地?zé)徙@井

長裸眼地?zé)徙@井及靜壓反循環(huán)投礫技術(shù)在某超深地?zé)峋膽?yīng)用

  摘 要:開封市地?zé)豳Y源豐富,熱儲層埋藏深,地質(zhì)條件復(fù)雜,鉆探施工難度大。某1800m超深地?zé)峋?/a>,采用了長裸眼鉆井及靜壓反循環(huán)投礫技術(shù)進(jìn)行了鉆探施工,取得了良好效果。對采用的工藝方法及效果進(jìn)行了闡述,提出了建議和結(jié)論。
 
 
  1概述.
 
  開封市地處河南省東部,受多個斷裂構(gòu)造的影響,市區(qū)范圍內(nèi)深部地?zé)豳Y源極為豐富。目前市區(qū)內(nèi)開鑿地?zé)?/a>井已超過60余眼,開鑿深度大多在1100~1200m,水溫在45℃~55℃之間,水量40~50m3/h,主要用于洗浴及生活熱水。由于近十幾年來對這一區(qū)段的含水層過量集中開采,已導(dǎo)致部分地?zé)峋?/a>水位大幅度下降,水量大幅度變小。為合理利用寶貴的地?zé)豳Y源,目前市區(qū)范圍內(nèi)地?zé)峋?/a>規(guī)劃深度必須在1500m以上。鉆井深度的增加,提高了地?zé)徙@井施工難度,傳統(tǒng)的成井工藝遇到了很大的挑戰(zhàn),必須采用更加可靠的成井技術(shù)進(jìn)行地?zé)?/a>井的施工,以確保地?zé)?/a>井的工程質(zhì)量。
  已建的開封開元名都大酒店地處開封新區(qū)鄭開大道近鄰,為一座五星級豪華賓館。為充分利用地?zé)?a href="http://mhkwt.com/t/資源.html" >資源,計劃開鑿一眼超深地熱井以滿足賓館的集中供熱生活熱水需求。地?zé)峋O(shè)計深度1800m,要求單井出水量不小于50t/h,水溫不小于65℃。
 
  3 地質(zhì)概況.
 
  開封市位于濟(jì)源開封斷陷帶,區(qū)域內(nèi)主要有鄭州—蘭考斷裂、新鄉(xiāng)—商丘斷裂、長垣斷裂等3大斷裂帶。本工程位于上述斷裂圍限的開封斷凸內(nèi),距鄭州—蘭考斷裂約7km。新近系地層是主要開采的儲水層,上部被第四系覆蓋,厚度約350m。本工程鉆探目的層為新近系的明化鎮(zhèn)組(Nm)地層,地?zé)峋@遇地層從上至下為新近系的石英細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等地層以及第四系的粘性土與松散砂層等地層。
 
  鉆遇地層特點(diǎn)是第四系地層松散易垮塌,護(hù)壁困難,新近系地層較硬且處于幾大斷裂帶內(nèi),地質(zhì)條件復(fù)雜,鉆進(jìn)困難,同時鉆探需大跨度長距離裸眼鉆進(jìn),易導(dǎo)致孔內(nèi)事故發(fā)生。
 
  4 鉆井結(jié)構(gòu)設(shè)計.
 
  該井為開封市區(qū)第一眼超深地熱井,根據(jù)該區(qū)地質(zhì)特點(diǎn),為提高施工效率,簡化成井結(jié)構(gòu),采用2級鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆進(jìn)成井:一開0~250m采用?394mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)下入?273mm石油套管,二開至終孔采用?245mm牙輪鉆進(jìn)下入?177.8mm石油套管及同徑梯形絲濾水管。采用鉆至設(shè)計深度后一次提吊下管法進(jìn)行下管。
 
  5 鉆探方法及工藝措施.
 
  根據(jù)設(shè)計要求及該地區(qū)地質(zhì)特征,該井使用GZ-2000型鉆機(jī),配備BW2000/7B型往復(fù)式泥漿泵正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)行施工。由于設(shè)計采用一次下管工藝,鉆探需長距離裸眼鉆進(jìn),為保證成孔質(zhì)量,采用噴射式鋼齒牙輪鉆頭、寶塔式鉆鋌結(jié)構(gòu)強(qiáng)力加壓等鉆進(jìn)工藝提高施工效率,縮短鉆孔時間,采用合理的鉆探技術(shù)參數(shù)保證鉆探質(zhì)量及鉆孔垂直度符合設(shè)計要求,采用合理的泥漿工藝維護(hù)鉆孔孔壁安全。
 
  具體工藝措施主要包括:(1)開孔下入孔口保護(hù)管,下入深度30m,并固定牢靠;(2)開孔輕壓慢轉(zhuǎn),確保開孔垂直;(3)鉆進(jìn)過程中,每 200m測斜一次,發(fā)現(xiàn)孔斜及時糾斜;(4)采用寶塔式結(jié)構(gòu)配備鉆具,正常鉆進(jìn)鉆鋌配重不少于100m,總重量不少于50t,以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)壓力鉆進(jìn);(5)采用合理的鉆探工藝參數(shù):鉆壓6~25t,69西部探礦工程2014年第7期泵量2000L/min,合適的轉(zhuǎn)速;(6)盡量采用強(qiáng)壓力、高轉(zhuǎn)速、吊打的方法鉆進(jìn);(7)在縮卡地層鉆進(jìn)時,采用“兩短一長”的起下鉆措施,即正常鉆進(jìn)2次加桿短起后,進(jìn)行一次長的短起鉆,把2次短起鉆孔段進(jìn)行疏通;(8)經(jīng)常監(jiān)測泵壓,及時更換牙輪鉆頭噴嘴;(9)采用合理的泥漿工藝確保長距離裸眼鉆進(jìn)的安全護(hù)壁及攜渣需求:泥漿采用不分散低固相淡水泥漿,采用優(yōu)質(zhì)膨潤土配置基漿,用NaCO3、水解聚丙烯酰胺(PHP)調(diào)整泥漿性能。泥漿性能保持在:密度 1.05~1.10g/cm3,粘度20~25s,失水量15~20mL/30min,含砂量小于5%,pH值9~10,鉆進(jìn)過程及時測試維護(hù)等。
 
  通過以上工藝措施,確保了鉆探質(zhì)量。該井鉆進(jìn)過程中沒出現(xiàn)孔壁坍塌現(xiàn)象,孔內(nèi)事故也僅僅出現(xiàn)了一次脫鉆事故并很快得到了處理。鉆進(jìn)效率大大提高,該井從開鉆至終孔鉆深1840m,僅用了23d時間,純鉆效率平均達(dá)到了3.0m/h以上。終孔孔斜度2.1°,滿足設(shè)計要求。
 
  6 成井技術(shù)及工藝措施.
 
  該井鉆至終孔經(jīng)沖孔換漿后進(jìn)行了井內(nèi)物探測井,得出測井曲線4條,包括視電阻率梯度、自然電位、自然伽馬、井溫及井斜等。經(jīng)參數(shù)解譯劃分含水層,確定可利用含水層為1600m以下累計含水層130m,巖性主要為石英質(zhì)細(xì)砂巖,排管后進(jìn)行成井
 
  成井工藝是指探井、破壁換漿、安裝井管、填礫、封閉以及洗井抽水試驗(yàn)、采集水樣等工序的總稱。而破壁換漿、安裝井管、投填礫料、止水封閉是關(guān)鍵工序,直接影響成井質(zhì)量。該井采用了以下重點(diǎn)工藝措施:
 
  (1)采用組合式高壓射流破壁器進(jìn)行破壁。破壁器自行設(shè)計加工而成,結(jié)構(gòu)上上部為鋼絲刷,下部為射流器,整體隨鉆具下入孔內(nèi),開動泥漿泵在利用含水層段反復(fù)提拉鉆具,對泥皮進(jìn)行徹底破壞,破壁結(jié)束后,清孔換漿直至達(dá)到下管要求。
 
  (3)靜壓反循環(huán)投礫技術(shù)的應(yīng)用。在以往的地?zé)峋┕ぶ校短畹[料一直采用動水投礫法,由于礫料在上返水的沖擊下,下沉過程中沉降速度慢,濾料容易分選,導(dǎo)致大的濾料在下部,小的濾料在上部,形成分層現(xiàn)象,影響濾水效果,導(dǎo)致井孔涌砂。考慮到該地?zé)峋兜[深度更深,投放難度更大,采用了靜壓反循環(huán)投礫技術(shù)。具體做法是:
 
  首先井壁管下至到位后,下入鉆具至孔底,在孔口位置用密封板進(jìn)行密封,開動泥漿泵進(jìn)行管外全孔換漿,將泥漿換至粘度小于17s、含砂量小于2%時,上提鉆具,解除孔口密封,進(jìn)行井管內(nèi)的沖孔換漿,井管內(nèi)泥漿換至清水后,即可停泵投礫。
 
  將篩選清洗過的直徑1~3mm混合優(yōu)質(zhì)石英砂礫料(依據(jù)濾水管纏絲間距、含水層巖性而選定)集中堆放于鉆場近處備用,數(shù)量以預(yù)先計算量為準(zhǔn)。
 
  靜壓反循環(huán)投礫工藝的關(guān)鍵是在投礫初期形成管內(nèi)與管外的自循環(huán)。為達(dá)到此目的,在首次投礫時采用鏟車一次投入孔內(nèi)礫料2~3m3,使孔口形成一個松散的“濾料柱”。該“濾料柱”如同一個“活塞”一樣迫使井管壁外泥漿下沉,這樣就在井管內(nèi)外形成一個壓差。這個壓差促使井管壁外泥漿通過下部濾水管進(jìn)入井管內(nèi)上涌,然后由井口回流到井壁外下泄,這樣隨著首次濾料柱的不斷下沉,帶動了管內(nèi)外的泥漿不斷流動,反循環(huán)條件形成,這時可連續(xù)地由3~4人圍繞井口不停地投入礫料,隨著礫料的不斷投入,管內(nèi)外的壓差愈來愈大,反循環(huán)形成的流量也愈來愈大,流速愈來愈高,這樣礫料在循環(huán)液的帶動下迅速沉至濾水管的位置。由于礫料是隨著循環(huán)液同步下沉的,因此避免了礫料的分層現(xiàn)象,同時礫料到位迅速,到位后比較密實(shí),形成的濾層更加穩(wěn)定,濾砂效果更好。該井投礫量約25m3,40min投礫結(jié)束。
 
  (4)止水封閉。投礫結(jié)束等待井內(nèi)外反循環(huán)停止后立即進(jìn)行止水。首先投入直徑 2~3cm 干凈礫石1.5~2.0m3,壓實(shí)上部礫料,隨后投入4m3半風(fēng)干蘸機(jī)油粘土球(直徑2~3cm)進(jìn)行止水,停待40min進(jìn)行碎石圍填至井口。為防止不同含水層竄層污染,按照前述止水方法對不同含水層進(jìn)行了4次粘土球隔水止水。
 
  7 效果.
 
  該井固井結(jié)束后,立即下入潛水泵進(jìn)行了洗井
 
  開抽后6h即達(dá)到水清砂凈,水位穩(wěn)定,證明該井成井效果好,洗井容易。其后按常規(guī)進(jìn)行了抽水試驗(yàn)、取樣化驗(yàn)。最終確定該井水質(zhì)為Cl-Na型醫(yī)療礦泉水,礦化分段壓裂改造技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用來說,意義非常重大;同時,對于克拉美麗氣田的開發(fā)治理,提供了一種較好的完井及增產(chǎn)技術(shù)措施。滴403井在鉆井項(xiàng)目管理運(yùn)作上,運(yùn)用了“鉆完井集成項(xiàng)目一體化管理制度”,服務(wù)承包商主要承擔(dān)的工作內(nèi)容為施工方案論證與設(shè)計、各種資源組織與調(diào)動、現(xiàn)場生產(chǎn)管理與技術(shù)決策和完井技術(shù)總結(jié)與評估等系列內(nèi)容;而在現(xiàn)場管理方面,采用了鉆井技術(shù)總監(jiān)負(fù)責(zé)制;在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)作過程中,又結(jié)合了現(xiàn)場的各種具體情況,圍繞“安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗”靈活組織生產(chǎn);實(shí)踐證明,這種組織方式不僅保證了該井的成功,而且大大減輕了甲方的管理負(fù)擔(dān)和風(fēng)險。