氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在錦州經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)崔莊子地?zé)峥辈橹械膽?yīng)用

【摘要】本文介紹了錦州經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)崔莊子地?zé)峥辈橹惺褂脷馀e反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程，分析評(píng)價(jià)了氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在施工中的使用情況及施工效果，提出了存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】氣舉反循環(huán)；錦州經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)；地?zé)峥辈椋汇@進(jìn)技術(shù)應(yīng)用

1、應(yīng)用背景

錦州市位于遼西，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的交通要道。項(xiàng)目區(qū)西鄰錦州港，東接盤(pán)錦市，南鄰遼東灣，地勢(shì)平坦，交通方便；距錦州市區(qū)20公里，距在建的錦州灣機(jī)場(chǎng)20公里，濱海大道直達(dá)項(xiàng)目區(qū)。

近兩年，錦州市委、市政府積極響應(yīng)遼寧省委、省政府提出的“建設(shè)中國(guó)溫泉旅游第一大省”的號(hào)召，目前在錦州市臨海區(qū)域內(nèi)已勘探到溫泉資源豐富。該區(qū)域因與錦州城市南擴(kuò)戰(zhàn)略和建設(shè)沿海城市緊密配合，地理位置優(yōu)越，因而將給該地溫泉旅游的開(kāi)發(fā)建設(shè)帶來(lái)無(wú)限商機(jī)。

施工區(qū)存在“硬、脆、碎、漏”等復(fù)雜地層，且為地?zé)峋羁?，因此，在該區(qū)引進(jìn)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)，能夠減少施工中復(fù)雜地層極易發(fā)生的孔內(nèi)事故，同時(shí)具有提高鉆進(jìn)時(shí)效、鉆頭使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

2、施工區(qū)地段地?zé)岬刭|(zhì)條件

本區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上位于天山～陰山緯向復(fù)雜構(gòu)造帶與新華夏系第三隆起帶的交接復(fù)合部位，與渤海坳陷相鄰，屬太古代古隆起區(qū)。地質(zhì)構(gòu)造主要受新華夏系構(gòu)造體系控制，錦州～哈爾套斷裂帶由工作區(qū)西側(cè)呈NE向通過(guò)，受其影響本區(qū)構(gòu)造十分發(fā)育，燕山晚期斷裂及巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，燕山晚期斷裂切割了緯向構(gòu)造，沿構(gòu)造帶有細(xì)晶花崗巖出露，各構(gòu)造體系的斷裂都具有二次或多次活動(dòng)的特點(diǎn)，上地幔軟流層或巖漿沿?cái)嗔褞瞎?，巖漿余熱為地下熱水的形成提供了熱源。

3、施工區(qū)地層巖石鉆探施工性能

該區(qū)地層屬太古界建平群大營(yíng)子組（Ard）及火山巖系建造。

巖性以黑云母角閃片麻巖為主，次為變粒巖，總體顏色為深灰色，中粗粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為長(zhǎng)石、石英、角閃石、黑云母，各種礦物成分在巖石中分布不均勻，局部變粒巖呈灰黑色，堅(jiān)硬，巖層可鉆性5-8級(jí)。

該區(qū)出露大量火山巖系，太古代混合巖（M1）、燕山早期黑云母花崗巖（R52）、燕山晚期輝綠巖脈（βμ53）、燕山晚期細(xì)晶花崗巖（r53），堅(jiān)硬，巖層可鉆性7-10級(jí)。

該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層裂隙發(fā)育，破碎帶多，極易造成鉆井液嚴(yán)重漏失，漏失滲透系數(shù)K>13。

4、鉆進(jìn)方法及使用的設(shè)備

4.1鉆進(jìn)方法

在綜合考慮了地質(zhì)情況、硬巖層厚度大和地?zé)峋?200m超深鉆探的特點(diǎn)要求之外，我隊(duì)首次選則使用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)。

盡管該項(xiàng)鉆進(jìn)工藝方法是一項(xiàng)比較成熟、簡(jiǎn)單實(shí)用的鉆探技術(shù)，在很多勘查單位鉆探工程中得到應(yīng)用，但對(duì)于我隊(duì)來(lái)說(shuō)仍然是一項(xiàng)新的技術(shù)，施工前對(duì)技術(shù)工人進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)。

4.2使用設(shè)備

崔莊子地?zé)峥辈殂@探施工設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 崔莊子地?zé)峥辈闅馀e反循環(huán)鉆探施工設(shè)備一覽表

序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)單位數(shù)量性能指標(biāo)產(chǎn)地

1鉆機(jī)TS-15套12000M石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

2柴油發(fā)電機(jī)組4135G臺(tái)1120kW上海柴油機(jī)廠(chǎng)

3空氣壓縮機(jī)SF-7.5/150臺(tái)1135KW石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

4雙臂鉆桿Φ133mm根1 石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

5雙壁鉆具SHB127/60根40 石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

6氣水龍頭 個(gè)1 石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

7氣水混合器 個(gè)1 石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

8牙輪

鉆頭HA537/6″個(gè)8 石家莊煤機(jī)廠(chǎng)

5、氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)運(yùn)用條件及工作原理

5.1氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)運(yùn)用條件

崔莊子地?zé)峥辈樵O(shè)計(jì)鉆探工程量2200米/1孔；該區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造發(fā)育，巖石變質(zhì)程度高，堅(jiān)硬，巖石可鉆性5-10級(jí)；施工區(qū)存在“硬、脆、碎、漏”等復(fù)雜地層，因此，我隊(duì)選擇氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)新工藝，力求提高鉆進(jìn)效率，保證成井質(zhì)量，使得在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)安全可靠，以滿(mǎn)足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

5.2氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工作原理

利用空氣壓縮機(jī)將壓縮空氣通過(guò)氣水龍頭，經(jīng)雙壁主動(dòng)鉆桿、雙壁鉆桿的內(nèi)管和外管之間的環(huán)狀間隙從混合器處進(jìn)入內(nèi)管，形成無(wú)數(shù)小氣泡，巨大的壓力將氣泡沿內(nèi)管迅速上升，并同時(shí)膨脹，從而產(chǎn)生氣舉作用。

所產(chǎn)生的膨脹功變?yōu)樗膭?shì)能，推動(dòng)液體流動(dòng)，使壓縮空氣不斷進(jìn)入內(nèi)管，在混合器上部形成低比重的氣液混合液，鉆桿外和混合器下部是比重大的鉆井液。環(huán)空鉆井液進(jìn)入鉆具水眼內(nèi)，形成反循環(huán)流動(dòng)，并把井底巖屑連續(xù)不斷的帶到地表，排入沉砂池。沉淀后的泥漿再注入井眼內(nèi)，如此不斷循環(huán)形成連續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程。見(jiàn)圖1所示。

6、施工情況及效果

6.1施工前的準(zhǔn)備工作

首先把孔內(nèi)泥漿置換成清水，并將地面氣路管線(xiàn)連接好，檢查管線(xiàn)的氣密性，調(diào)試好空壓機(jī)、鉆機(jī)等施工關(guān)鍵設(shè)備，檢查雙壁鉆具接頭的完好程度，更換老化破損的O型圈，檢查氣水龍頭的密閉性。

準(zhǔn)備施工鉆具，鉆具組合為φ152mm專(zhuān)用鉆頭+φ121mm鉆鋌10根+φ89mm鉆具（若干）+氣水混合器+φ127mm雙壁鉆具（若干）+φ133mm雙壁鉆桿+氣水龍頭。

6.2施工情況

經(jīng)過(guò)前期準(zhǔn)備工作，設(shè)備安裝、配套設(shè)施的完善，設(shè)計(jì)井深2200m，在三個(gè)井段采用氣舉反循環(huán)鉆井工藝。

第一次井段：鉆進(jìn)至1690～1736m，雙臂鉆具下深212～258m，雙壁鉆具與井深比例為：1：8.0至1：6.7。啟動(dòng)注氣壓力2.6-3.5MPa，正常循環(huán)注氣壓力1.6-2.8MPa。下鉆到底后，地層反排漏失鉆井液，攜帶大量鋸末，鉆井液流動(dòng)緩慢，循環(huán)液逐漸間斷，隨后進(jìn)行了環(huán)空補(bǔ)水，由于補(bǔ)充的水質(zhì)差，使得反循環(huán)流動(dòng)進(jìn)一步變差。改變補(bǔ)水情況以及漏失鉆井液大量排出后，出水正常。

第二次井段：鉆進(jìn)至1812～1898m，雙臂鉆具下深232.62～341.94m，雙壁鉆具與井深比例為：1：9.3至1：6.64。啟動(dòng)注氣壓力2.2～2.0MPa，正常循環(huán)注氣壓力1.6～1.7MPa。

此次鉆進(jìn)施工較為正常，正常循環(huán)壓力始終處于動(dòng)平衡狀態(tài)。后期，接完單根自送氣至出液，出液正常，無(wú)間斷出液現(xiàn)象。該井段依然能排出20mm×20mm×30mm的巖屑，能滿(mǎn)足要求。

第三次井段：鉆進(jìn)至2036～2139m，雙臂鉆具下深270.2～361.1m，雙壁鉆具與井深比例為：1：8.6至1：6.7。啟動(dòng)注氣壓力2.4～3.0MPa，正常循環(huán)注氣壓力1.8～2.2MPa。本次鉆進(jìn)啟動(dòng)壓力與正常注氣壓力均較高。初期出液波動(dòng)，接單根后需要充分儲(chǔ)蓄能量，才能很好的穩(wěn)定排液?；鞖馄飨律?70m第一股水需要舉出井段較長(zhǎng)，氣柱先被壓縮，到井口后由于壓力降低在突然釋放，會(huì)造成第一股水壓力高；同時(shí)由于后續(xù)能量供應(yīng)不足，容易造成鉆柱內(nèi)流速不均，水流波動(dòng)。

另外強(qiáng)調(diào)接單根操作要求：鉆具先在井底循環(huán)10min后，再上提鉆具1.5m正常循環(huán)，為的是充分清洗井底。由于啟動(dòng)注氣壓力高，對(duì)井底的抽吸力強(qiáng)，若井底巖屑多，更容易堵塞鉆頭水眼。

鉆進(jìn)至2250m接單根后，注氣壓力由1.4MPa降到1.2MPa，此段施工鉆進(jìn)循環(huán)正常，鉆進(jìn)至2251.37m，出水正常，抽水至地面水溫15.5℃，竣工。

7、存在的問(wèn)題及解決措施

（1）由于上部地層中遇到濕脹性硬粘土在管內(nèi)發(fā)生碰撞，相互粘結(jié)成較大塊狀，與水發(fā)生膨脹將內(nèi)管堵塞，產(chǎn)生糊鉆現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)排除；有時(shí)遇到超大礫石不能通過(guò)管內(nèi)，聚集在孔底，要及時(shí)回轉(zhuǎn)鉆頭將其破碎，以免發(fā)生孔內(nèi)事故。

（2）施工中常遇到裂隙漏水地層，必須保持泥漿池沖洗液與孔內(nèi)水位連通，并不斷補(bǔ)給，使循環(huán)液不斷流，保證氣舉反循環(huán)安全、正常鉆進(jìn)。

8、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本區(qū)施工情況，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝具有攜帶巖屑能力強(qiáng)，巖樣清晰，在漏失地層鉆進(jìn)時(shí)能實(shí)現(xiàn)撈砂等地質(zhì)目的；具有提高機(jī)械鉆速，增加鉆進(jìn)效率等特點(diǎn)；具有在易漏地層鉆進(jìn)中減少或消除鉆井液的漏失，保護(hù)儲(chǔ)層，減少泵損耗，延長(zhǎng)泥漿泵使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。