琿春組含煤、粉砂地層供水井施工技術(shù)

丁鳴 蔡歡喜 李妍 儲(chǔ)德貴

摘? 要：為解決下第三系古新統(tǒng)琿春組地層的供水井含煤、粉砂等施工難題，通過分析論證，優(yōu)化管井施工設(shè)計(jì)，摸索出一套針對(duì)該地層特點(diǎn)的施工和成井方案，有效的防止了塌孔等井內(nèi)事故的發(fā)生，并顯著提高了出水質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：琿春組? 含煤? 粉砂

1、工程概況

吉林省延邊朝鮮族自治州琿春市口岸開發(fā)區(qū)某單位為解決其生產(chǎn)、生活用水，委托我單位對(duì)該單位設(shè)計(jì)構(gòu)筑一口供水井。

該供水井位于琿春市北部琿春口岸南側(cè)，北側(cè)為中俄邊境諸丘陵，向南為琿春盆地。該地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為上部第四紀(jì)松散層，下部下第三系古新統(tǒng)琿春組地層。該地層為灰白色礫巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，夾雜薄煤層。地下水補(bǔ)給方式是大氣降水和山區(qū)補(bǔ)給。

該單位之前曾構(gòu)筑一口供水井，但因井涌砂嚴(yán)重，且潛水受到污染，導(dǎo)致水井水質(zhì)嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)，現(xiàn)今已經(jīng)廢棄。

2018年7月歷時(shí)10天，完成成井任務(wù)，水井深101m，水量達(dá)200m3/d以上。本文對(duì)該項(xiàng)目的施工和成井經(jīng)驗(yàn)做簡要介紹。

2、施工和成井設(shè)計(jì)

根據(jù)井位的地層情況，吸取鄰近水井教訓(xùn)，決定采用牙輪鉆頭回轉(zhuǎn)全面鉆進(jìn)技術(shù)，以膨潤土泥漿作為鉆井液，φ311mm牙輪銑齒鉆頭與φ374mm牙輪銑齒鉆頭交替使用，泥漿正循環(huán)全面鉆進(jìn)至101m，然后采用φ445mm牙輪鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，之后采用φ470mm肋骨片擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)至終孔。在成井工藝中采用粘土球護(hù)壁止水，避免上層潛水污染，下入Φ273mm螺旋鐵管102.0m。其中Φ273mm纏絲濾水管長42.0m，濾水管采用棕皮與紗網(wǎng)雙層外包，防止涌砂情況出現(xiàn)。

3、鉆井施工

3.1 主要施工鉆具

采用SPC-600鉆機(jī)一臺(tái)，配置φ114鉆桿20根，φ174鉆鋌5根，牙輪銑齒鉆頭φ311mm、φ374mm，φ470mm肋骨片擴(kuò)孔鉆頭。

3.2 成孔參數(shù)

采用高鉆壓，中等鉆速，鉆速為80-120r/min，泥漿泵的循環(huán)流量適當(dāng)放大，控制在60-80L/min，開孔后將五根鉆鋌全部下入孔內(nèi)，依靠鉆具自身重量，提高鉆孔效率。

3.3鉆井液

該井主要依靠鉆井液的液壓護(hù)壁。針對(duì)地層含砂量較大，易發(fā)塌孔的特點(diǎn)，要保持井眼的穩(wěn)定，鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓力取得平衡，鉆井液密度穩(wěn)定。該井采用高固相、高粘度的優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護(hù)壁。具體數(shù)據(jù)見下表。

4、主要施工難點(diǎn)及對(duì)策

4.1防斜

在砂礫石地層采用使用牙輪全面鉆進(jìn)工藝，極易發(fā)生孔斜現(xiàn)象。為防止此類事故發(fā)生，我們一方面堅(jiān)持使用鉆具增加鉆壓，防止使用鉆機(jī)的液壓加壓時(shí)發(fā)生鉆具失穩(wěn)的現(xiàn)象，另一方面，我們應(yīng)用剛性滿眼鉆具組合防斜技術(shù)。將一根鉆鋌加工成扶正器，并在其外部加鑲修孔合金，防止其磨損迅速，利用鉆鋌扶正器準(zhǔn)剛體的特性防斜。通過此種方法，保證了鉆孔的圓度和垂直度，全部井管一次性下入到位。

4.2防煤層、涌砂

由于該井地層多粉細(xì)砂，多煤層，我們?cè)谠欣p絲濾水管的外部包了兩層80目紗網(wǎng)三層棕皮，使用米絲困扎結(jié)實(shí)。事實(shí)證明，該措施有效的防止了粉細(xì)砂和煤粒涌入井孔內(nèi)，經(jīng)過二十多個(gè)小時(shí)的抽水洗井，最終達(dá)到水清砂凈，含水層的細(xì)砂和煤層沒有對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。

4.3防表層水污染

施工之前在走訪中得知，附近機(jī)井雖然水量較大，但是水質(zhì)普遍不好，具體問題是固體懸浮物普遍嚴(yán)重超標(biāo)，人畜無法正常引用，必須采取措施阻止淺層水，取深層水。本次施工使用粘土球+止井管纏繞海帶將上部潛水封住。井管環(huán)狀間隙投入礫料作為過濾層，采用動(dòng)水投礫，共投入5-10mm規(guī)格礫料20m3。投入粘土止水封孔，封孔止水位置12.0m。

4.4卡鉆

卡鉆分為：鍵槽卡鉆、沉砂卡鉆、井塌卡鉆、壓差卡鉆、縮徑卡鉆、落物卡鉆等[1]。此次施工遇到卡鉆的屬于沉砂卡鉆，沉砂卡鉆的表現(xiàn)是：重新開泵，泵壓很高或憋泵;上提遇卡，下放遇阻且鉆具的上提下放越來越困難，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)阻力很大甚至不能轉(zhuǎn)動(dòng)。其表現(xiàn)是接單根或起鉆卸開立柱后，鉆井液噴勢很大。

為了預(yù)防沉砂卡鉆，應(yīng)確保鉆井液的性能滿足清巖和懸浮巖屑的要求，隨時(shí)做好設(shè)備和循環(huán)系統(tǒng)的檢查維護(hù)，在因故停止鉆進(jìn)時(shí)，避免停止井內(nèi)循環(huán);縮短接單根時(shí)間，在發(fā)現(xiàn)泵壓升高及巖屑返出量較小時(shí)要控制鉆速，加大排量洗井，停泵前要將鉆具提離井底并隨時(shí)活動(dòng)鉆具。

5、結(jié)論

該井位于琿春盆地，地層為琿春組，以砂礫巖和富含粉細(xì)砂的泥巖為主，中間間有若干層煤層。因污染嚴(yán)重附近機(jī)井普遍水質(zhì)不好，且固體懸浮物普遍超標(biāo)。這次采用牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)配合扶正器防偏防斜的工藝，既能快速通過砂礫石地層，又能有效避免井斜的發(fā)生，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，為避免粉細(xì)砂和細(xì)小煤粒污染水源，在濾水管外部采用紗網(wǎng)和棕皮雙層包扎的工藝，起到了良好的過濾效果，且并沒有明顯影響出水量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊塑. 鉆井卡鉆原因分析及對(duì)策[J].云南化工，2018（1）.

作者簡介：

丁鳴? 1982.10出生，工程師，主要從事鉆探工作