氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在大連交流島地?zé)峋┕ぶ械膽?yīng)用

馬秀民，陳岳

（河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，河北 宣化 075100）

隨著地?zé)峋@進(jìn)深度的加大，采用何種鉆進(jìn)技術(shù)施工確保高效率、低成本，是地?zé)峋┕挝幻媾R的難題。目前，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)已成為地?zé)峋┕け夭豢缮俚你@井方法，巖屑通過雙壁鉆桿中心通道上返至地表，可有效地解決因井深、鉆孔直徑大造成孔內(nèi)巖屑上返難的問題。我公司在遼寧省大連地區(qū)地?zé)峋┕ぶ?，采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在漏失地層施工取得了良好效果。

1 地?zé)峋こ谈艣r

施工的地?zé)峋挥谶|寧省大連市交流島。該井設(shè)計(jì)井深2200m，一開Φ311mm，孔深500m，下入Φ244.5mm 石 油 套 管，二 開 Φ215.9mm，孔 深2200m。2013年4月20日開孔，采用牙輪鉆頭正循環(huán)鉆進(jìn)工藝，施工至633m出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量達(dá)到70～90m3／h，上返巖屑最大顆粒直徑達(dá)到70mm，清水頂漏鉆進(jìn)至844.64m處，巖屑僅少量上返，換鉆頭后下鉆，孔內(nèi)沉淀5～6m，無法接單根鉆進(jìn)?，F(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為，840m至700m段孔徑擴(kuò)大率太大，造成泥漿上返時(shí)速不夠，巖屑無法攜帶出井，決定使用水泥漿封孔，進(jìn)行人工二次造壁，候凝72h后鉆進(jìn)至982.12m，孔口能正常返砂。因甲方原因停鉆待命三天，再次下鉆至890m遇阻，孔內(nèi)沉淀92m，清水循環(huán)巖屑無法上返。后又重復(fù)使用水泥漿二次造壁兩次，均未達(dá)到目的，工程停滯，此間涌水量達(dá)80m3／h。

為解決孔內(nèi)沉渣問題，改用氣舉反循環(huán)施工工藝，鉆進(jìn)至孔深1300m，下入Φ178mm套管封閉涌水層，三開孔徑Φ152mm完井。

圖1 大連交流島地?zé)峋┕がF(xiàn)場(chǎng)

2 鉆井設(shè)備及鉆具

2.1 鉆井設(shè)備

403鉆機(jī)1臺(tái)；空壓機(jī)：使用LG·VF－10／60型高壓空氣裝置，該裝置由 KB－100A－1.0mpa皮帶式螺桿空氣壓縮機(jī)和VF－1／10－60型活塞式空氣壓縮機(jī)復(fù)合而成，額定壓力6.0MPa，公稱容積流量10.0m3／min，軸功率149kW，螺桿空氣壓縮機(jī)完成一級(jí)壓縮空氣至1.0MP，活塞式空氣壓縮機(jī)完成二級(jí)壓縮空氣至6.0MPa。

2.2 氣舉反循環(huán)鉆具

中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所研制的Φ114雙壁鉆具：氣盒子、108mm×108mm×12.2m雙壁主動(dòng)鉆桿、Φ114mm×9.6m雙壁鉆桿、氣水混合器、反循環(huán)取樣裝置；配套Φ178mm、Φ159mm鉆鋌，Φ114.3mm、Φ89mm 單壁鉆桿，Φ152mm 氣舉反循環(huán)牙輪鉆頭。

鉆具連接：Φ152mm三牙輪鉆頭＋Φ178mm鉆鋌＋Φ159mm鉆鋌＋Φ114mm鉆桿＋Φ89mm鉆桿＋氣水混合器＋Φ114mm雙壁鉆桿＋雙壁主動(dòng)鉆桿＋氣盒子＋水龍頭＋反循環(huán)取樣裝置。

3 施工過程

（1）2013年7月13日開始?xì)馀e反循環(huán)施工。首先把專用鉆頭接起，按預(yù)定的鉆具組合下鉆至離孔底250m，接起氣水混合器，接雙壁鉆桿，在距離孔底100m時(shí)遇阻，孔內(nèi)沉淀100m，去掉一根鉆桿，接雙壁主動(dòng)鉆桿，鉆頭下放距離遇阻位置300mm，啟動(dòng)空壓機(jī)，隨著壓力增加，鉆桿內(nèi)液柱噴出，隨后氣水混合液勻速流出，循環(huán)建立。

（2）此時(shí)緩慢下放鉆具并慢速啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，控制壓力勻速給進(jìn)，氣水混合物攜帶大量巖屑出井，至7月15日循環(huán)至井底后正常鉆進(jìn)。正常鉆進(jìn)使用鉆井參數(shù)和正循環(huán)時(shí)基本一致。8月4日鉆進(jìn)至1306m提鉆。準(zhǔn)備Φ178mm套管封閉500～1306m孔段。

（3）8月5日下鉆掃孔準(zhǔn)備下套管，至890m遇阻，上部涌水處坍塌嚴(yán)重。用氣舉反循環(huán)沖孔排砂至1306m循環(huán)后提鉆，二次下鉆，依舊至890m遇阻，再次沖孔排砂至井底。

（4）8月10日，經(jīng)分析，認(rèn)為此井段井壁不穩(wěn)定，易坍塌，井內(nèi)全部是清水，應(yīng)想辦法在涌水段下部注入優(yōu)質(zhì)泥漿穩(wěn)定孔壁。決定掃沖孔至井底后封堵氣盒子進(jìn)氣通路，利用正循環(huán)向孔內(nèi)注入泥漿進(jìn)行封閉。泥漿使用膨潤(rùn)土調(diào)配，并加入無熒光潤(rùn)滑防塌劑、PAC－141、羧甲基纖維素鈉鹽等泥漿材料。泥漿密度1.13g／m3、粘度58s、PH8.0。停用反循環(huán)設(shè)備，接BW1200A泥漿泵，采用正循環(huán)方式注入泥漿50m3。井口上返泥漿，涌水量降低。8月12日再次下鉆至井底，無遇阻現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)想目的，提鉆至1100m，二次調(diào)配泥漿，注入25m3，井口僅少量涌水。8月13日，成功下入Φ177.8mm套管810m至井底后固井候凝。

（4）套管固井水泥凝固后，采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)繼續(xù)施工，鉆頭直徑Φ152mm，終孔深度2200m。

4 施工中的問題及處理方法

4.1 雙壁鉆具的密封性

使用過程中，要注意檢查好內(nèi)管的O型密封圈。每個(gè)內(nèi)管接頭上有三個(gè)O型密封圈，每次下鉆，必須嚴(yán)格檢查，如有破損，必須更換，否則造成氣路短路，影響鉆井液上返速度，甚至無法建立循環(huán)。

表1 LG·VF－10／60型高壓空氣裝置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖2 氣盒子現(xiàn)場(chǎng)連接

圖3 反循環(huán)取樣裝置

4.2 雙壁鉆具中心通道的堵塞

下鉆后井底有沉砂，鉆頭距離沉砂面300mm為宜，開動(dòng)空壓機(jī)，隨著循環(huán)建立下放鉆具，鉆頭緩慢接觸砂面，開動(dòng)轉(zhuǎn)盤，平穩(wěn)排出沉砂。如下放過快，大量沉砂涌入反循環(huán)通道，極易造成堵塞。如發(fā)生堵塞，可采取如下措施：

（1）關(guān)閉進(jìn)氣風(fēng)管閥門，使空壓機(jī)壓力升高，再突然打開閥門，反復(fù)開關(guān)幾次，可解除堵塞。

（2）關(guān)掉空壓機(jī)，上下竄動(dòng)鉆具，再開空壓機(jī)，反復(fù)幾次，可解除堵塞。

（3）關(guān)閉進(jìn)氣風(fēng)管閥門，停止空壓機(jī)工作，排砂口高壓管接泥漿泵，適當(dāng)打入泥漿，并加適當(dāng)壓力，可解堵塞。

（4）以上三個(gè)措施未有效解堵，可打開回水管，上下竄動(dòng)鉆具，反復(fù)開泵竄動(dòng)幾次可解除堵塞。

5 應(yīng)用氣舉反循環(huán)技術(shù)效果

通過交流島地?zé)峋氖┕ぃ瑲馀e反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)所取得的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的，對(duì)處理復(fù)雜情況，加速熱水井鉆探進(jìn)程，縮短施工周期起到了推動(dòng)作用。其突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）鉆進(jìn)效率高。由于氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)沖洗液在鉆桿內(nèi)上返的速度高出常規(guī)鉆進(jìn)30倍，因而排渣速度快。從各地使用后的資料看出，鉆進(jìn)第四紀(jì)砂黏土層，最高時(shí)效超過12m／h，平均可達(dá)6.3m／h，砂層可達(dá)20m／h，鉆進(jìn)卵礫石地層達(dá)1～1.5m／h，鉆進(jìn)4～6級(jí)基巖地層達(dá)1～3m／h。本井地層為白云巖，最高鉆速可達(dá)2.5m／h。同正循環(huán)鉆進(jìn)相比，時(shí)效提高1.5～2倍。

（2）能減少成井時(shí)間，且質(zhì)量高。采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝施工的水井，井徑規(guī)則，井底干凈，孔斜率小，出水量大，成井時(shí)間短。

（3）鉆探成本低。因氣舉鉆進(jìn)工藝比常規(guī)鉆進(jìn)成井質(zhì)量好，效率高，鉆頭壽命長(zhǎng)，事故少，材料消耗低等，所以鉆探成本大為降低。

（4）復(fù)雜地層及復(fù)雜情況處理能力強(qiáng)。本井井底沉砂達(dá)100m，常規(guī)處理辦法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又極易埋鉆，事故隱患無窮。反循環(huán)技術(shù)解決了這個(gè)問題，及時(shí)排出大量沉渣，確保了孔內(nèi)安全。

6 結(jié)論

地?zé)峋@探一般都在基巖地層，目的層井壁相對(duì)穩(wěn)定，埋深大，多會(huì)出現(xiàn)地層漏失，鉆穿該層多要求低比重泥漿甚至要求清水鉆進(jìn)，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)剛好解決該問題，完全可以清水鉆進(jìn)，既保證了成井質(zhì)量，又提高了鉆進(jìn)效率，同時(shí)又洗好了井，提高了出水量，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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