伊春西嶺地?zé)峋@探施工工藝與方法

張鴻飛

(黑龍江省煤田地質(zhì)二〇四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600)

伊春西嶺地?zé)峋@探施工工藝與方法

張鴻飛

(黑龍江省煤田地質(zhì)二〇四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600)

本文主要論述了用RPS 3200鉆機及配套設(shè)備施工地?zé)峋娜窟^程，對施工過程中出現(xiàn)的井斜超標(biāo)、鉆鋌折斷等問題進行了分析研究，找出了問題的原因，制定了解決問題的辦法，完成了該井的施工任務(wù)，同時吸取經(jīng)驗，接受教訓(xùn)，為今后施工奠定基礎(chǔ)。

地?zé)?；鉆井；工藝

0 引言

在花崗巖地區(qū)尋找地下熱水資源，對于黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊來說還是第一次，特別是在花崗巖地層，并且是在破碎帶中施工2700 m的深井，也是第一次嘗試，施工難度非常大。這對我們來說是一次新的挑戰(zhàn)，新的機遇，同時也給我們提出了新的技術(shù)課題。

1 設(shè)計目的與主要任務(wù)

1.1 目的

(1)獲取水溫、水量、水質(zhì)達到開發(fā)利用的地?zé)豳Y源，滿足投資方對地?zé)岬男枨螅?/p>

(2)通過鉆探施工，初步查明地?zé)醿拥膸r性、儲水結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度和富水性。

1.2 主要任務(wù)

(1)測定地層增溫率、電阻率、自然電位等，為評價本地區(qū)地?zé)豳Y料獲得參數(shù)，同時為本地區(qū)地?zé)岬拈_發(fā)積累基礎(chǔ)資料；

(2)成井后進行抽水試驗、水質(zhì)分析，為評價該地區(qū)地?zé)豳Y源提供水文地質(zhì)參數(shù)，計算初步儲量，為今后的地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用提供可靠依據(jù)。

2 地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 地理位置及地質(zhì)條件

井位位于一南北向延伸山谷的南端，附近地形以寬闊山谷與平緩山丘或較陡之山脊相間所構(gòu)成的丘陵山地為主，屬于小興安嶺南端地形延伸的一部分。

在大地構(gòu)造單元分區(qū)上，本地區(qū)位于伊春延壽褶皺帶上，地表為巨大的南北向花崗巖占據(jù)，從元古代到中生代都有分布，以晚印支期中酸性花崗巖最為發(fā)育。該地?zé)峋幵诘刭|(zhì)活躍地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。本地區(qū)火成巖以花崗巖為主，屬于一種酸性侵入巖體，單獨的花崗巖體外觀呈近似圓形，若多個花崗巖侵入體沿某一弱帶侵入，則風(fēng)化后形成延長狀山脊地貌。除花崗巖體之外，本地區(qū)可能包括有其他噴出火山巖流穿插，包括安山巖、流紋巖或玄武巖，甚至有火山碎屑巖或火山沉積巖，地層分布及地質(zhì)構(gòu)造甚為復(fù)雜。本地區(qū)近期(新生代以來)的大地構(gòu)造活動并不強烈，因此新生代以來地形之發(fā)展主要受到地表風(fēng)化侵蝕之外營力作用所控制，故發(fā)展成目前壯年期至老年期地形特征，原始火成巖之構(gòu)造形貌仍隱約可見。

2.2 水文地質(zhì)條件

基于對本地區(qū)地形現(xiàn)況以及一些零星地質(zhì)露頭的觀察，對本地區(qū)地下可能遇到的一些巖層的水文地質(zhì)特性描述如下，以作為建立本地區(qū)地下熱礦水地質(zhì)模式之參考依據(jù)。

2.2.1 表土及沖積層

地表由泥、砂、礫石組成，主要分布于河谷及兩側(cè)低平地表層之堆積層，底部以不整合關(guān)系與下伏巖盤接觸。該地層井隙率及滲透率均高，內(nèi)充滿自由地下水，水位通常接近地表或地下1～2 m內(nèi)。此種蓄流于沖積層內(nèi)的地下水為冷水，如龍頭附近即有因階地崖高差而在崖腳有地下水滲出現(xiàn)象。

2.2.2 火成侵入巖體

成分以花崗巖為主，巖質(zhì)堅硬致密，原生井隙率及滲透率均極低，本身不含水，但花崗巖因堅硬致密，在大地應(yīng)力作用下常易發(fā)展出規(guī)則的破裂面(節(jié)理)，成為地面水入滲、地下水流通的重要管道。

2.2.3 火山噴出巖流

外觀常呈層狀，由火山噴發(fā)口向四周低處流動傾下，主要巖石種類包括酸性流紋巖、中性安山巖及基性玄武巖等。此等巖流巖質(zhì)致密，原生井隙率及滲透率均低，但部分噴出巖流含有氣井而稍具滲透率，部分可流通或蓄存少量地下水。噴出巖可以在冷凝收縮或大地應(yīng)力作用下產(chǎn)生多組節(jié)理裂隙，當(dāng)這些節(jié)理裂隙發(fā)達時亦可流通或蓄存部分地下水。

2.2.4 火山碎屑巖或火山沉積巖

為火山強烈爆發(fā)時，火山灰、火山巖屑或火山泥流沉積而成，具有層理，常與火山巖流互層，成巖后包括凝灰?guī)r、凝灰角礫巖、集巖塊以及各種火山碎屑巖。此等巖石具有與沉積巖類似的井隙率及滲透率，有時可為地下水良好的儲水層及通水層。

以上火山噴出巖及火山碎屑巖具有原生井隙率及滲透率，巖層本身即可儲存或流通地下水，此點由大慶油田方面近年來研究深層火山巖層，已證實可儲存并生產(chǎn)油氣得到證明。 次生井隙或裂隙為本地區(qū)火成巖地層最重要的儲水及通水構(gòu)造，這些次生井隙包括斷層帶或斷裂帶、節(jié)理裂隙、巖流與巖流間的不整合面以及侵入巖體與圍巖間的擠壓接觸帶等。

3 鉆探工程設(shè)計與施工

3.1 設(shè)計

3.1.1 完井層位及井深

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)和巖性特點，該地?zé)峋赉@深度位于燕山期花崗巖段，設(shè)計終井深度約2700 m，在達到設(shè)計深度時，視鉆遇的實際地層情況和漿液漏失量確定完鉆層位。

3.1.2 井徑

各井段的井徑設(shè)計如下：一開深度0～10 m，井徑≥445 mm；二開深度10～1600 m，井徑≥311 mm；三開深度1600～2700 m，井徑≥216 mm。3.1.3 技術(shù)套管

技術(shù)套管確定如下：一開深度0～10 m，套管規(guī)格?339.7 mm×8 mm，下深視基巖深度而定，原則上進入完整基巖不少于1m；二開深度10～1600m，套管規(guī)格?244.5 mm×8.94 mm，下深0～1600 m，套管高出地面0.3 m，井口套管必須保證螺紋完好并用接箍保護；三開深度1600～2700 m，地層完整時可以裸井完井，當(dāng)?shù)貙悠扑闀r，下入?177.8 mm×8.05 mm的套管和濾水花管，下深1580～2700 m，一開套管與二開套管重疊大于20 m。

3.1.4 井身結(jié)構(gòu)

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計及有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 井身結(jié)構(gòu)一覽表

3.2 鉆進施工

3.2.1 設(shè)備選擇

由于該井設(shè)計孔深較深，設(shè)備要求能力比較高，為確保該井順利完成，設(shè)備使用的是張家口探礦機械廠生產(chǎn)的RPS 3200型鉆機及其配套設(shè)備。實踐證明，該套設(shè)備能力強，故障率低，耗能小。具體情況見表2。

表2 井鉆進施工所需設(shè)備

3.2.2 施工簡介

該井于2013年6月2日8:00開始一開鉆進，采用?444.5 mm牙輪鉆頭鉆進至井深10.86 m時見完整花崗巖，下入?339.7 mm表層套管，固井。二開鉆進于2013年6月6日開始，采用?311 mm牙輪鉆頭鉆進至井深754.08 m時，根據(jù)鉆遇地層巖石的完整程度，并以紙介質(zhì)上報到甲方，經(jīng)甲方現(xiàn)場負(fù)責(zé)人簽署同意協(xié)議后，提前結(jié)束二開鉆進，下入?244.5 mm套管，固井。三開鉆進于2013年7月9日開始，采用?215.9 mm牙輪鉆頭鉆進至井深2702.51 m，裸眼完井。因施工中出現(xiàn)了井斜，經(jīng)鐘擺鉆具糾斜、螺桿鉆具定向糾斜后，恢復(fù)正常鉆井，后期因在起鉆時工人操作不慎出現(xiàn)了跑鉆事故，延誤了工期。

3.2.3 鉆具組合及井身結(jié)構(gòu)

(1)一開鉆具組合

?444.5 mm牙輪鉆頭+?178 mm鉆鋌+133 mm×133 mm方鉆桿。

(2)二開鉆具組合

?311 mm牙輪鉆頭+WL311螺旋扶正器+?203 mm鉆鋌(1根)+ WL311螺旋扶正器+?178 mm鉆鋌(2根)+ WL311螺旋扶正器+?178 mm鉆鋌(11根)+?159 mm鉆鋌(10根)+?89 mm鉆桿+133 mm×133 mm方鉆桿。

(3)三開鉆具組合

?215.9 mm牙輪鉆頭+ WL215螺旋扶正器+?178 mm鉆鋌(1根)+ WL215螺旋扶正器+?178 mm鉆鋌(2根)+ WL215螺旋扶正器+?178 mm鉆鋌(9根)+?159 mm鉆鋌(6根)+?89 mm鉆桿+133 mm×133 mm方鉆桿。

(4)定向鉆進鉆具組合

?215.9 mm牙輪鉆頭+螺桿鉆具+定向接頭+?178 mm 鉆鋌(1根)+減振器+?178 mm鉆鋌(8根)+?159 mm鉆鋌(2根)+?89 mm鉆桿+133 mm×133 mm方鉆桿。

施工過程中實際井身結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 井身結(jié)構(gòu)圖

3.2.4 鉆頭使用

由于是第一次在花崗巖地層使用牙輪鉆頭施工，所以在鉆頭的選擇使用上還只是摸索階段。該井使用鉆頭施工情況見表3。

從表2可知，該井共使用牙輪鉆頭36只，其中?444.5 mm一只，?311 mm五只，?215.9 mm三十只。鉆頭最高使用壽命深度為202.05 m，最低使用壽命深度為10.75 m(有的鉆頭還可以正常使用)，平均使用壽命深度為77.21 m。

這說明在鉆頭使用上還存在一定的問題，主要是經(jīng)驗不足，一是鉆頭在井底是什么狀況，應(yīng)不應(yīng)該起鉆，還能不能打，能打打多長時間判斷不清；二是對巖石軟硬判層不清，不知道鉆頭在井底能打多深，

表3 各種鉆頭選擇使用表

所以有時鉆頭打的超過正常使用時間，鉆頭外徑變瘦，使井徑變小，換鉆頭后要進行長井段掃孔，導(dǎo)致鉆頭異常磨損。有時鉆頭還沒到不能使用程度就起鉆，增加了輔助時間，縮短了純鉆時間，使效率下降。

3.2.5 鉆進參數(shù)選擇

(1)一開鉆進

鉆壓0.5～20 kN，轉(zhuǎn)速33 r/min，排量28 L/s，泵壓0～2 MPa。

(2)二開鉆進

鉆壓40～160 kN，轉(zhuǎn)速75 r/min，排量28 L/s，泵壓2～8 MPa。

(3)三開鉆進

鉆壓40～140 kN，轉(zhuǎn)速75 r/min，排量18～28 L/s，泵壓8～18 MPa。

(4)定向鉆進

鉆壓60～80 kN，轉(zhuǎn)速75 r/min，排量28 L/s，泵壓8～20 MPa。

3.2.6 鉆井液的使用

一開鉆進采用細(xì)分散泥漿，二開鉆進至下完表層套管換用低固相泥漿，三開鉆進至2048.02 m使用低固相泥漿，2048.02 m至完鉆采用無固相泥漿。

(1)0～754.08m使用細(xì)分散泥漿，配方為：鈉基膨潤土+純堿+羧甲基纖維素；泥漿性能：密度1.10～1.30 g/cm3，漏斗黏度25～30s，濾失量8～10 mL/30 min，泥皮厚1.5～2 mm，含砂量小于0.4%，pH8～10。

(2)754.08～2048.02 m使用低固相泥漿，配方為：鈉基膨潤土+純堿+羧甲基纖維素+腐植酸鉀+潤滑劑；泥漿性能：密度1.05～1.10 g/cm3，漏斗黏度17～24.5 s，濾失量6～8 mL/30 min，泥皮厚1～1.5 mm，含砂量小于0.4 %，pH 8～10。

(3)2048.02～2702.51 m使用無固相泥漿，配方為：羧甲基纖維素+聚丙烯酰胺+腐植酸鉀+潤滑劑；泥漿性能：密度1.05 ～1.10 g/cm3，漏斗黏度17～24.5 s，濾失量6～8 mL/30 min，泥皮厚1～1.5 mm，含砂量小于0.4 %，pH 8～10。

3.2.7 時效分析

詳情見表4和表5。

表4 時效分析表

表5 側(cè)鉆時間表

處理跑鉆事故時間為37天。因處理事故在井底殘留近200 m鉆具，所以采用水泥封井至1611.64 m，再用螺桿鉆具側(cè)向鉆進，繞過事故鉆具，于2013年11月15日開始側(cè)鉆，2013年12月15日開始放假，于2014年3月3日開始施工，放假時間為78天，于2014年4月13日鉆探施工結(jié)束。

該井所用的作業(yè)總臺時為5700.17 h，其中鉆探作業(yè)臺時為3556.50 h，非鉆探作業(yè)臺時為740.17 h，處理事故臺時為888.00 h，側(cè)鉆臺時為515.50 h。鉆探作業(yè)臺時中的純鉆臺時為2116.67 h。

由此可知，該井時效為1.28 m/h，臺月數(shù)4.94，臺月效率547.07 m，純鉆率37%，鉆月數(shù)7.9，鉆月效率342.09 m。從上述數(shù)字可以看出效率低的原因，一是糾斜鉆進影響了效率的提高；二是因處理斷鉆導(dǎo)致效率下降；三是時間利用率低，停等時間過長，說明在生產(chǎn)管理上還有不足之處，這一點應(yīng)在今后工作中加以改進，加強管理工作才能提高生產(chǎn)效率。

4 取得的鉆探、地質(zhì)成果

4.1 鉆探成果

(1)大口徑牙輪鉆進在井深上突破了2000 m大關(guān)，達到2702.51 m，這對黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊來說是一個重大突破；

(2)通過定向糾斜鉆進，掌握并能熟練地利用了隨鉆測斜技術(shù)，這為今后施工水平井、定向井奠定了基礎(chǔ)；

(3)熟練掌握了螺桿鉆進技術(shù)用于大口徑牙輪鉆進，為今后把這一技術(shù)推廣到小口徑繩索取心鉆進打下了堅實的基礎(chǔ)；

(4)硬巖地區(qū)使用牙輪鉆進技術(shù)，在時效上突破了1 m/h，為今后在硬巖地區(qū)施工使用牙輪鉆進技術(shù)提高效率開了個好頭；

(5)鍛煉了隊伍，增長了經(jīng)驗，提高了職工鉆探技術(shù)水平，為大口徑鉆探施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

4.2 地質(zhì)成果

(1)完井井斜角控制在2°以內(nèi)，雖然在井深1050 m處井斜角最大達到了12.5°，但經(jīng)過定向糾斜鉆進使井斜角最終控制在2°以內(nèi)，這在二○四隊鉆探史上創(chuàng)下了奇跡；

(2)該井出水量達到6 m3/h，出口水溫達到30 ℃；

(3)通過水質(zhì)化驗的結(jié)果來看該井水質(zhì)良好，屬于優(yōu)質(zhì)深層地下水，完全符合開發(fā)利用地下熱水資源的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為甲方做好綠色旅游開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

5 施工出現(xiàn)的問題及解決方法

5.1 問題

(1)沒有認(rèn)真執(zhí)行《伊春市西嶺地?zé)峋┕そM織設(shè)計》中每100 m測量井斜一次，導(dǎo)致二開下完套管(754.83 m，此時井斜角為1.7°)后至1005.82 m井斜角增至8.4°，不得已采取跟蹤測斜糾斜的辦法進行糾斜。

(2)錯誤地認(rèn)為花崗巖地層因為沒有層理和傾角，所以采用牙輪鉆頭施工不可能出現(xiàn)井斜。

(3)由于鉆鋌質(zhì)量問題導(dǎo)致鉆鋌折斷9次，在處理斷鉆事故時由于經(jīng)驗不足，絲錐吃扣深度不夠，在起鉆過程中發(fā)生跑鉆事故。分析斷鉆的原因：一開始認(rèn)為是井斜角大，鉆進過程中阻力大導(dǎo)致鉆鋌從內(nèi)螺紋根部折斷，后來把這些鉆鋌換下用到烏伊嶺地?zé)峋┕?當(dāng)時井深為425 m，井斜角為0.5°)，結(jié)果還是出現(xiàn)了鉆鋌從內(nèi)螺紋根部折斷現(xiàn)象，最后把這部鉆鋌全部停止使用；后來才知道斷鉆還是鉆鋌質(zhì)量不合格，材質(zhì)不過關(guān)所致。

5.2 造成的后果

(1)由于井斜增加不得已采取跟蹤測斜糾斜的辦法進行施工，導(dǎo)致效率下降，使施工時間延長。

(2)由于處理跑鉆事故，使施工時間加長，鉆探成本增加。

(3)因整個鉆探施工周期延長，給單位造成了不利的影響，也給業(yè)主帶來了不便，并留下了不好的印象。

5.3 解決問題的方法

(1)采取跟蹤測斜糾斜的辦法進行施工，避免了井斜角的增加，控制住了井斜。

(2)由于在處理斷鉆時在井底殘留了近200m的事故鉆具，無法進行正常鉆井施工，后采用封井側(cè)鉆的方法，繞過事故鉆具順利完成了該井的全部施工任務(wù)。

(3)認(rèn)真吸取教訓(xùn)，要改變錯誤的觀念，吃一塹，長一智，認(rèn)真執(zhí)行施工組織設(shè)計，不打折扣。

6 結(jié)束語

通過該井的施工，既看到了我們的隊伍在大口

徑鉆探施工中存在的各種不足之處，也積累了大口徑施工的經(jīng)驗，學(xué)到了隨鉆測斜技術(shù)及定向鉆進技術(shù)，吸取了很多教訓(xùn)，特別是在一些細(xì)節(jié)問題上找到了解決的辦法，為今后在地?zé)峋按罂趶姐@探施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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2017-04-20

張鴻飛(1963-)，男，吉林舒蘭人，黑龍江省煤田地質(zhì)二〇四勘探隊高級工程師，探礦工程專業(yè)，主要從事鉆探生產(chǎn)與管理工作，黑龍江省七臺河市桃山區(qū)景豐路22號，E-mail：zhf6510248@163.com。

P634.5

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1009-282X(2017)04-0024-05