地?zé)崤f井處理氣舉反循環(huán)特殊機(jī)具研制

趙華宣，陳 浩，張 平，陳 濤，穆照猛

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局114地質(zhì)大隊(duì)，貴州遵義563000）

1 概述

地下熱礦水資源多賦藏在深部的巖溶裂隙中，需通過(guò)鉆探成井形成有效來(lái)水通道以便熱儲(chǔ)層中的熱礦水入井，在鉆探成井施工中常因熱儲(chǔ)巖層穩(wěn)定（暫時(shí)）未下濾管護(hù)壁，后井壁掉塊、垮塌封隔來(lái)水通道致出水量大幅減少和水溫降低，影響熱礦水資源利用和運(yùn)營(yíng)。需對(duì)舊井實(shí)施有效處理以恢復(fù)其原有出水溫度和水量。在地?zé)崤f井處理時(shí)，采用氣舉反循環(huán)可有效避免污染、堵塞巖溶裂隙來(lái)水通道，但較大粒徑掉塊、垮塌物在施工中進(jìn)入堵塞鉆具現(xiàn)象十分嚴(yán)重致無(wú)法下行作業(yè)。為此，亟需研制特殊機(jī)具以有效解決鉆具堵塞問(wèn)題，以提高舊井處理風(fēng)險(xiǎn)和效率。

2 項(xiàng)目引出的問(wèn)題

2.1 項(xiàng)目來(lái)源

貴州石阡某地?zé)峋?007年施工完成，井深1256.35m，自流水量180m3/d、水溫36℃，降壓試驗(yàn)在降深235m的涌水量720m3/d、水溫42.2℃，2017年建設(shè)單位啟用前委托我隊(duì)進(jìn)行降壓試驗(yàn)以核實(shí)儲(chǔ)量，在同降深（235m）涌水量418m3/d、水溫40℃，涌水量、水溫降低嚴(yán)重。為恢復(fù)涌水量和水溫，我單位組織實(shí)施該舊井處理。

2.2 涌水量減少原因

2.2.1 地?zé)峋貙蛹熬斫Y(jié)構(gòu)

工程技術(shù)資料數(shù)據(jù)得知，原地?zé)峋貙咏Y(jié)構(gòu)及井身結(jié)構(gòu)見表1、表2。

表1 地?zé)峋貙咏Y(jié)構(gòu)表

表2 地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)表

2.2.2 涌水量減少原因

從該井地層結(jié)構(gòu)及井身結(jié)構(gòu)分析，熱儲(chǔ)目的層鉆井施工中井壁穩(wěn)定，未下濾管護(hù)壁，在長(zhǎng)時(shí)間間段抽水及停待，井內(nèi)掉塊、垮塌和泥砂淤積堵塞封隔部分來(lái)水通道致涌水量減少。

2.2.3 舊井處理措施

（1）舊井處理措施：對(duì)涌水量減少原因分析，舊井處理措施為通井到底和下?127mm濾管護(hù)壁。

（2）通井工藝：從地?zé)峋阊劬蔚貙訋r性分析，井壁巖層整體穩(wěn)定性較好，一般不會(huì)出現(xiàn)大井段垮塌，為避免污染、堵塞來(lái)水通道采用氣舉反循環(huán)通井。

2.2.4 通井機(jī)具及措施技術(shù)

（1）舊井處理設(shè)備機(jī)具：使用TSJ2000型水井鉆機(jī)1臺(tái)套、SF-10/150空壓機(jī)1臺(tái)、氣舉反循環(huán)機(jī)具、?152mm帶中心孔牙輪鉆頭。

（2）通井技術(shù)措施：

①下氣舉反循環(huán)機(jī)具探孔時(shí)控制下放速度和觀察壓力表（指重表）壓力變化，探準(zhǔn)孔內(nèi)泥砂淤積位置，后上提鉆具20m，防鉆具下入過(guò)快被埋；

②通孔作業(yè)控制鉆具下行速度防卡、埋、堵事故，上部泥砂淤積段下行速度5～6m/h，遇垮塌物下行速度0.6～1.0m/h；

③在鉆頭水眼與牙撐較大間隙部位設(shè)裙板，減少間隙，防較大粒徑巖屑進(jìn)入堵塞鉆具；

④井口補(bǔ)水和增下?127mm雙壁鉆桿加大混合器埋深，增加通孔排屑力度。

2.2.5 通井引出的問(wèn)題

下鉆至903.49m遇沉砂（孔內(nèi)352.86m堆積物），采取相應(yīng)技術(shù)措施順利通孔排屑至1153.04m遇大粒徑垮塌物（或掉塊）、通孔嚴(yán)重受阻。在嚴(yán)格控制通孔鉆壓（1～3kN）、鉆具下放速度（0.1～0.2m/h）時(shí)，鉆具接觸粗粒徑即不返水和堵塞鉆具，再下行鉆具1.0～1.5m即出現(xiàn)卡埋鉆現(xiàn)象，7d發(fā)生7次大粒徑巖屑堵塞鉆具和頻繁起鉆，且通孔無(wú)效。

3 特殊機(jī)具研制

3.1 鉆具堵塞原因

氣舉反循環(huán)通井是通過(guò)鉆具在一定鉆壓下將井內(nèi)粗粒徑巖塊碾碎成小粒徑巖屑，小粒徑巖屑在鉆具內(nèi)外壓差抽吸作用下運(yùn)動(dòng)至地表并清除。在鉆具接觸粗粒徑巖塊面時(shí)，適當(dāng)粒徑巖塊瞬間抽吸進(jìn)鉆具至循環(huán)通道堵塞而形不成有效循環(huán)，下行鉆具即埋入沉巖屑中致卡埋鉆而不能有效碾碎井內(nèi)粗巖塊且風(fēng)險(xiǎn)大。

3.2 特殊機(jī)具研制

為解決氣舉反循環(huán)通井遇粗粒徑巖屑即堵塞具和卡埋鉆，需建立有效循環(huán)通道，即在鉆具埋入沉巖屑一定深度時(shí)循環(huán)通道仍有效。為此，我們研制了特殊機(jī)具：長(zhǎng)1.5m的J55?127mm石油套管（濾管）做過(guò)橋管，上下各連接1個(gè)專用接頭（圖1）。過(guò)橋?yàn)V管的濾孔呈螺旋形分布、直徑?12mm、濾孔51個(gè)（總過(guò)水?dāng)嗝鏋殂@桿內(nèi)徑斷面的150%），底端一排濾孔距鉆頭0.4～0.5m，上端接頭內(nèi)截面倒角，以減小混合液上返對(duì)端面和連接部位的沖刷。

圖1 特殊機(jī)具示意圖

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

使用研制特殊機(jī)具，未再出現(xiàn)鉆具堵塞和卡埋鉆事故，通井時(shí)效2.3～2.5m/h，從1153.04m通孔至1235.89m（遇金屬物件停止通孔）僅用40h，后順利下入?127mm護(hù)壁濾管。

4.2 應(yīng)用效果

（1）特殊機(jī)具使用有效避免遇粗粒徑巖屑即堵塞鉆具和卡埋鉆事故，縮短通井時(shí)間，使用效果良好。

（2）涌水量恢復(fù)效果：本舊井處理井，在氣舉反循環(huán)通孔和下?127mm濾管護(hù)壁，降壓試驗(yàn)涌水量709m3/d、水溫42℃，基本恢復(fù)原涌水資源量。

5 結(jié)論與建議

（1）本特殊機(jī)具在使用中較好地解決了舊井處理氣舉反循環(huán)工藝大粒徑巖屑堵塞鉆具問(wèn)題，在類似項(xiàng)目有較好推廣應(yīng)用前景。

（2）本特殊機(jī)具應(yīng)使用N80及以上材質(zhì)，以提高其耐性和強(qiáng)度。

（3）本特殊機(jī)具有部分埋在巖屑中，易磨損，每100～200m應(yīng)提鉆檢查其完好性。