螺桿鉆進技術(shù)在長段未固結(jié)井管下的應(yīng)用

王玉軍，趙華宣，陳 濤

（貴州省地礦局114地質(zhì)大隊，貴州遵義563000）

螺桿鉆進技術(shù)在長段未固結(jié)井管下的應(yīng)用

王玉軍*，趙華宣，陳 濤

（貴州省地礦局114地質(zhì)大隊，貴州遵義563000）

介紹并總結(jié)了長段未固結(jié)井管下的鉆進技術(shù)，通過實施螺桿鉆進技術(shù)，減少和避免了鉆進中鉆具對井管的碰撞、擾動，有利于未固結(jié)井管的穩(wěn)固和鉆進效率的提高。

螺桿鉆進；未固結(jié)井管；井管穩(wěn)固

1 概述

地下熱礦水資源賦藏在深部的巖溶裂隙中，地熱井鉆井施工中常遇未終孔井段的復(fù)雜不穩(wěn)定地層存在熱儲含水層，需下管護壁和在熱儲含水層設(shè)濾水管以便于熱儲層中的熱礦水入井，濾水管以下井段不能水泥固結(jié)。未固結(jié)井管的強度較低和穩(wěn)固性差，在下部井段鉆井作業(yè)中，鉆具旋轉(zhuǎn)碰撞、擾動井管易引發(fā)井管斷脫事故，采用螺桿鉆進技術(shù)，上部鉆具不轉(zhuǎn)動，減少和避免了鉆進中鉆具對井管的碰撞、擾動，有利于未固結(jié)井管的穩(wěn)固，同時鉆頭轉(zhuǎn)速的提升提高了鉆進效率。

2 工程實例

貴州某地熱勘探井井深2410.68m，終孔井徑?152mm，采用四開鉆井結(jié)構(gòu)。三開井段為不穩(wěn)定的碎屑巖和較穩(wěn)定碳酸巖互層,碳酸巖類地層有9段必須保留的熱儲含水層，在下管及水泥固結(jié)護壁時，需確保熱儲含水層及以下井段不得有水泥漿侵入,以防水泥封堵來水通道，下管護壁后進行四開井段鉆井作業(yè)。

2.1 三開井段井徑及地質(zhì)條件

三開井段井徑為? 216mm，井深 1035.21～2135.13m，地層結(jié)構(gòu)：1035.21～1425m段為不穩(wěn)定的吳家坪、梁山組的泥頁巖和低溫裂隙水的茅口棲霞灰?guī)r，1425～2135.13m段為黃龍馬平、獨山組的白云巖及大塘組泥頁巖夾灰?guī)r，地層結(jié)構(gòu)及特征如表1所示。

表1 三開井段地層結(jié)構(gòu)

2.2 三開井段物理測井及要求

三開井段鉆井后的物理測井揭示:井底溫度61.9℃，1427～2135.13m井段有9段必須保留的熱儲含水層、超徑105%～175%（表2）。要求1427m以上下無眼管及水泥固結(jié)護壁和封閉低溫含水段、1427m以下的熱儲水層段下濾水管（以便熱礦水經(jīng)濾孔入井）且不進行水泥固結(jié)。

2.3 三開下管固結(jié)措施及存在的問題

表2 測井熱儲含水段（未固結(jié)段）井徑表

根據(jù)要求，采用部分井段分隔固結(jié)技術(shù)，1425m以上為無眼管及水泥固結(jié)護壁和封閉低溫含水段；1425m以下采用濾水管與無眼管相結(jié)合的方式，在測井揭示的熱儲含水段和鉆井異常顯示段設(shè)濾水管（以便熱礦水經(jīng)濾孔入井）、其它井段為無眼管，且不進行水泥固結(jié)。

分隔固結(jié)技術(shù)：在熱儲含水段以上的井徑規(guī)則部位設(shè)管外封隔器以防注入的水泥漿從管與井壁的間隙下行進入熱儲含水層，管外封隔器以上2～3m處的管內(nèi)設(shè)止?jié){設(shè)施（止?jié){座、止?jié){球）防水泥漿從管內(nèi)下行進入熱儲含水層，在管內(nèi)止?jié){設(shè)施以上2～3m處割旋流孔，注入的水泥漿從經(jīng)旋流孔從管與井壁的間隙上行固結(jié)管外封隔器以上井段（圖1）。

圖1 分隔固結(jié)示意圖

存在的問題：該井管下部有710m未固結(jié)，且該井段超徑嚴重，井管與井壁間隙大、支撐點少，未固結(jié)井管柱的整體強度低、穩(wěn)定性差，在下部四開井段的鉆井作業(yè)中，在鉆具的旋轉(zhuǎn)擾動、碰撞作用下，井管絲扣處易斷脫而引發(fā)井管斷脫事故。

3 螺桿鉆進技術(shù)

3.1 鉆進技術(shù)的選取

三開井段下部未固結(jié)井管的強度較低、穩(wěn)定性差，常規(guī)的上部轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的鉆進工藝，鉆具的旋轉(zhuǎn)擾動、碰撞井管易導(dǎo)致井管斷脫事故，為減少和避免后續(xù)鉆進中鉆柱回轉(zhuǎn)對管柱的碰撞破壞，后續(xù)四開井段采用螺桿鉆進技術(shù)。

3.2 鉆進工藝和技術(shù)措施

（1）鉆具組合：?152mmPDC鉆頭+5LZ120螺桿+ ?121mm鉆鋌5柱+?89mm鉆桿+?127mm鉆桿+ 133mm主桿；

（2）鉆進參數(shù)：鉆壓：30～40kN；流量:18.7L/s (3NB350泵的140mm缸徑、最大壓力12.5MPa)；

（3）鉆井作業(yè)中只用單轉(zhuǎn)（鉆頭旋轉(zhuǎn)），上部轉(zhuǎn)盤只合補芯、不轉(zhuǎn)動，使鉆進過程中整個鉆柱不轉(zhuǎn)動，盡可能減少鉆柱對井管的碰撞和擾動；

（4）鉆進中遇井底異物卡鉆頭致鉆頭不轉(zhuǎn)動、泵壓異常升高時，上提鉆具0.2～0.3m，開動轉(zhuǎn)盤（復(fù)合鉆）解卡，解卡后恢復(fù)單轉(zhuǎn)；

（5）螺桿鉆進過程中每進尺5～8m或2～3h上下活動鉆具，每進尺50～80m短起鉆上提80～100m。

3.3 應(yīng)用效果

（1）鉆進效率明顯提高：四開井段井徑?152mm，地層為獨山組的白云巖夾灰?guī)r地層，采用螺桿鉆進技術(shù)，從2135.13～2410.68m，進尺275.55m,平均鉆速2.7m/h，是三開井段的同地層的0.6m/h的4.5倍；（2）鉆進中的單轉(zhuǎn)，減少和避免了鉆具對井管的擾動和碰撞，實現(xiàn)了鉆進中的井管穩(wěn)定；

（3）終孔后的洗井抽水試驗，水量500m3/d、水溫55℃，實現(xiàn)了地熱井勘探的目的。

4 結(jié)論和認識

（1）采用螺桿鉆進技術(shù)的單轉(zhuǎn)，很好地減少和避免了鉆進中鉆具對上部未固結(jié)井管的擾動和碰撞，保證了井管的穩(wěn)定；

（2）采用螺桿鉆進技術(shù)，可明顯提高鉆進效率；

（3）在鉆進泵確定時，可通過更換活塞缸徑調(diào)節(jié)泵入量調(diào)速整鉆頭鉆速。

TE242

B

1004-5716(2015)09-0059-03

2015-05-02

王玉軍（1956-），男（漢族），山東東明人，工程師，現(xiàn)從事地熱鉆探技術(shù)工作。