陽(yáng)泉保安區(qū)鉆探施工工藝研究

曹立揚(yáng)，王平森

（河南省資源環(huán)境調(diào)查一院，河南 鄭州 450000）

1 工程概述

1.1 地理位置

1.2 構(gòu)造位置

XJ-11 井構(gòu)造位置處于沁水盆地東北緣陽(yáng)泉向斜軸部新景礦地層復(fù)雜構(gòu)造帶；礦區(qū)周邊發(fā)育4 條斷層，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

1.3 鉆探目的及任務(wù)

（1）通過(guò)地質(zhì)錄井、測(cè)井資料，獲取實(shí)測(cè)的地質(zhì)資料，進(jìn)一步獲得該地區(qū)的地層剖面。

（2）準(zhǔn)確獲取目標(biāo)地層的厚度、埋深以及鉆遇地層巖性。

（3）了解主要地層的裂隙發(fā)育情況和滲透率、鉆井過(guò)程中鉆井液對(duì)地層的污染成度、地層壓力及其邊界和原地應(yīng)力狀況為后期壓裂、排采提供依據(jù)。

1.4 工程鉆遇地層劃分及地層概述

（1）第四系（Q）：巖性上部為為薄層土壤層、黃土與雜色河床礫石層，下部多為棕黃、褐黃色粘土夾粉～中砂層及砂礫層。與下伏地層呈不整合接觸。

（2）二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）：本組地層為細(xì)-粗-細(xì)沉積旋回，上部為大段紫紅色泥巖，中部為灰綠、紫紅色泥巖與灰白色細(xì)砂巖互層；下部為灰色細(xì)砂巖。與下伏地層整合接觸。

（3）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）：本組地層為上粗下細(xì)反沉積旋回，上部灰色泥巖與淺灰色細(xì)砂巖；中部為灰、灰白色中砂巖夾粉～細(xì)砂巖；下部為大段灰色泥巖與灰、淺灰色粉～細(xì)砂巖互層；底部見(jiàn)一層灰、灰白色中粒砂巖(K8砂巖)。與下伏地層整合接觸。

（4）二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）：本段地層巖性以深灰色泥巖為主，為深灰、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖與淺灰色粉～細(xì)砂巖、中砂巖及礦產(chǎn)資源層互層，局部見(jiàn)灰黑色炭質(zhì)泥巖，底部為灰、灰白色粉砂巖、細(xì)砂巖(K7砂巖)。與下伏地層整合接觸。

由高壓室開(kāi)關(guān)柜的布局特點(diǎn)及巡檢任務(wù)要求可以看出，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡簡(jiǎn)單且固定，結(jié)合軌道式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有軌跡固定、被動(dòng)轉(zhuǎn)向及驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，機(jī)器人采用軌道式移動(dòng)車體技術(shù)，軌道布局如圖3，軌道交叉部分通過(guò)圓弧過(guò)渡。移動(dòng)車體應(yīng)具有在直線軌道和彎曲軌道上行駛的能力，并且具有良好的穩(wěn)定性能。

（5）石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）：本組地層總體為一粗段，巖性為淺灰色細(xì)砂巖、灰黑色灰?guī)r，炭質(zhì)泥巖與灰黑色泥巖呈略等厚互層。

2 工程施工

2.1 采用的主要設(shè)備

要達(dá)到鉆探施工目的，首先得選擇好恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備。設(shè)備選擇好了施工效率才能提高。本次使用的鉆機(jī)及其附屬設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 鉆機(jī)及主要設(shè)備表

2.2 施工工藝流程圖

圖1 施工工藝流程圖

3 采用的鉆探技術(shù)措施

3.1 設(shè)備安裝

（1）設(shè)備安裝要保證平、穩(wěn)、正、全、牢、靈、通。特別是天車、轉(zhuǎn)盤、井口三點(diǎn)垂直成一條線，其偏移不得大于20mm。

（2）各種入井鉆具到井場(chǎng)后，工程技術(shù)人員要親自逐根檢查、丈量，特殊工具應(yīng)繪制草圖，標(biāo)明各種尺寸。

（3）開(kāi)鉆前對(duì)鉆井設(shè)備、高壓管線進(jìn)行全面檢查并試運(yùn)轉(zhuǎn)。采取流動(dòng)試壓，泵壓要求為額定泵壓80%，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)30min，達(dá)到高壓管匯固定牢固、不刺、不漏，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，鉆井儀表靈敏準(zhǔn)確。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)整改，保證開(kāi)鉆后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

表3 鉆頭使用及鉆井參數(shù)

表6 套管程序

（4）開(kāi)鉆前根據(jù)鉆井液設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備充足清水，配置足夠量的鉆井液；挖好井口和一開(kāi)循環(huán)池。

3.2 第一次開(kāi)鉆(φ311.1mm 井眼)

①一開(kāi)井眼要保證打直打好，必須旋轉(zhuǎn)開(kāi)鉆，禁止不轉(zhuǎn)鉆具直接沖出井眼。鉆進(jìn)中，要輕壓吊打，適當(dāng)控制鉆速。②盡量用鉆井液開(kāi)鉆，以防沖出大肚子井眼；防止井壁垮塌和漏失。③鉆遇漏失層段時(shí)，可根據(jù)實(shí)際漏速的大小，采取相應(yīng)堵漏措施。④固井打完水泥后立即找正、固定井口，使表層套管居中坐正候凝，防止二開(kāi)井口偏斜。

3.3 第二次開(kāi)鉆 (φ215.9mm 井眼)

①根據(jù)具體鉆機(jī)設(shè)備底座情況，開(kāi)鉆前按單井設(shè)計(jì)裝好井口。按地質(zhì)錄井要求安裝相關(guān)取樣儀器。②二開(kāi)鉆進(jìn)鉆鋌出表套前要控制鉆壓和轉(zhuǎn)速，領(lǐng)好眼后再用正常參數(shù)鉆進(jìn)。③優(yōu)化鉆井參數(shù)，采用噴射鉆井、PDC 鉆頭等先進(jìn)適用技術(shù)，以加快鉆井速度。④堅(jiān)持采用防斜打直井技術(shù)，搞好井身質(zhì)量監(jiān)測(cè)。井隊(duì)?wèi)?yīng)配備單點(diǎn)測(cè)斜儀，一般每鉆進(jìn)80m～100m 測(cè)斜一次，發(fā)現(xiàn)井斜超標(biāo)，立即采取措施糾斜并加密測(cè)量，以確保井身質(zhì)量合格。⑤下鉆操作平穩(wěn)，不得猛剎、猛放，防止頓鉆。漏失層段、煤層段下鉆速度控制在20m/min 以內(nèi)。每次下鉆離井底一個(gè)單根，要先接水龍頭小排量開(kāi)泵循環(huán)，防止塞入小井眼，防止頓入沉砂中塞堵鉆頭水眼。下鉆遇阻不能超過(guò)100KN，必要時(shí)開(kāi)泵劃眼，如不能一次到底，要分段循環(huán)。每次開(kāi)泵前要注意泵壓變化，避免蹩漏地層⑥起鉆要控制起鉆速度，遇卡不能硬提，多上下活動(dòng)，上提不能超過(guò)100kN，必要時(shí)可采取倒劃眼的措施；啟車、坐吊卡等不能猛提、猛放；起鉆每6 根柱必須灌滿鉆井液一次。⑦使用鉆頭要精心判斷，起出新度不要低于25%，防止出現(xiàn)鉆頭事故。⑧進(jìn)入設(shè)計(jì)目的層前30m，落實(shí)坐崗觀察制度，加強(qiáng)巖性分析判斷，專人負(fù)責(zé)觀察鉆井液池面的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏、溢流等情況，并采取正確的處理措施。

3.4 采用鉆井參數(shù)（表3）

3.5 鉆井液的使用

鉆進(jìn)過(guò)程中保持鉆井液的抑制性，以抑制地層造漿；防止石盒子組的井漏及石盒子組、山西－太原組的泥巖因水化膨脹而產(chǎn)生的坍塌，以及由于巖性破碎而導(dǎo)致泥頁(yè)巖剝落掉塊；嚴(yán)格控制固相含量清除無(wú)用固相，保持鉆井液的清潔，用絮凝沉淀的方法和置換鉆井液的方法（確保井內(nèi)安全的情況下）降低鉆井液中超細(xì)微粒含量，避免固相進(jìn)入礦產(chǎn)資源層段。降低失水量，控制好鉆井液的PH 值，控制分散劑使用，減少濾液對(duì)粘土礦的水化膨脹，分散運(yùn)移，盡可能減小對(duì)煤層的損害。二開(kāi)鉆進(jìn)采用高粘低比重鉆井液循環(huán)確保井壁穩(wěn)定，進(jìn)入山西組直至完井逐漸轉(zhuǎn)化為清水鉆進(jìn)（鉆井液密度≤1.03g/cm3，粘度30s 以下），完鉆后進(jìn)行了大排量循環(huán)鉆井液保持了井眼的清潔。確保了測(cè)井和下套管的順利進(jìn)行。（表4）。

表4 鉆井液性能

3.6 采用的鉆具組合見(jiàn)圖2

表5 鉆具組合

4 套管固井施工

4.1 所下套管程序（表6）

4.2 采用的固井工藝

（1）固表層套管工藝。固井作業(yè)時(shí)，注入林州產(chǎn)G 級(jí)油井水泥3.50t、水泥漿量2.80m3、水泥漿平均密度1.85g/cm3、替漿量0.70m3，預(yù)留水泥塞10.00m，水泥漿返至地面。

（2）固生產(chǎn)套管工藝。生產(chǎn)套管注入隔離液4.00m3，注入林州G 級(jí)水泥25.00t，水泥漿平均密度1.82g/cm3，替清水8.20m3，碰壓15MPa，壓力未降，施工正常，設(shè)計(jì)水泥漿返深204.00m。

（3）固井工程施工程序。①套管下完后大排量循環(huán)洗井不少于兩周。②高壓管線清水試壓20.00MPa，確保施工中不漏。③注隔離液清水4.00m3。④注水泥25.00t，水泥漿密度平均1.80g/cm3。⑤壓膠塞并頂替，用清水8.20m3，固完井48 小時(shí)后進(jìn)行了試壓，加壓15MPa，穩(wěn)壓30min，壓降0MPa，試壓合格。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）XJ-11 井工程采用以上鉆探工程工藝順利完工，達(dá)到了預(yù)期效果。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)層位及設(shè)計(jì)井深：設(shè)計(jì)井深639.00m，層位太原組（C3t）；實(shí)際井深677.00m，層位太原組（C3t）。套管內(nèi)已替成清水，無(wú)沉淀物和雜物，確保后期施工順利。裝好套管帽，距地面0.25m，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）查明了XJ-11 井地層層序、巖性、厚度及終井層位；獲取了礦產(chǎn)資源層的厚度、埋深及結(jié)構(gòu)特征。

（3）XJ-11 井進(jìn)行地球物理測(cè)井一次。其中完鉆標(biāo)準(zhǔn)測(cè)井一次。測(cè)井項(xiàng)目齊全，測(cè)井曲線完整，測(cè)井解釋所確定的礦產(chǎn)資源層深度、厚度可靠；生產(chǎn)套管固井質(zhì)量合格。

（4）各項(xiàng)原始資料收集齊全、及時(shí)、準(zhǔn)確、完整。

該工程順利通過(guò)陽(yáng)煤集團(tuán)甲方驗(yàn)收施工。施工中嚴(yán)格按照總體設(shè)計(jì)要求，抓住安全，精心組織，認(rèn)真施工，順利完成了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)。