主，造漿嚴(yán)重。因此控制好鉆井液的粘度、降失水即可。該井段的頁(yè)巖中含不明氣體，混合在鉆井液中，產(chǎn)生大量氣泡，造成泥漿泵上水不均勻，排量減少、泵壓下降，影響鉆井進(jìn)度。通過對(duì)幾種消泡材料試驗(yàn)對(duì)比，最終選定蓖麻油作為消泡劑在適當(dāng)時(shí)加入，取得了較好的效果。

3.3 三開鉆進(jìn)

三開(取心段):350 m～終孔。該井段若單獨(dú)考慮巖心采取率可采用繩索取心工藝。但由于鉆井結(jié)構(gòu)、巖心直徑、巖心采取率及鉆具等因素，現(xiàn)有的繩索取心鉆具及配套取心器無(wú)法滿足鉆井設(shè)計(jì)要求。為解決此問題，我們參考煤田取心器的結(jié)構(gòu)，分別研制了DMD取心器、K3取心器和雙管齊鉆取心器，通過試驗(yàn)對(duì)比，雙管齊鉆取心器效果理想。該取心器特點(diǎn)是:(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝和拆卸方便;(2)取心效果好，達(dá)到90%以上;(3)鉆頭、接頭和取心管長(zhǎng)度可現(xiàn)場(chǎng)情況加工調(diào)配。在三期完成的所有井中，巖(堿)心采取率均達(dá)到鉆井設(shè)計(jì)要求。

3.4 堿層擴(kuò)孔鉆頭的研制及使用

直井四開鉆進(jìn)時(shí)要求將堿層洗開。由于固井水泥將堿層段封死，需要鉆機(jī)將堿層段殘留水泥鉆通且掃凈。掃水泥塞鉆頭直徑為118 mm，固井孔徑200 mm。堿層在取心過程中與沖洗液發(fā)生溶解反應(yīng)，使孔徑增大至250 mm左右。堿層井壁大約有75 mm厚水泥將堿層封死，為此必須將其破壞露出堿層。

方法1:下鉆具接φ118 mm鉆頭掃通堿層位置水泥塞，然后再下射流鉆具，在鉆桿上按一定排布鉆眼，鉆桿底部留一小眼排水，循環(huán)高壓沖洗液從水眼射到井壁水泥上，破壞水泥。在沖洗過程中觀察振動(dòng)篩巖粉是否含堿顆粒。測(cè)井檢查井徑超過250 mm，則可以完井。

存在問題:(1)沖洗時(shí)間長(zhǎng)，(2)井徑不規(guī)則。方法2:借鑒煤層氣擴(kuò)孔鉆頭原理，現(xiàn)場(chǎng)加工偏心鉆頭(圖2)。

圖2 偏心鉆頭

工作原理:在回轉(zhuǎn)過程中鉆頭偏斜刮井壁將井徑擴(kuò)大。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):V005UA井首先下掃塞鉆頭掃到設(shè)計(jì)深度，上鉆下偏心鉆頭從堿層頂板到底板擴(kuò)孔，反復(fù)5次井徑逐漸增大，測(cè)井達(dá)到φ350 mm。試驗(yàn)效果很好達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

特點(diǎn):(1)擴(kuò)孔時(shí)間短;(2)井徑規(guī)則;(3)不需測(cè)井驗(yàn)證。

3.5 水平井對(duì)接

如圖3所示，本次施工中較為常見的是三井組單元。除此之外，還有較為復(fù)雜的五井井組。在對(duì)接過程中，采用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所研制的“慧磁”中靶引導(dǎo)系統(tǒng)，順利完成井組的對(duì)接任務(wù)。

圖3 三井組單元示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

土耳其貝帕扎里堿礦是目前世界上采用水溶法開采的最大規(guī)模的天然堿工程，該工程由東煤103隊(duì)與勘探技術(shù)研究所合作完成，采用了成熟的水平對(duì)接技術(shù)，克服了地層漏失、泥漿起泡、取心困難和擴(kuò)孔不便等諸多困難，提前完成了所有工程的施工，得到了業(yè)主的好評(píng)。

［1］趙金洲，張桂林.鉆井工程技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2005.

［2］韓志勇.定向井設(shè)計(jì)與計(jì)算［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1989.

［3］曾義金，樊洪海.空氣和氣體鉆井手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2006.

［4］中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專業(yè)委員會(huì)，中國(guó)石油學(xué)會(huì)石油地質(zhì)專業(yè)委員會(huì).2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集［M］.北京:地質(zhì)出版社，2008.

［5］云南省地質(zhì)局，四川省地質(zhì)局，廣東省地質(zhì)局.巖心鉆探定向鉆進(jìn)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1979.

Technology of Horizontal Butted Well Construction in Beypazari Natural Alkali Mine of Turkey

GONG Ru-gang1，CAO Fu-de1，CAO Wen-zhong1，TIAN Zhong-fu1，HUANG Gui2(1.103 Exploration Team，Northeast Coalfield Geological Bureau，Liaoyang Liaoning 111000，China;2.101 Exploration Team，Northeast Coalfield Geological Bureau，Tiefa Liaoning 111000，China)

According to the study on construction technology of horizontal butted well of Beypazari natural alkali mine，improvement were made on drilling technology，treatment of loss zone，development of well drifting tools for casing and reaming tools in ore seam to support the construction in normal procedure.

natural alkali mine;directional butted well;circulation lost;leakage stoppage;well drifting;casing

P634.7

A

1672－7428(2011)07－0019－03

2011－03－21

宮如剛(1964－)，男(漢族)，遼寧沈陽(yáng)人，東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)助理、工程師，探礦工程專業(yè)，從事地質(zhì)勘探工作，遼寧省遼陽(yáng)市白塔區(qū)徐往子街159號(hào)，grg103@163.com;曹福德(1967－)，男(漢族)，遼寧大連人，東北煤田地質(zhì)局103勘探隊(duì)副隊(duì)長(zhǎng)、教授級(jí)高級(jí)工程師，探礦工程專業(yè)，從事地質(zhì)勘探工作，cfd67@163.com。