江蘇某鹽礦勘探孔鉆探技術(shù)分析

陳 強(qiáng) 丁海英

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

江蘇某鹽礦勘探孔鉆探技術(shù)分析

陳 強(qiáng) 丁海英

(陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

為了確保在鹽巖地層順利鉆探勘探孔，結(jié)合鉆探工藝優(yōu)化的原則對(duì)江蘇地區(qū)某鹽礦勘探孔施工進(jìn)行了技術(shù)分析，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告設(shè)計(jì)孔身結(jié)構(gòu)采用三級(jí)口徑成孔并配備塔式鐘擺鉆具組合進(jìn)行施工，通過(guò)確定合理的鉆進(jìn)工藝、采取嚴(yán)格的規(guī)程參數(shù)，順利完成了該勘探孔施工任務(wù)。

鹽巖層，鹽水泥漿，孔身結(jié)構(gòu)，鉆具組合

江蘇某鹽礦區(qū)位于華北地臺(tái)魯西背斜，魚(yú)臺(tái)坳陷的次一級(jí)構(gòu)造—?dú)g口向斜的南翼。地層組成從上而下為：第四系、新近系、古近系。主要含鹽地層賦存于古近系官莊組中段中部含鹽亞段內(nèi)，灰色、深灰色、少量灰紫色泥巖；白云質(zhì)泥巖；含瀝青質(zhì)鈣質(zhì)泥巖與灰白色、淺灰色硬石膏巖不等厚互層，夾8個(gè)鹽群，21層石鹽巖，含少量鈣芒硝巖及粉砂巖、細(xì)砂巖。石鹽巖常由灰白色及煙灰色薄層狀石鹽與紋薄層狀硬石膏或少量中薄層狀鈣芒硝不等厚互層組成，厚度約500 m。為后續(xù)礦區(qū)開(kāi)采探明鹽儲(chǔ)量計(jì)劃在該區(qū)內(nèi)鉆進(jìn)勘探孔。針對(duì)勘探區(qū)的地質(zhì)條件，為確保鉆探施工順利達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)對(duì)該孔施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 孔身結(jié)構(gòu)確定

孔身結(jié)構(gòu)包括鉆孔深度，各孔段直徑和深度，套管或井管的直徑、長(zhǎng)度、下放深度和灌漿部位等?？咨斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到后續(xù)鉆探設(shè)備選型、鉆具組合、規(guī)程參數(shù)等一系列鉆探工藝參數(shù)的確定。根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和巖性特征，設(shè)計(jì)該勘探孔孔身結(jié)構(gòu)為：一開(kāi)采用φ273 mm鉆頭鉆進(jìn)至井深330 m，下入J55級(jí)φ219 mm×8.94 mm×330 m表層套管。二開(kāi)采用φ190 mm鉆頭無(wú)芯鉆進(jìn)至1 170 m。三開(kāi)采用φ152 mm鉆頭取芯鉆進(jìn)至終孔層位約1 895 m。

2 鉆具組合

根據(jù)已確定的孔身結(jié)構(gòu)，為了防止發(fā)生鉆孔傾斜事故，影響成孔質(zhì)量，對(duì)施工鉆具進(jìn)行優(yōu)化組合，采用塔式鐘擺鉆具組合。1)一開(kāi)無(wú)芯鉆進(jìn)鉆具組合。110 mm×110 mm方鉆桿+φ89 mm鉆桿+φ146 mm鉆鋌+φ165 mm鉆鋌+φ273 mm三牙輪鉆頭。2)二開(kāi)無(wú)芯鉆進(jìn)鉆具組合。110 mm×110 mm方鉆桿+φ89 mm鉆桿+φ146 mm鉆鋌+φ190 mm三牙輪鉆頭。3)三開(kāi)取芯鉆具組合。110 mm×110 mm方鉆桿+φ89 mm鉆桿+φ121 mm鉆鋌+φ146 mm巖芯管+φ152 mm取芯鉆頭。

3 規(guī)程參數(shù)選擇

在正確選擇鉆頭確保鉆頭使用壽命的情況下，鉆進(jìn)效率取決于鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，即：鉆壓、轉(zhuǎn)速與泵量。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)匹配是否合理亦是影響鉆探施工質(zhì)量的重要技術(shù)因素。參照巖心鉆探規(guī)程并結(jié)合該礦區(qū)以往施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)不同孔段進(jìn)行合理選配鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，見(jiàn)表1。

4 泥漿設(shè)計(jì)

泥漿的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地層、鹽礦的性質(zhì)、鉆進(jìn)方法、鉆孔深度及工程要求選用不同類型的泥漿。一般在含鹽地層常采用抑制類泥漿確保鉆探施工順利進(jìn)行，故該鉆孔在非含鹽段采用不分散低固相普通優(yōu)質(zhì)泥漿，在含鹽段采用鹽水泥漿進(jìn)行鉆孔護(hù)壁堵漏。

表1 不同孔段鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)的選配

4.1 不同孔段泥漿的確定

1)非含鹽段泥漿確定。0～含鹽段以上50 m，采用不分散低固相淡水泥漿，用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土配制基漿，用碳酸鈉、水解聚丙烯酰胺(PHP)，水解聚丙烯腈(HPAN)調(diào)整泥漿性能。2)含鹽井段泥漿確定。當(dāng)鉆進(jìn)見(jiàn)鹽50 m前將孔內(nèi)淡水泥漿全部排出，更換鹽水泥漿。用鹵水、凹凸棒、抗鹽土配制泥漿，加SMC，SMP，F(xiàn)CLS，K31，Na-CMC，純堿，燒堿等調(diào)整泥漿性能。鉆進(jìn)至鹽層時(shí)，加鹽至飽和狀態(tài)，即氯離子含量達(dá)到17 ppm～18 ppm，進(jìn)一步對(duì)飽和鹽水泥漿進(jìn)行防塌處理，以保證各鉆進(jìn)過(guò)程中，孔內(nèi)無(wú)掉塊現(xiàn)象。

4.2 泥漿原料作用

該孔采用的水基泥漿的組分主要由造漿粘土、化學(xué)處理劑和水三部分組成。根據(jù)不同地層的特性應(yīng)選擇適應(yīng)于地層的泥漿原料進(jìn)行配漿和調(diào)整泥漿的性能。

1)造漿粘土。膨潤(rùn)土主要用于淡水泥漿體系中，其具有良好的造漿功能，使泥漿在施工中能夠具有較強(qiáng)的懸浮能力，及時(shí)排粉保證孔底清潔并獲得優(yōu)良的護(hù)壁能力?？果}土主要抗鹽侵能力較強(qiáng)，具有在鹽水體系中分散度較高，使泥漿體系獲得較高的造漿率并保持鉆探施工中良好的護(hù)壁能力。

2)化學(xué)處理劑。化學(xué)處理劑是調(diào)整泥漿性能常用的手段之一，根據(jù)施工不同的要求在該孔鉆探施工中主要選用絮凝劑HPAM；降粘劑SMC，F(xiàn)CLS；降濾失劑Na-CMC，SMP，HPAN；堿度調(diào)節(jié)劑NaOH；粘土分散劑Na2CO3配制并調(diào)節(jié)泥漿的各項(xiàng)性能參數(shù)。

4.3 使用效果評(píng)價(jià)

1)不分散低固相泥漿使用效果。采用此類泥漿主要是考慮到泥漿體系中固相含量控制在4%以下，當(dāng)鉆遇地層松軟，可鉆性好，且孔壁穩(wěn)定時(shí)，泥漿應(yīng)著重于提高清洗井底及攜帶巖粉巖屑的能力，防止鉆頭泥包或泥餅卡鉆等事故的出現(xiàn)。經(jīng)實(shí)際施工表明，鉆進(jìn)獲得較高的機(jī)械鉆速，在施工孔段并未出現(xiàn)因泥漿選配不當(dāng)而導(dǎo)致鉆探事故發(fā)生。

2)鹽水泥漿使用效果。采用此類泥漿主要是考慮飽和鹽水泥漿對(duì)鹽巖地層具有較強(qiáng)的抑制性，能夠預(yù)防鉆孔坍塌并維護(hù)泥漿的性能不受鹽巖地層侵污。有利于保證在合理的機(jī)械鉆速下順利進(jìn)行鉆探施工。

此外，采用飽和鹽水泥漿可以避免對(duì)鹽礦造成污染，有利于后續(xù)開(kāi)采作業(yè)中提高鹽礦的產(chǎn)量，是目前常用的一類泥漿體系。該類泥漿在含鹽孔段使用獲得了較好的效果，成功預(yù)防了含鹽區(qū)鉆孔事故的發(fā)生。

5 孔內(nèi)事故與處理分析

實(shí)際施工中該勘探孔并未因鉆探工藝技術(shù)和設(shè)備選擇不當(dāng)而發(fā)生孔內(nèi)事故，僅因施工現(xiàn)場(chǎng)斷電和人為粗心的原因產(chǎn)生過(guò)粘鉆、卡鉆和物探棒掉落孔內(nèi)事故。

5.1 粘鉆、卡鉆

1)粘鉆、卡鉆原因。因鉆進(jìn)時(shí)突然停電10 min，導(dǎo)致鉆具與孔壁緊緊地連接在一起無(wú)法正常地提鉆和鉆進(jìn)，產(chǎn)生了孔內(nèi)粘鉆和卡鉆事故。

2)處理方法。為處理粘鉆、卡鉆事故，現(xiàn)場(chǎng)采用柴油進(jìn)行全孔浸泡6 h，進(jìn)行上下提動(dòng)鉆具，使得鉆具在孔內(nèi)沒(méi)有完全卡死，進(jìn)一步上提鉆具進(jìn)行解卡處理。

5.2 物探棒掉落孔內(nèi)

1)掉落原因。測(cè)井時(shí)由于連接測(cè)孔儀器的鋼絲繩長(zhǎng)時(shí)間使用，工作人員未能及時(shí)更換，導(dǎo)致在下降到800多米時(shí)鋼絲繩突然斷裂物探棒掉入孔內(nèi)，以致無(wú)法進(jìn)行測(cè)井的正常操作。

2)處理方法。施工現(xiàn)場(chǎng)采用在廢棄的巖芯管上焊接5組～7組開(kāi)口向上的特殊爪子，一組焊有三個(gè)爪子作為撈勾來(lái)使用。使用鉆桿進(jìn)行探撈，因不知道探棒落在井內(nèi)的具體位置反復(fù)進(jìn)行探撈，共計(jì)下入49根立桿，將全部掉落的鋼絲繩和探棒頭撈出。

6 結(jié)語(yǔ)

江蘇地區(qū)鹽礦勘探施工的順利完成與本次優(yōu)化鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)密不可分，通過(guò)積累大量的優(yōu)化數(shù)據(jù)可為該地區(qū)后續(xù)鹽礦的勘探與開(kāi)采工作提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)，但也存在著因施工人員粗心等人為主觀原因而造成的事故，有待于進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)。

[1] 王德承，余希才.用飽和鹽水泥漿在鹽巖層取心[J].石油鉆采工藝,1990(6)：67-68.

[2] 楊俊貞.鉆井液用處理劑標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2002(6)：111-113.

[3] 陳興源，于向前.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2012(26)：15-19.

[4] 楊培全.淺談煤田鉆探孔內(nèi)事故預(yù)防、判斷和處理[J].江西煤炭科技,2011(1)：6-8.

Technical analysis of exploration drilling holes in a salt mine in Jiangsu

CHEN Qiang DING Hai-ying

(ShaanxiEnergyVocationandTechnologyInstitute,Xianyang712000,China)

In order to obtain a smooth exploration hole in the area of gypsum formation， technical analysis of the construction of a salt mine exploration holes drilled in Jiangsu province based on the principles of process optimization. According to the geological report designed body structure would be used three bore holes into the hole and tower pendulum BHA. By the drilling process parameters determined reasonably and taking strict procedures, the exploration holes construction tasks were successfully completed.

gypsum formation, brine mud, borehole structure, bottom hole assembly

1009-6825(2014)11-0113-02

2014-02-17

陳 強(qiáng)(1982- )，男，助教； 丁海英(1983- )，女，講師

P631

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