柴達(dá)木盆地某鉀鹽勘探孔高壓鹵水層固井工藝

毛連義，王悅琪，王磊

（山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253015）

柴達(dá)木盆地某鉀鹽勘探孔高壓鹵水層固井工藝

毛連義，王悅琪，王磊

（山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253015）

本文結(jié)合該鉀鹽勘探孔的施工情況，總結(jié)了在此類地區(qū)進(jìn)行勘探施工可行的施工工藝，闡述了該地區(qū)高承壓鹵水井段的固井工藝。

鉀鹽勘探；施工工藝；高承壓鹵水；固井工藝

1 引言

鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要生產(chǎn)資料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)是一個(gè)公認(rèn)的貧鉀國(guó)。目前我國(guó)絕大多數(shù)的鉀肥需要進(jìn)口，且進(jìn)口量每年都在遞增。柴達(dá)木盆地大多為鹵水鹽湖沉積，富含鉀、鈉、鎂、鋰、芒硝等稀有礦產(chǎn)。國(guó)家對(duì)此非常重視，不管是中央還是地方，近幾年對(duì)有關(guān)鉀鹽方面的投入都有了大幅度提高。我單位自2008年開始進(jìn)入該地區(qū)進(jìn)行鉀鹽勘探以來(lái)至今已有五年，在該地區(qū)施工逐漸摸索出了一套可行的施工工藝，特別是遇到了高承壓鹵水，使施工無(wú)法進(jìn)行。我們根據(jù)實(shí)際地層情況選擇了固井封隔措施，對(duì)此段高承壓鹵水層進(jìn)行有效封堵，解決了因涌水造成后續(xù)施工無(wú)法進(jìn)行的現(xiàn)狀，順利的完成施工任務(wù)，達(dá)到了預(yù)期目的。本文通過(guò)一實(shí)際施工情況，介紹在此地施工時(shí)，遇到類似情況可以采取的有效措施。

2 工程概況

2.1 地理概況

該鉆孔所處地域海拔2700～3200m，屬典型的內(nèi)陸干旱氣候，氣候寒冷，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，日溫差大，屬極度干旱區(qū)。全區(qū)內(nèi)土地高度鹽化，寸草不生，渺無(wú)人煙，屬典型的荒漠地帶，施工極不方便。

2.2 工程基本情況

該井設(shè)計(jì)井深1000m，要求全孔取芯，巖芯采取率平均不低于70%，礦芯采取率不低于80%，終孔口徑不少于130mm，地層內(nèi)廣泛分布著層間高承壓鹵水。要求在井深600m下入ф219套管封隔淺部地層。

2.3 工程鉆遇地層情況

通過(guò)鉆探可知該地區(qū)所鉆遇絕大部分地層為石鹽、芒硝、石膏段，但與以下地層相互交替形成互層：含粉砂的石鹽；含粉砂、芒硝的石鹽；含石鹽、粉砂的粘土；純石鹽；含石鹽、石膏的淤泥；含淤泥的石鹽；含淤泥、芒硝的石鹽；含芒硝、石膏的淤泥；含石鹽的芒硝；含石膏的淤泥；含粉砂、淤泥的石鹽；含粉砂的鉀石鹽；含石鹽的光鹵石；含白鈉鎂礬的芒硝；含白鈉鎂礬的光鹵石；含石鹽的淤泥；含白鈉鎂礬的石鹽；含石膏的粘土；含芒硝的白鈉鎂礬；含石膏的粘土；含芒硝的石鹽；含石鹽的粉砂；含石鹽、石膏的粘土；含鉀石鹽的石鹽；含石鹽、石膏的粉砂質(zhì)泥巖。

3 設(shè)備選擇

依據(jù)工程概況選用主要設(shè)備見表1。

表1

（續(xù)表）

4 施工工藝

4.1 鉆具組合

取芯鉆具組合：φ150硬質(zhì)合金肋骨鉆頭＋φ127單通取芯管＋φ121彈子接手＋φ89鉆桿＋主動(dòng)鉆桿。

表層套管擴(kuò)孔鉆具組合：φ311自制三牙輪組合鉆頭＋φ178鉆挺＋φ89鉆桿＋主動(dòng)鉆桿。

技術(shù)套管擴(kuò)孔鉆具組合：φ290自制三牙輪組合鉆頭＋φ285套管導(dǎo)正器＋φ178鉆挺＋φ89鉆桿＋主動(dòng)鉆桿。

4.2 取芯方法

因該地區(qū)地層主要以可溶性鹽類為主，硬度相對(duì)較低，所以取芯可選用單管干鉆燒芯法，如取芯特別困難時(shí)可選用自鎖取芯鉆具進(jìn)行自鎖取芯法。

4.3 鉆進(jìn)參數(shù)

為保證取芯效果并結(jié)合所用取芯鉆具的能力，取芯作業(yè)時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)一般選用，鉆壓10～30k N，轉(zhuǎn)速40～80r／min，泵量300～600L／min為宜；當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，鉆進(jìn)參數(shù)一般選用，鉆壓20～40k N，轉(zhuǎn)速60～100r／min，泵量采用最大泵量。

5 具體施工情況

5.1 表層套管段施工

由于表層套管段有漏失層，加之為了預(yù)防下部有涌水層，所以表層段我們?cè)O(shè)計(jì)在井深64m處下入表層套管固井并安裝溢流閥門，依據(jù)SY／T 5730—1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行固井，具體表層套管結(jié)構(gòu)見圖1。

我們選用取芯鉆具組合首先完成取芯鉆進(jìn)64米，然后采用擴(kuò)孔鉆具組合完成表層64米擴(kuò)孔鉆進(jìn)，依據(jù)實(shí)際情況下入φ245套管后開始固井，固井方法如圖1：由鉆桿1通過(guò)表層套管密封接頭2與表層套管3相連接，水泥漿通過(guò)箭頭6指示方向由鉆桿進(jìn)入套管并經(jīng)套管底部由套管與孔壁環(huán)狀間隙返出地面，依據(jù)所計(jì)算的替漿量準(zhǔn)確替出鉆桿與套管內(nèi)的水泥后進(jìn)行候凝，根據(jù)我們的施工經(jīng)驗(yàn)，在水泥初凝期即可卸開表層套管密封接頭，并在繼續(xù)候凝期間在表層套管上加工溢流閥門4，以防止出現(xiàn)溢流時(shí)及時(shí)處理。

圖1

5.2 井涌段施工

施工完表層并下入64m套管固井后，即開始進(jìn)入正常鉆進(jìn)。我們開始采用取芯鉆具組合進(jìn)行正常鉆進(jìn)，由于先前對(duì)該地層詳細(xì)情況并不了解，加之該地域下部地層詳細(xì)情況收集不完全。所以，我們?cè)谀酀{處理方面并沒(méi)有做特殊工作。當(dāng)我們施工至井深137m時(shí)開始出現(xiàn)井涌現(xiàn)象，但起初井涌并不是很大，我們采取用重晶石粉加重泥漿后，井涌現(xiàn)象得到控制。繼續(xù)鉆進(jìn)至290m后，又出現(xiàn)井涌。由于當(dāng)班人員松懈未及時(shí)對(duì)井涌現(xiàn)象進(jìn)行控制，使井涌加劇，待到井涌量大至一定程度時(shí)再進(jìn)行壓井已經(jīng)無(wú)法壓制，為了保證工期如期進(jìn)行，我們只好依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行頂涌鉆進(jìn)。在頂涌鉆進(jìn)期間，為了保證施工安全，我們依據(jù)實(shí)際情況，定期注入稠泥漿以用來(lái)攜帶孔內(nèi)巖粉，防止孔底巖粉過(guò)多而產(chǎn)生埋鉆事故。當(dāng)我們施工至井深626m，取芯困難，孔內(nèi)巖粉增多，孔底沉淀最多時(shí)可達(dá)十余米，此時(shí)如再不采取措施，孔內(nèi)埋鉆事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成不可避免的鉆孔報(bào)廢事故。通過(guò)我們?cè)诖硕稳⌒俱@進(jìn)中經(jīng)驗(yàn)可知，如果涌水段未穿過(guò)，鉆取巖粉可隨井內(nèi)涌水上返出來(lái)，不會(huì)造成孔底沉淀過(guò)多而埋鉆，現(xiàn)出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象可證明涌水段已穿過(guò)，為保證后續(xù)施工安全，可采取下套管封堵該段地層后再進(jìn)行施工相對(duì)就比較安全。經(jīng)我單位技術(shù)人員協(xié)商后決定停止施工進(jìn)行固井。

5.2.1 井涌段一次固井過(guò)程

為保證下管順利，在下入φ219技術(shù)套管前先進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，采用擴(kuò)孔鉆具組合擴(kuò)至井深626m開始下入技術(shù)套管。通過(guò)在下管時(shí)技術(shù)套管內(nèi)外都出現(xiàn)涌水這一現(xiàn)象可判定一次固井不能全部封堵涌水層，為此我們決定采取二次固井方法對(duì)該段地層進(jìn)行封堵。第一次固井方法見圖2。

圖2

技術(shù)套管9通過(guò)密封接頭2與鉆具1相聯(lián)接后開始固井，水泥漿經(jīng)由鉆具1、密封接頭2、技術(shù)套管9沿箭頭指示方向8流入技術(shù)套管與井壁間環(huán)形空間并填沖。為保證固井效果，應(yīng)盡可能多的注入水泥漿，此量可依據(jù)井深三分之二進(jìn)行計(jì)算。完成固井后準(zhǔn)確替出鉆具內(nèi)水泥進(jìn)行候凝，可持續(xù)候凝36小時(shí)后卸開密封接頭2進(jìn)行觀察，如技術(shù)套管內(nèi)不再涌水即可證明底部已封死，可進(jìn)行下次固井對(duì)上部進(jìn)行封堵，如卸開密封接頭后，技術(shù)套管內(nèi)仍然涌水，還得繼續(xù)加固。本次固井，我們第一次固井效果良好，卸開密封接頭后，技術(shù)套管內(nèi)并未出現(xiàn)涌水，說(shuō)明一次固井良好，可進(jìn)行二次固井。

5.2.2 井涌段二次固井過(guò)程

一次固井結(jié)束后我們即開始進(jìn)行二次固井。二次固井方法見圖3。

為保證二次固井效果，首先加工密封接頭10把技術(shù)套管密封好，以防止水泥漿進(jìn)入，再加工一只密封接頭2與表層套管3相聯(lián)接，然后再由鉆具與密封接頭2聯(lián)接好，并關(guān)閉溢流閥門4即可開始固井，此時(shí)水泥漿經(jīng)由鉆具2沿箭頭9方向進(jìn)入技術(shù)套管與井壁所形成的環(huán)形空間并依據(jù)實(shí)際壓力情況注入水泥漿，經(jīng)密閉候凝36小時(shí)后開啟溢流閥門4檢測(cè)是否出現(xiàn)涌水，如依然涌水，則再次注水泥漿固井，如不再出現(xiàn)涌水，則可證明固井良好。本次經(jīng)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)涌水則可證明固井良好，可卸開二次固井工具，進(jìn)行下部正常施工。

圖3

5.3 固井注意事項(xiàng)

為保證鹽水固井質(zhì)量，固井材料宜選用G級(jí)高抗固井水泥，泥漿比重達(dá)到1.8以上，固井前應(yīng)對(duì)固井設(shè)備進(jìn)行連續(xù)試運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證固井的連續(xù)性，固井水泥及替漿量應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤。

5.4 后續(xù)施工

經(jīng)過(guò)二次固井后，把井涌段完全封固，然后再依據(jù)正常工藝進(jìn)行鉆進(jìn)。為保證后續(xù)施工安全，我們采取嚴(yán)格的施工措施，特別是泥漿方面加強(qiáng)了檢測(cè)，制定了如下注意事項(xiàng)：（1）每?jī)尚r(shí)測(cè)量一次泥漿比重，使泥漿比重始終保持1.66，隨時(shí)填加重晶石粉用以平衡地層壓力；（2）提下鉆時(shí)注意合理運(yùn)用速度，避免引起壓力激動(dòng)造成井涌再次出現(xiàn)；（3）安排專人對(duì)井口液面進(jìn)行觀察，時(shí)刻掌握溢流情況；（4）發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停鉆進(jìn)行壓井，避免溢流嚴(yán)重?zé)o法壓井。

經(jīng)過(guò)以上施工措施后，后續(xù)施工順利完成，終孔順利施工至1000m井深，未再發(fā)生井涌現(xiàn)象，巖芯采取率及抽水試驗(yàn)均達(dá)到要求。

6 現(xiàn)場(chǎng)施工圖片

圖4為涌水溢流閥門，固井前涌水量約為30方每小時(shí)；圖5為二次固井密封處理。

圖4 涌水圖片

圖5 工人正在進(jìn)行二次固井密封工作

7 成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

成功的經(jīng)驗(yàn)有兩條：

（1）由于合理運(yùn)用技術(shù)套管對(duì)涌水段進(jìn)行封隔，保證了后續(xù)施工的安全。

（2）針對(duì)高壓鹽水層的特殊情況采取二次固井方法，有效地封隔了涌水段。

獲取的教訓(xùn)也有兩條：

（1）由于對(duì)井涌認(rèn)識(shí)不夠重視，所以在進(jìn)場(chǎng)時(shí)準(zhǔn)備壓井材料相對(duì)較少，因此在井涌出現(xiàn)時(shí)未能及時(shí)進(jìn)行有效壓井，使井涌出現(xiàn)并導(dǎo)致無(wú)法壓井被迫進(jìn)行頂涌鉆進(jìn)致使施工成本增加。提示我們以后在鹽湖上進(jìn)行施工時(shí)，進(jìn)場(chǎng)一定準(zhǔn)備足夠多的壓井材料，以防出現(xiàn)井涌時(shí)能及時(shí)調(diào)制加重泥漿進(jìn)行有效壓井。

（2）在安裝技術(shù)套管時(shí)沒(méi)有考慮到涌水段的壓力，套管間相互聯(lián)接時(shí)僅是用絲扣聯(lián)接并未進(jìn)行密封焊接，所以在對(duì)技術(shù)套管上下部位進(jìn)行二次固井密封后發(fā)現(xiàn)中間涌水段由技術(shù)套管絲扣部位滲水，但滲水量不是很大并未影響后續(xù)施工，但這也證明在下入技術(shù)套管時(shí)應(yīng)該聯(lián)接后再用焊接方法進(jìn)行密封處理。

［1］ 鄢捷年.鉆井液工藝學(xué)［M］.山東東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2001.

TU473.14

A

1009－282X（2013）02－0026－04

2012－10－25

毛連義（1969－），男（漢族），山東金鄉(xiāng)人，山東省魯北地質(zhì)工程勘察院鉆探與設(shè)備管理科科長(zhǎng)、工程師，探礦工程專業(yè)，從事地?zé)峋?、水井施工技術(shù)與設(shè)備管理工作，Tel：13573454169，E－mail：sddzmly＠sina.com。