聶榮軍
(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì),吉林延吉133401)
吉林龍井海蘭1#地?zé)峋删に?/p>
聶榮軍*
(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì),吉林延吉133401)
介紹吉林龍井市海蘭1#地?zé)峋删に?。該井成功的引進(jìn)了遇水膨脹橡膠止水,止水效果可靠、簡便,用鉆進(jìn)泥漿泵固井永久止水,使用扶正器有效控制井斜等技術(shù)措施,對類似地?zé)峋┕ぞ哂幸欢ǖ膮⒖純r值。
地?zé)峋?;成井工藝;止水;固井;遇水膨脹橡膠
地?zé)崾乔鍧嵀h(huán)保的新型可再生能源,國家大力提倡推廣地?zé)崮茉吹拈_發(fā)利用。龍井市政府前瞻性、探索性地開啟了該礦區(qū)域地?zé)豳Y源勘探開發(fā)之路。我隊(duì)受龍井市開發(fā)區(qū)建設(shè)局委托完成此眼探采結(jié)合井的鉆探施工及成井工藝。
工作區(qū)位于龍井市東盛涌鎮(zhèn)西2.5km,龍井市開發(fā)區(qū)海蘭江畔。
投入施工的設(shè)備為GZ-2600型鉆機(jī),CQ3NB-500型泥漿泵,K31.5-135/2.2型鉆塔,相關(guān)泥漿凈化設(shè)備及附屬工機(jī)具。
如圖1所示,確定0~300m為泵室段,此段井徑為?346mm,下入?273mm×8.85mm石油套管,并水泥固井;300~1500m,此段井徑?216mm,下入?177.8mm× 8.5mm石油套管,并水泥固井;1500~2500m為主要含水段,此段井徑為?152mm,采取裸孔成井。
按照地質(zhì)設(shè)計的鉆孔結(jié)構(gòu),我們根據(jù)施工需要,在滿足設(shè)計要求的前提下,制定了如下鉆井工藝:
一開,完成口徑,0~300m孔段的鉆進(jìn),鉆具組合?346mm銑齒鉆頭+?178mm鉆鋌+?159mm鉆鋌+ ?127mm鉆桿,并下入?273mm石油套管,材質(zhì)J55,用水泥固井做永久止水。
二開,完成?216mm口徑,300~1500m孔段的鉆進(jìn)。鉆具組合:?178mm鉆鋌+?159mm鉆鋌+ ?127mm鉆桿,下入?177.8mm石油套管,材質(zhì)J55,用水泥固井做永久止水。
三開,完成?152mm口徑,1500~2500m孔段鉆進(jìn),鉆具組合:?152mm鑲齒鉆頭+?127mm鉆鋌+ ?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿,裸眼成井。
第四階段為測井、下管、固井工作,測井是為后續(xù)射孔做準(zhǔn)備工作。
4.1 下管
(1)下管前的準(zhǔn)備工作:現(xiàn)場下管時,必須按照物探測井結(jié)果和水文地質(zhì)員根據(jù)巖屑編錄兩者結(jié)合給出的下管數(shù)據(jù),對所入的井管進(jìn)行編號排序,并量出長度,認(rèn)真記錄,計算所下井管的質(zhì)量,進(jìn)行了強(qiáng)度核算,確定設(shè)備提升能力是否滿足。在套管上焊接內(nèi)、外止水托盤,安裝遇水膨脹橡膠環(huán),安裝固井凡爾、正反絲接手等。做好下管前的準(zhǔn)備工作,采用吊卡提吊法下管,防止下管混亂,出現(xiàn)止水位置出錯,造成不必要的損失。
(2)下管前,對原孔內(nèi)使用的鉆進(jìn)泥漿用稀泥進(jìn)行頂替,保證井內(nèi)泥漿粘度達(dá)到20~25s,密度1.05~1.06g/cm3。
4.2 固井
4.2.1 固井水泥及壓水量計算
(1)孔徑?346mm,井深300m井段固井水泥及壓水量計算。
環(huán)空體積V:=11.17(m3)
式中:V環(huán)——一開鉆進(jìn),井壁與井管形成的環(huán)狀間隙體積,m3。
K——超徑系數(shù),取值1.05;
D——一開鉆頭直徑,m;
d——一開孔段下入井管外徑,m;
h——一開固井段套管長度,m。
查石油鉆井手冊知:100kg水泥(干粉)配密度為1.8g/cm3的水泥漿,用水量為53.1kg,水泥漿體積為85.6L,即0.0856m3,水灰比為0.531。
則固井水泥:
V水泥=V環(huán)×100/0.0856=11.7×100/0.0856 =13049(kg)
攪拌水泥用水為:
V水=水灰比×13049=0.531×13049=6929(kg)
式中:V水——一開井段固井水泥漿攪拌水泥用水量,kg。
壓水量計算:
式中:V壓水——一開井段固井結(jié)束時壓水量,m3;
V管內(nèi)——一開井段固井結(jié)束時壓水在下入套管內(nèi)的量,m3;
V地面管線——一開井段固井結(jié)束時壓水在地面管線內(nèi)的量,經(jīng)計算為1m3;
D——一開固井段下入?273mm套管內(nèi)徑,m;
h——一開固井段套管長度,m。
(2)孔徑?216mm,井深300~1484.63m井段固井水泥及壓水量計算。
二開鉆進(jìn)至1484.63m,按設(shè)計下入技術(shù)套管,選用? 177.8mm×8.05mm石油套管,鋼級 J55,總長1233.27m,下入深度1484.63m與一開重疊48.64m,吊卡提吊法下入。重疊部分最上面2根套管上部用BWCPN遇水膨脹橡膠環(huán)止水,膠環(huán)纏繞長度1m。
環(huán)空體積:
V環(huán)=K3.14(D2-d2)h×1/4
=1.05×3.14×(0.2162-0.17782)×1233.27×1/4 =15.30(m3)
式中:V環(huán)——二開固井段環(huán)狀間隙體積,m3;
K——二開井段超徑系數(shù),取值1.05;
D——二開固井段鉆頭直徑,m;
d——二開固井段套管外徑,m;
h——二開固井段套管長度,m。
查石油鉆井手冊知:100kg水泥(干粉)配密度為1.8g/cm3的水泥漿,用水量為53.1kg,水泥漿體積為85.6L,即0.0856m3,水灰比為0.531。
則固井水泥:
V水泥=V環(huán)×100/0.0856=15.30×100/0.0856 =17874(kg)
式中:V水泥——二開井段固井水泥漿水泥用量,kg。
攪拌水泥用水為:
V水=水灰比×17874=0.531×17874=9491(kg)
式中:V水——二開井段固井水泥漿攪拌水泥用水量,kg。
壓水量計算:
V壓水=V管內(nèi)+V地面管線
=3.14×D2h/4+V地面管線
=3.14×(0.1778-2×0.008052)2×1233.27×1/4+1
=26.34(m3)
式中:V壓水——二開井段固井結(jié)束時壓水量,m3;
V管內(nèi)——二開井段固井結(jié)束時壓水在下入套管內(nèi)的量,m3;
V地面管線——二開井段固井結(jié)束時壓水在地面管線內(nèi)的量,經(jīng)計算為1m3;
D——二開固井段下入套管的內(nèi)徑,m;
h——二開固井段套管長度,m。
4.2.2 固井現(xiàn)場操作
(1)打前置液。其目的是進(jìn)一步稀釋和分散鉆井泥漿,防止鉆井泥漿絮凝和膠凝,有效沖刷井壁及套管外壁上的泥漿和疏松泥皮,為水泥漿和井壁、套管膠結(jié)創(chuàng)造條件。因此,當(dāng)套管下入并落實(shí)后,開泵送入稀泥漿,待稀泥漿循環(huán)正常后,打入前置液,其為2%~3%的NaOH水溶液,打入量為2m3,對?346mm井徑形成約21m厚的隔離帶,對?216mm井徑形成約54m厚的隔離帶。
(2)泵入水泥漿。前置液打完后,按照前述計算好的數(shù)量泵入水泥漿,在泵送水泥漿的過程中,要對攪拌好的水泥漿隨時取樣,監(jiān)測漿液密度,保證泵入到井內(nèi)環(huán)的水泥漿的水灰比及水泥漿量符合設(shè)計要求,為保證灌注質(zhì)量,實(shí)際泵入的水泥漿量比計算多3m3左右,是保證漿頭漿尾的稀釋,這部分不能參與凝固,漿頭要泵出凝固段外,漿尾不泵入凝固段。
(3)壓水。水泥漿壓完后,馬上進(jìn)行壓水,壓水量比計算量少壓1m3,保證漿尾稀釋部分不被壓入凝固段。壓水完成后,用轉(zhuǎn)盤反開正反絲接手,提出孔內(nèi)下井管時下入的鉆桿,固井注漿結(jié)束。
考慮到水泥在井中是沉淀性凝固的特點(diǎn),用水泥固井有可能在套管搭接處,產(chǎn)生空洞現(xiàn)象,也就是說沒有凝結(jié)的水泥漿,易產(chǎn)生冷水直接從搭接處進(jìn)入井管內(nèi),造成熱水溫度降低。因此,我們使用了遇水膨脹橡膠圈,其規(guī)格為?238mm×?179mm×30mm(外徑×內(nèi)徑×厚度)。該橡膠圈的特點(diǎn)是:浸入水中自動膨脹,無味無毒,而高溫、無水時自動復(fù)原,膨脹系數(shù)在遇水4d后能增大300倍,將其套在套管上放在搭接處,在它膨脹前可以完成下管、泵送水泥漿、掃磨灌漿托盤等需要做的一切工作,然后膨脹止水。
依據(jù)物探測井,井段1772.9~2473.9m(熱水段)為主要含水層。該井段為裸孔,因此,采取沖擊器噴射,三聚磷酸鈉浸泡后拉活塞方式洗井,高壓水流噴射清除破壞井壁泥皮,三聚磷酸鈉洗井液改變泥漿性質(zhì),破壞泥皮結(jié)構(gòu),降低泥漿粘度和切力,在通過拉活塞幾種方法綜合使用,使井內(nèi)產(chǎn)生正、負(fù)壓,實(shí)現(xiàn)清除護(hù)壁泥皮,疏通水道,達(dá)到解除堵塞的目的,共用三聚磷酸鈉2t、氫氧化鈉1t,以2∶1比例配制成洗井液1m3清水加50kg三聚磷酸鈉,加25kg氫氧化鈉,其操作步驟是:
(1)將沖孔器下到井底,泥漿循環(huán)清除井底巖屑,再泵入清水充分循環(huán)。
(2)上提沖孔器至含水層位置,每提一柱鉆桿上下竄動高壓噴射30min,一直上提最上段含水層。
(3)焊井口,配制洗井液,泵車向井內(nèi)壓入50 m3靜止憋壓24h,再壓入50m3靜止憋壓24h。
(4)拆井口,下沖孔器至含水層段,每下一柱高壓噴射30min并上下活動鉆具,直至最下段含水層,清水循環(huán)一周提鉆。
(5)拉活塞,500m處、700m處上下反復(fù)抽拉2d后,泵送粘度20s左右的稀泥漿循環(huán),將井內(nèi)通過洗井洗出的細(xì)砂和泥皮排出井外,直至循環(huán)到呈混水,沒有明顯的細(xì)砂和泥皮。
(6)下泵抽水。下泵量10m3/h,楊程300m潛水泵,起初抽出水為混水,約8h后水質(zhì)明顯變清,續(xù)抽24h,達(dá)到水清砂盡,開始抽水試驗(yàn)確定水量及水位,抽水試驗(yàn)結(jié)果表明,靜水位埋深35.4m,單井出水量30.58m3/h,水溫35℃。
(1)用鉆進(jìn)泥漿泵固井永久止水,改變了以往由專業(yè)固井隊(duì)的固井作法,作為止水是滿足要求的,節(jié)省了固井費(fèi)用10萬元。
(2)鉆進(jìn)過程中使用了扶正器,并在換徑處使用扶正器導(dǎo)正,控制了井斜,下管順利,其完鉆后使用STX-1型陀螺測斜儀測斜,井深2500m,頂角3.09°,方位角87.51°,水平位移38.71m。
(3)通過引入新型材料遇水膨脹橡膠環(huán),解決了套管搭接處的止水問題,并在300m變徑處也可以使用膨脹橡膠止水,代替?zhèn)鹘y(tǒng)海帶止水材料,止水效果簡便,可靠。
[1]張耀輝.甘肅敦煌城區(qū)DR3地?zé)崽讲煽壮删に嘯J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014,33(1).
P634.5
B
1004-5716(2015)11-0039-04
2014-11-27
聶榮軍(1962-),男(漢族),吉林蛟河人,高級工程師,現(xiàn)從事探礦工程技術(shù)管理工作。