河北南孟3340 m基巖地?zé)峋┕すに?/h1>

文章來源：地大熱能 發(fā)布作者： 發(fā)表時(shí)間：2021-10-27 15:50:51瀏覽次數(shù)：1298

      我院近年來主要承攬地?zé)峋?/a>施工工程, 但所鉆遇的地層大都是第四系、第三系地層, 而且相對(duì)較淺, 孔深都在2000 m內(nèi)。2007 年4月, 受河北省霸州市萬泉地?zé)峋?/a>開發(fā)有限責(zé)任公司委托, 我院在河北霸州南孟施工地?zé)?/a>井一眼, 目的是通過鉆探手段探明該區(qū)地?zé)崽?/a>情況及地?zé)崂?/a>價(jià)值, 設(shè)計(jì)井深3600 m, 實(shí)際施工深度3440 m即達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

 

  該井是我院首次進(jìn)行深孔基巖地?zé)?/a>井施工。通過5個(gè)月的施工, 圓滿地完成了施工任務(wù), 受到了甲方的好評(píng)。

 

  該井出水量達(dá)到140 m3 /h, 出口水溫達(dá)到104℃, 是華北地?zé)崽?/a>至今為止出水溫度最高的一口地?zé)峋?/a>。該井施工工藝的成功實(shí)施, 不僅對(duì)我院今后的地?zé)峋?/a>施工開創(chuàng)了一條新路, 同時(shí)對(duì)整個(gè)華北地區(qū)地?zé)?/a>井的施工都具有一定的指導(dǎo)意義。

 

  1 地質(zhì)概況

 

  該井在地質(zhì)構(gòu)造上位于:牛駝鎮(zhèn)凸起南側(cè)牛東斷層與霸縣凹陷接觸的斷階帶西段斷塊的南孟潛山東部?jī)A沒部位。該斷階帶在區(qū)域構(gòu)造上, 新生界構(gòu)造層歸屬于霸縣凹陷, 前第三系構(gòu)造層則依附于牛駝鎮(zhèn)凸起。本井鉆遇地層情況如下。

 

  0 ～ 400 m為新生界第四系平原組:棕黃色粘土層與砂礫層不等厚互層, 性松軟, 可鉆性好。

 

  400 ～ 1300 m為新生界上第三系明化鎮(zhèn)組:上

 

  段為灰、淺灰色細(xì)～中砂巖與灰黃、棕紅色泥巖等厚或略等厚互層, 性較松軟, 半固結(jié)狀態(tài);下段以棕紅色泥巖為主夾灰色或灰黃細(xì)～ 中、粗砂巖, 含礫砂巖;底部為含礫砂巖, 與下伏沙河街組呈角度不整合接觸。

 

  1300 ～ 1650 m為新生界下第三系沙三界:上段為灰色泥巖夾灰色薄層粉～細(xì)砂巖, 以粉砂巖為主,具有正旋回特征;中段為頂部黃、棕紅色泥巖發(fā)育,夾薄層粉～細(xì)砂巖, 中下段灰色泥巖與灰白、灰色粉～細(xì)砂巖互層, 其間夾薄煤層;下段主要為灰色泥巖, 夾有薄層白云巖或油頁巖, 與下伏地層呈整合接觸。

 

  1650 ～ 2000 m為新生界下第三系沙四界:上段為灰、褐灰色泥巖與灰色粉砂巖不等厚互層, 其間偶夾黑色玄武巖;中段以灰、紫紅色泥巖為主夾薄層粉～細(xì)砂巖;下段為紫紅、灰色泥巖與灰、灰白色砂巖不等厚互層, 底部砂巖含礫巖, 與下伏奧陶系呈角度不整合接觸。

 

  2000 ～ 2150 m為下古生界奧陶系灰?guī)r:上部巖性為褐灰、深灰色白云巖;下部為深灰、灰、褐色灰?guī)r, 常含泥質(zhì), 頂部為侵蝕面和風(fēng)化淋濾, 縫洞發(fā)育,與下伏地層為整合接觸。

 

  2150 ～ 2900 m為下古生界寒武系:上部以褐色灰?guī)r為主夾薄層泥灰?guī)r, 底部出現(xiàn)棕黃色泥頁巖;上部毛莊組為紫紅泥巖夾紫紅色、灰鮞色灰?guī)r;中部饅頭組為棕紅、紫紅、灰黃色泥巖夾褐、深灰、灰色泥質(zhì)灰?guī)r、白云巖;下部府君山組為褐色白云巖及灰?guī)r,與下伏地層為平行不整合接觸。

 

  2900 ～ 3000 m為中上元古界青白口系:上部景兒峪組為紫色泥灰?guī)r;中部長(zhǎng)龍山組為灰白、紫色石英砂巖, 淺灰綠色海綠石砂巖及紫紅、灰綠、深灰色泥巖;下部下馬嶺組為深灰色頁巖及紫色泥巖。

 

  3000 ～ 3600 m為中上元古界薊縣系:鐵嶺組,

 

  上部灰、深灰色白云巖, 下部夾薄層灰、綠色頁巖, 底夾薄層灰色石英砂巖;洪水莊組, 灰色白云巖, 硅質(zhì)白云巖, 頂、底部有薄層灰色頁巖;霧迷山組, 灰、褐灰、灰白色白云巖及硅質(zhì)白云巖, 灰質(zhì)白云巖;楊莊組, 棕紅、紫紅色白云巖及泥灰?guī)r。

 

  2 鉆井設(shè)計(jì)

 

  2.1 井身結(jié)構(gòu)

 

  2.2 技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求

 

  3 施工設(shè)備及鉆具組合

 

  施工主要設(shè)備有:3000 m鉆機(jī)1臺(tái), ZJ170/41-K型鉆塔1 副, 3NB-1300D型鉆井泵1 臺(tái),PZ12V190B型柴油機(jī)2臺(tái), UF3561 -6 m3型自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)2臺(tái), 40 m3鉆井液儲(chǔ)備罐2 個(gè), 鉆壓指重表1臺(tái), 45 MPa鉆井泵壓表1個(gè)。

 

  4 鉆井液技術(shù)

 

  4.1 鉆井液體系及性能

 

  4.2 鉆井液維護(hù)要點(diǎn)

 

  4.2.1 一開(0 ～ 355 m)

 

  地層膠結(jié)疏松, 井徑大, 鉆屑攜帶困難, 鉆井液體系為高粘度膨潤(rùn)土漿。配制預(yù)水化膨潤(rùn)土漿(密度1.10kg/L)。用預(yù)水化膨潤(rùn)土泥漿開鉆, 鉆進(jìn)中根據(jù)井下實(shí)際情況, 不斷補(bǔ)充提粘劑, 保持鉆井液具有較強(qiáng)的攜帶和懸浮能力, 滿足大井眼鉆進(jìn)需要。

 

  鉆至設(shè)計(jì)深度后, 要進(jìn)行充分的循環(huán)和通井, 在確認(rèn)井眼干凈、無沉砂和無井壁坍塌后方能起鉆, 以確保下套管和固井的順利施工。

 

  4.2.2 二開(355 ～ 2005 m)

 

  將一開鉆井液用清水和膠液沖稀至膨潤(rùn)土含量<40 g/L, 根據(jù)需要加入各種處理劑, 調(diào)整至設(shè)計(jì)性能。開鉆將鉆水泥塞所污染的鉆井液放掉或加入純堿清除鈣離子, 其余鉆井液地面凈化處理后, 作正常使用。鉆進(jìn)中及時(shí)補(bǔ)充配制濃度為1%的高分子聚合物膠液, 盡量不單獨(dú)加清水, 增強(qiáng)鉆井液的抑制性。利用NPAN調(diào)整鉆井液粘度, 調(diào)節(jié)流變性, 利用PAM抑制頁巖、巖屑分散, 合理控制濾失、加足防塌劑, 確保井眼穩(wěn)定;鉆井中隨時(shí)儲(chǔ)備與井眼內(nèi)性能相同的鉆井液, 以備井下復(fù)雜情況應(yīng)急用。

 

  4.2.3 三開(2005 ～ 3002 m)

 

  由于本段所鉆遇的地層易垮塌, 做好防塌工作。

 

  具體做法是:加足濾失劑和防塌劑, 確保井壁穩(wěn)定。

 

  控制好鉆井液的pH值在8 ～ 9, 可以減弱高堿性對(duì)泥巖的強(qiáng)水化作用。適當(dāng)提高鉆井液的礦化度, 使之與泥頁巖的礦化度相當(dāng)或稍高, 減少滲透壓, 降低井壁周圍泥頁巖的含水量和孔隙壓力, 使泥頁巖強(qiáng)度增加?？稍阢@井液中加入各種堵塞劑, 如氧化瀝青、淀粉等, 以減少或防止?jié)B透作用和毛細(xì)管作用,降低濾液向井壁巖石的滲透速度。如泥漿性能保持完好, 仍出現(xiàn)地層垮塌, 可提高鉆井液密度, 以平衡地層應(yīng)力。該段地層注意防漏, 具體做法:配合地質(zhì)壓力檢測(cè), 無特殊情況嚴(yán)格控制鉆井液密度, 盡可能實(shí)現(xiàn)壓力平衡鉆井。視井下地層情況可加入2% ～3%顆粒狀堵漏劑、3% ～ 5%的粗纖維類堵漏劑或復(fù)合堵漏劑, 以滿足防漏需要。若發(fā)生漏失, 應(yīng)快速準(zhǔn)確地分析確定漏失類型, 及時(shí)采取有效的堵漏技術(shù)和方法(橋接堵漏、凝膠堵漏、可酸化凝固型堵漏技術(shù)等), 降低或消除漏失, 恢復(fù)鉆進(jìn)。

 

  堵漏方法及措施:

 

  (1)循環(huán)堵漏。發(fā)現(xiàn)井漏停止鉆進(jìn), 采用小排量、低泵壓循環(huán)觀察, 同時(shí)往鉆井液中加入堵漏材料(堵漏材料含量3% ～ 5%), 停止漏失后恢復(fù)鉆進(jìn)。

 

  (2)靜止堵漏。循環(huán)堵漏無效, 發(fā)生裂縫性漏失, 鉆井液失返時(shí)采用此法。起鉆前配堵漏鉆井液(粘度為滴流, 堵漏材料含量8% ～ 10%), 小排量泵入漏層后, 即起鉆靜止, 靜止一段時(shí)間后, 分段下鉆循環(huán), 停止漏失后恢復(fù)鉆進(jìn)。

 

  (3)清水強(qiáng)穿。井口鉆井液失返, 利用鉆屑和堵漏劑堵漏。

 

  (4)上述堵漏措施無效, 堵漏過程中鉆井液無返出, 可采用水泥堵漏。使用振動(dòng)篩、除砂器等與鉆井泵同步運(yùn)轉(zhuǎn), 嚴(yán)格控制鉆井液中劣質(zhì)固相含量和低密度固相, 維持鉆井液膨潤(rùn)土含量在30 ～ 45 g/L。

 

  4.2.4 四開(3002 ～ 3600 m)

 

  由于該井段為目的層, 且該井段地層較穩(wěn)定, 為保護(hù)產(chǎn)層, 故采用清水鉆井。

 

  5 鉆頭及鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

 

  5.1 鉆頭設(shè)計(jì)

 

  5.2 鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)

 

  鉆壓:一開鉆壓≤70 kN, 二開鉆壓≤150 kN, 三開鉆壓≤130 kN, 四開鉆壓≤100 kN。

 

  轉(zhuǎn)速:60 ～ 120 r/min, 如遇憋鉆、跳鉆時(shí)換低表4 各井段所用鉆頭型號(hào)序號(hào)尺寸/mm 型號(hào)井段/m 進(jìn)尺/m1 444.5 H126 0 ～ 355 3552 311.1 HAT126 355 ～ 1300 945

 

  3 311.1 HAT437、HAT517 1300 ～ 2002 702

 

  4 244.5 HJT527、HJT617、HJT637 2002 ～ 3002 10005 152.4 HJT527、HJT617、HJT637 3002 ～ 3600 600速。

 

  流量:采用最大流量41.52 L/s。

 

  泵壓:通過調(diào)節(jié)三牙輪鉆頭噴嘴, 將泵壓控制在10 ～ 15 MPa。

 

  6 固井工藝

 

  6.1 表層套管固井

 

  套管串結(jié)構(gòu):浮鞋+套管1根+浮箍(內(nèi)插座)+套管串。

 

  注水泥方案:普通42.5R硅酸鹽水泥, 水泥漿密度1.8 g/cm3 , 水泥返出地面。采用鉆井液開鉆,內(nèi)插法固井。內(nèi)插管坐封要平衡, 密封要可靠, 密封插頭下井前要涂抹黃油。施工結(jié)束后, 如果井口水泥漿面下沉, 必須注水泥漿補(bǔ)充。

 

  6.2 二開固井

 

  套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+3 根套管+5 根套管(加3 組套管扶正器以保證套管居中, 保障固井效果)+變徑反絲接頭+鉆桿。采用G級(jí)水泥, 水泥漿密度1.8 g/cm3 (根據(jù)實(shí)鉆測(cè)定及測(cè)井得出的地層壓力, 可調(diào)節(jié)水泥漿密度, 確保水泥漿返高達(dá)到設(shè)計(jì)要求)。水泥漿自由水控制量<3.5 mL, 失水量<150 mL, 水泥漿返高為500 m, 套管重疊段封固不少于30 m。

 

  稠化時(shí)間≥施工總時(shí)間+3 h。

 

  施工程序:循環(huán)鉆井液※注水泥漿※替水泥漿※候凝。

 

  6.3 三開固井

 

  套管串結(jié)構(gòu)(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+變徑反絲接頭+鉆桿。采用G級(jí)水泥, 水泥漿密度1.8 g/cm3 (根據(jù)實(shí)鉆測(cè)定及測(cè)井得出的地層壓力, 可調(diào)節(jié)水泥漿密度, 確保水泥漿返高達(dá)到設(shè)計(jì)要求)。水泥漿自由水控制量<3.5 mL,失水量<150 mL, 水泥漿返高為500 m, 套管重疊段封固不少于30 m。稠化時(shí)間≥施工總時(shí)間+3 h。

 

  施工程序:循環(huán)鉆井液※注水泥漿※替水泥漿※候凝。

 

  6.4 套管柱設(shè)計(jì)

 

  7 鉆井技術(shù)措施

 

  7.1 防卡

 

  (1)加強(qiáng)活動(dòng)鉆具, 井內(nèi)鉆具靜止時(shí)間≯3 min。

 

  上下活動(dòng)鉆具范圍應(yīng)在2根以上。

 

  (2)使用抑制性泥漿, 并配合使用好降失水劑,以改善鉆井液及濾餅的潤(rùn)滑性, 降低鉆井液失水量,保證形成的濾餅薄而致密。

 

  (3)保持良好的鉆井液性能, 加強(qiáng)鉆井液凈化,降低固相含量, 盡量作到平衡地層壓力鉆進(jìn), 是防止壓差卡鉆的根本途徑。

 

  (4)最大限度的減少鉆井液液柱壓力, 減少鉆具與井壁上濾餅的接觸面積, 盡量縮短鉆具在井下靜止的時(shí)間, 一定要不停的活動(dòng)鉆具。

 

  (5)最大限度的降低鉆井液中的無用固相含量, 改善鉆井液固相顆粒級(jí)配。維持鉆井液具有好的流變性, 提高井壁的承壓能力。

 

  (6)所有下井鉆具必須按規(guī)定認(rèn)真進(jìn)行檢查,凡不合格的鉆具禁止下井使用。

 

  (7)起鉆前處理好鉆井液, 大排量循環(huán)洗井, 循環(huán)兩周以上方可起鉆。下鉆不應(yīng)一次到底, 應(yīng)分段開泵循環(huán)正常后再下。

 

  (8)鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)泵壓升高、懸重下降、鉆井液返出減少、接單根打倒車等現(xiàn)象, 應(yīng)停止鉆進(jìn)或接單根, 上提鉆具到正常井段后, 采用沖、通、劃的辦法,使井眼恢復(fù)正常后方可繼續(xù)作業(yè)。

 

  (9)短起下鉆井段應(yīng)超過所鉆井段長(zhǎng)度, 防縮徑卡鉆。

 

  (10)鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)泵壓下降, 必須停鉆找出原因。如果在地面上找不出問題, 應(yīng)起鉆檢查鉆具。

 

  (11)鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)鉆時(shí)變慢、憋鉆、泵壓升高、上提鉆具阻卡, 應(yīng)立即停鉆, 處理鉆井液改善性能。同時(shí), 上下長(zhǎng)距離活動(dòng)鉆具, 并高速旋轉(zhuǎn)甩動(dòng), 加大循環(huán)排量, 以消除鉆頭或穩(wěn)定器的泥包。

 

  (12)在井口上作業(yè), 必須預(yù)防工具、螺栓、鉗牙等物品落入井內(nèi)。空井時(shí), 可用鉆頭盒蓋住井口。

 

  7.2 防斜

 

  (1)對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行二開前檢查驗(yàn)收, 認(rèn)真進(jìn)行高壓試運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h以上, 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、不刺、不漏方可開鉆。

 

  (2)表層鉆進(jìn)中, 平衡好水龍帶, 使其不擺不跳。

 

  (3)要輕壓吊打, 井斜<1°, 井斜過大須糾斜。

 

  (4)在檢修保養(yǎng)設(shè)備或處理鉆井液時(shí), 應(yīng)保持大幅度活動(dòng)鉆具并循環(huán)鉆井液。但不可大排量長(zhǎng)時(shí)間停在一處轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán), 避免沖大井眼造成井斜。

 

  (5)換用新鉆頭時(shí), 不可一次下鉆到底。在接近井底時(shí), 小排量開泵, 一擋啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤, 慢慢下到井底, 再用30 ～ 50 kN的鉆壓磨合鉆頭約0.5 h后, 逐漸加壓至正常鉆壓鉆進(jìn)。

 

  (6)設(shè)備安裝按規(guī)定要求達(dá)到平、正、穩(wěn)、固、牢。校正天車中心、轉(zhuǎn)盤中心及井口中心三者處于同一鉛垂線上, 最大允許偏差≯10 mm。

 

  (7)指重表、記錄儀、泵壓表必須靈敏、準(zhǔn)確、好用。

 

  7.3 防漏

 

  (1)在鉆進(jìn)過程中, 調(diào)整好鉆井液性能, 在井下條件允許的情況下, 鉆井液密度盡量小, 保持近平衡壓力鉆井。

 

  (2)鉆遇漏失井段前, 要提前準(zhǔn)備好堵漏材料,

 

  按設(shè)計(jì)要求處理好鉆井液性能, 并準(zhǔn)備隨時(shí)加入堵漏材料。

 

  (3)下鉆前要控制速度, 井深>500 m后要使用輔助剎車, 每下一柱不能少于30 s, 防止下鉆速度過快激動(dòng)壓力過大壓漏地層。下鉆過程要分段循環(huán)鉆井液, 切不可一次下鉆到底再開泵循環(huán)。開泵要先小排量頂通后, 再恢復(fù)正常排量, 嚴(yán)禁開泵過猛壓漏地層。

 

  (4)認(rèn)真執(zhí)行坐崗制度, 專人觀察鉆井液液面的變化情況, 無論鉆進(jìn)還是下鉆時(shí), 發(fā)現(xiàn)井漏, 如果漏失量>5 m3 , 應(yīng)立即起鉆, 并連續(xù)向井內(nèi)灌入鉆井液, 同時(shí)做好堵漏準(zhǔn)備。

 

  7.4 防坍塌

 

  (1)加足防塌抑制劑, 封堵材料, 改變鉆井液濾液性質(zhì), 減少鉆井液侵入量, 滿足對(duì)泥巖的有效抑制和封堵。

 

  (2)盡量縮短流體對(duì)易坍塌地層的浸泡時(shí)間,進(jìn)一步改善鉆井液的高溫高壓濾失性和濾餅性能,加處理劑要均勻, 保持鉆井液性能穩(wěn)定, 尤其是密度和粘切要相對(duì)穩(wěn)定。

 

  (3)盡量減輕鉆具對(duì)井壁的碰撞和減輕壓力激動(dòng)及抽吸;同時(shí), 還應(yīng)盡量減輕流體對(duì)井壁的沖刷。

 

  護(hù)絲, 打撈器將接近內(nèi)管上端時(shí), 應(yīng)放慢下降速度,反復(fù)撈取內(nèi)管無效時(shí), 不得猛沖硬墩, 應(yīng)提鉆查明原因。

 

  (2)在提升鋼絲繩打撈內(nèi)管時(shí), 應(yīng)注意孔口鉆桿內(nèi)是否有沖洗液涌出, 以判斷內(nèi)管是否打撈上來。

 

  (3)鉆孔為干孔時(shí)不得直接投放內(nèi)管, 應(yīng)用打撈器將內(nèi)管送入孔底或開泵以最大排量向鉆桿內(nèi)泵入沖洗液后立即投放內(nèi)管。

 

  (4)內(nèi)管未到底前不準(zhǔn)掃孔鉆進(jìn)。

 

  (5)鉆桿折斷后, 不準(zhǔn)下入打撈器撈取內(nèi)管。

 

  (6)內(nèi)管提上后, 如發(fā)現(xiàn)管內(nèi)無巖心, 應(yīng)立即提鉆處理。

 

  (7)打撈器上的鋼絲繩應(yīng)綁結(jié)牢固, 并應(yīng)裝安全繩, 當(dāng)脫卡銷起過2.5 kN拉力時(shí)應(yīng)能被剪斷, 從而使打撈器安全脫卡。

 

  (8)單動(dòng)性能良好, 各部件之間的同心度要好,管材無傷裂, 絲扣要完好。

 

  (9)不得用管鉗擰卸鉆頭、擴(kuò)孔器和內(nèi)外管, 而應(yīng)用多觸點(diǎn)鉗或擦式鉗, 同時(shí)還應(yīng)注意鉗牙不得觸及鉆頭或擴(kuò)孔器的胎塊部位。

 

  (10)退出巖心時(shí), 要用橡膠錘、木錘敲打內(nèi)管。

 

  不得用鐵錘直接敲打雙管的內(nèi)外管。

 

  (11)雙管在移動(dòng)時(shí)不能猛力拖拉或撞擊, 存放時(shí)要擺平, 不得重壓, 運(yùn)送時(shí)要套裝, 裝卸時(shí)要輕放。

 

  4 結(jié)語

 

  使用JS75型繩索取心金剛石鉆進(jìn), 在直孔和斜孔鉆進(jìn)施工中, 鉆孔頂角偏差<1°/100 m, 方位角偏差<1.5°/100 m, 巖礦心采取率達(dá)到95% ～ 100%,鉆進(jìn)效率達(dá)到2 ～ 3 m/h。不僅能有效防止鉆孔彎曲度超差, 而且孔內(nèi)事故大大減少, 滿足地質(zhì)各方面的要求, 從而大大提高鉆孔質(zhì)量。

 

  我隊(duì)在蔡家營(yíng)鋅金礦為澳方進(jìn)行鉆探施工中,很好地滿足了外方的要求, 不僅取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益, 而且贏得了很好的國(guó)際聲譽(yù)。高標(biāo)準(zhǔn)地完成了地質(zhì)對(duì)鉆探質(zhì)量要求, 取得了質(zhì)量好、效率高、成本低的成效。

 

  另外, 澳方人員認(rèn)真的工作態(tài)度以及一絲不茍的工作精神給我們留下了深刻印象, 值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。