雄安新區(qū)地?zé)峋@探施工難點(diǎn)及措施

呂利強(qiáng)

(中國煤炭地質(zhì)總局第四水文地質(zhì)隊(duì)，河北邯鄲 056000)

近年來，我單位承攬了“雄安新區(qū)地?zé)崆鍧嵞茉凑{(diào)查評價(jià)”項(xiàng)目多口地?zé)峋你@探施工任務(wù)。設(shè)計(jì)井深2 500m，目的層位是薊縣系霧迷山組和長城系高于莊組,其重點(diǎn)是查明薊縣系霧迷山組和長城系高于莊組碳酸鹽巖熱儲的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和空間分布，為研究區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件、熱源機(jī)制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為實(shí)施深部熱儲監(jiān)測提供平臺。

長城系高于莊組熱儲在該區(qū)地?zé)崽锓植紡V泛，但由于其埋深較大，以往不作為主要開采熱儲層，此目的層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂縱橫，鉆探施工少，研究程度較低，可供借鑒的資料很少，鉆探效率低、取心困難；霧迷山組存在判層難等問題。針對這些問題，我們在施工中不斷地研究、試驗(yàn)，總結(jié)出了不少應(yīng)對措施，效果良好。

1 地質(zhì)特征

對該區(qū)具有重要影響的斷裂構(gòu)造主要有牛東斷裂、大興斷裂、容城斷裂、牛南斷裂和雄縣西斷裂，其走向主要為NE向，其次為EW向、 NNE向和NW向。區(qū)內(nèi)地層見表1。

2 存在問題及對策

2.1 霧迷山組判層

2.1.1 現(xiàn)象

位于雄安新區(qū)大營鎮(zhèn)文家營村的D02井鉆進(jìn)到621m時(shí)漏失，多次堵漏效果不佳，通過取心，判斷已進(jìn)入霧迷山組灰?guī)r。隨鉆堵漏劑封堵后下入Φ244.5mm套管。下管后鉆進(jìn)到639m時(shí)鉆井液開始消耗，時(shí)返時(shí)停，不斷補(bǔ)漿頂漏鉆進(jìn)到779m時(shí)，孔底巖粉太多，無法加尺。使用多種堵漏材料調(diào)漿堵漏6次，均不成功，撈粉管也撈不下去。后來鉆頭出套管到636m就遇阻，而且掃不下去，井下電視發(fā)現(xiàn)套管底腳坍塌、掉塊。隨即注水泥封孔，素水泥漿無效，連續(xù)五次都探不到水泥面。

2.1.2 采取措施

用P.O42.5硅酸鹽水泥，在水泥漿中加1%的鋸末和少量水玻璃，鉆具下到套管底腳，封閉井口，“真空”注漿10m3，關(guān)井候凝；72h后，下鉆掃孔到665m，

表1 鉆遇地層

再用此法注漿10m3。凝固后掃孔到739m，又掃下不去。分析原因：665m以上地層已封固，孔底沉渣是封水泥前上部掉塊，粒徑較大，又處于自由狀態(tài)，鉆頭既掃不碎也沖不出地面，只得用Φ178mm的撈粉管撈取。連續(xù)撈取了18趟，把孔內(nèi)落物清理干凈，下部正常鉆進(jìn)，直至鉆進(jìn)到霧迷山組底部再次下套管沒有發(fā)現(xiàn)上部坍塌掉塊等現(xiàn)象發(fā)生。

2.1.3 分析

霧迷山組上界面判斷準(zhǔn)確與否是在本區(qū)鉆井能否順利的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。霧迷山組風(fēng)化殼是指剛進(jìn)入到完整灰?guī)r段。風(fēng)化殼地層松散，不完整，深度和厚度不一。本區(qū)地?zé)峋吭O(shè)計(jì)進(jìn)入完整基巖下管隔離上部明化鎮(zhèn)組。而霧迷山組進(jìn)入即漏而且難堵，鉆進(jìn)困難，施工隊(duì)伍往往急于下管。套管如果穿不過風(fēng)化殼，進(jìn)入不了完整基巖，下管后風(fēng)化殼坍塌掉塊，下部施工困難甚至無法正常鉆進(jìn)；如果下管不及時(shí)，鉆進(jìn)過多，基巖大漏，極易引起上部地層坍塌掉塊甚至卡鉆，抑或無法封堵裸眼地層，下管后無法固井。

本井就是套管少下了30m，如果能克服困難鉆進(jìn)到660m，套管能坐到完整基巖上，就不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

2.2 套管斷脫

2.2.1 現(xiàn)象

位于容城縣午方西莊的某井進(jìn)入霧迷山灰?guī)rΦ244.5mm套管下到759m，鉆進(jìn)到1 488m，下鉆時(shí)鉆頭在套管內(nèi)666m處遇阻，加工小徑三棱鉆頭到741m又遇阻。通過Φ183mm鉛模照相(圖1)、地球物理測井等綜合分析，套管在666m和741m兩處斷脫、錯(cuò)位。后把Φ127mm鉆桿割制成斜口，在斷口處旋轉(zhuǎn)能穿過斷口下到裸眼。

圖1 鉛模Figure 1 Lead mold

2.2.2 采取措施

更改設(shè)計(jì)，提前下入Φ177.8mm套管隔離斷脫套管(原設(shè)計(jì)鉆穿霧迷山組抽水后下管)，然后鉆進(jìn)到霧迷山底部，抽水后繼續(xù)鉆進(jìn)到終孔，再下Φ127mm套管封閉霧迷山組下部。

Φ177.8mm套管下口割制成斜切口(圖2)，接箍和管體間加焊Φ8mm粗的鋼筋，變臺階為斜坡導(dǎo)角，底部10根套管按標(biāo)準(zhǔn)扭矩緊扣后再點(diǎn)焊，以防后期鉆進(jìn)倒扣(本級套管不能固井)。

圖2 套管底口Figure 2 Casing shoe

下管時(shí)在原套管斷脫處旋轉(zhuǎn)、調(diào)試多次下到孔底1 488m，套管外在進(jìn)入霧迷山的深度(原Φ244.5mm套管下部)安置橡膠傘等止水材料，最后封閉井口在套管上口擠注水泥。既成功地隔離了錯(cuò)脫的套管，又封閉上部地層水完成了既定的抽水任務(wù)。后期采用Φ152mm牙輪鉆頭加Φ127mm螺桿的復(fù)合鉆進(jìn)工藝完成了本井的施工任務(wù)。

2.2.3 原因分析

進(jìn)入霧迷山組風(fēng)化殼漏失，只是用隨鉆堵漏材料進(jìn)行了封堵，下管前沒有做承壓試驗(yàn)。固井水泥漿密度大，對地層壓力比鉆井液大4MPa,上返過程中壓漏地層，雖做了補(bǔ)注，但效果不好。后期鉆進(jìn)中鉆具拍打套管，套管外沒有水泥支撐套管斷裂或脫扣下滑。

由此可見，套管不但要下到完整基巖上，而且下管前一定要做地層承壓試驗(yàn)，必要時(shí)用水泥封堵漏層，確保固井質(zhì)量。

2.3 取心

2.3.1 現(xiàn)象

在雄安新區(qū)施工的探查井要求每100m取心1次，采取率不低于80%，巖心直徑不小于70mm。普遍認(rèn)為白云巖完整容易采取，不料使用Φ127 mm×9m的普通卡簧取心筒，堵心嚴(yán)重，回次進(jìn)尺少，取心率極低，甚至取不上來(表2)。

表2 大營鎮(zhèn)文家營村的D02井單管單動取心情況

2.3.2 采取措施

1)選取出刃較小的鉆頭，降低鉆頭在碎巖時(shí)對巖心的擾動。

2)采用帶底水口的取心鉆頭(底噴鉆頭)，減少沖洗液對巖心沖刷破壞。

3)減小切削底面積，加快鉆進(jìn)速度。

4)換用“川8-3” “川6-4”和雙管單動取心器，改用PDC取心鉆頭。取心鉆具組合：

①“川8-3”取心器。二開，Φ215.9mmPDC取心鉆頭+Φ172mm取心筒(扶正器Φ210mm)+Φ165mm鉆鋌+Φ127mm鉆具；

②“川6-4” 取心器。三開，Φ152.4mmPDC取心鉆頭+取心筒Φ127mm(扶正器Φ140mm)+Φ127mm加重鉆桿+Φ127mm鉆桿。

通過取心工具的調(diào)整，擠壓帶巖心的采取率有所提高(表3)，但堵心問題依然未能徹底解決，回次進(jìn)尺仍然不多，雖然用的是9m的巖心筒但只有極個(gè)別回次能達(dá)到5m進(jìn)尺，一般鉆進(jìn)2～4m就堵、卡心。

表3 某井雙管單動取心情況

2.3.3 原因分析

中上元古界薊縣系存在數(shù)層不等厚擠壓帶，地層裂隙較發(fā)育、結(jié)構(gòu)破碎，取心難度大，取心率低。在擠壓帶取心施工過程中，考慮的主要方向?yàn)榻档豌@具、水力沖蝕對巖心的擾動，導(dǎo)致的巖心破碎加劇及楔形斷面之間壓、扭、摩擦等，造成堵心現(xiàn)象。

2.4 井斜超標(biāo)問題

位于容城縣的某井施工到2 058m時(shí)，測井?dāng)?shù)據(jù)顯示井斜為15°，超過了設(shè)計(jì)要求。

2.4.1 采取措施

1)糾斜。定向隨鉆糾斜到2 300m，井斜降到了3°。

糾斜鉆具組合：Φ152mm牙輪鉆頭+φ121mm螺桿1.25°+φ121mm無磁鉆鋌(MWD隨鉆測斜儀)+Φ121mm鉆鋌12根+Φ89mm加重鉆桿24根+Φ89mm鉆桿。

2)優(yōu)化工藝和參數(shù)。增加鉆鋌數(shù)量，鉆壓控制在鉆鋌總質(zhì)量的70%以內(nèi)；換用螺桿+牙輪鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)工藝。

鉆具組合：Φ152mm牙輪鉆頭+Φ121mm螺桿+Φ121mm鉆鋌12根+Φ89mm加重鉆桿24根+Φ89mm鉆桿。

直至鉆完井到2511m，井斜5.04°，達(dá)到了2 000～3 000m井斜在7°內(nèi)的要求。

2.4.2 原因分析

井斜超標(biāo)以地層原因?yàn)橹鳎核E縣系霧迷山組巖性為含燧石條帶白云巖，局部夾泥質(zhì)白云巖，硬度不均勻，傾角達(dá)到40°～50°。

3 施工建議

1)預(yù)留一級口徑。在地表穩(wěn)定的區(qū)域表層Φ508mm套管直接下入明化鎮(zhèn)組；如果表層不穩(wěn)定可以預(yù)先下一級更大的套管。明化鎮(zhèn)組下Φ339.7mm套管后直接用Φ215.9mm鉆頭鉆進(jìn)，如果地層穩(wěn)定說明套管已下入霧迷山穩(wěn)定段，可直接用Φ215.9mm鉆頭鉆穿霧迷山組下Φ177.8mm套管；如果地層不穩(wěn)定則鉆進(jìn)到穩(wěn)定地層后用Φ311.1mm鉆頭擴(kuò)孔后再下Φ177.8mm套管，能滿足終孔孔徑不小于Φ152mm的要求。

2)先用小徑鉆頭探孔。二開見少量的灰白色、白色硅質(zhì)白云巖碎屑后再用小徑鉆頭探孔，找準(zhǔn)霧迷山組穩(wěn)定層深度后再擴(kuò)孔下管。這樣既減小因突然漏失卡、埋鉆的風(fēng)險(xiǎn)，又能確保二開套管準(zhǔn)確進(jìn)入穩(wěn)定基巖。

3)選用MD型高速牙輪鉆頭。針對下部白云巖堅(jiān)硬、破碎、可鉆性差、鉆效低，不適宜使用PDC鉆頭的特點(diǎn)，考慮使用螺桿加牙輪鉆頭復(fù)合鉆進(jìn)工藝。建議選用 7LZ120×7.0型螺桿鉆具加MD617X和MD637XH型高速牙輪鉆頭進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)。