東濮凹陷鹽礦普查區(qū)ZK0403孔鉆探工藝

張秋冬，邢向渠，李利彬，嚴(yán)珊珊

(河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南　450053)

東濮凹陷鹽礦普查區(qū)ZK0403孔鉆探工藝

張秋冬，邢向渠，李利彬，嚴(yán)珊珊

(河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南450053)

摘要：：東濮凹陷是一個(gè)以中、古生界地層為基底，新生界地層為蓋層，多沉積韻律的新生帶含鹽盆地，地層復(fù)雜。某鹽礦普查區(qū)為了獲取較詳細(xì)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，了解本區(qū)鹽礦床的賦存情況、巖鹽特征、空間分布規(guī)律等，在該礦區(qū)不同區(qū)域設(shè)計(jì)鉆孔若干。ZK0403孔是其中深度最大、取心工作量最多的一個(gè)勘探孔。特別是該孔要鉆遇連續(xù)近200m的巖鹽地層，在東濮凹陷地層壓力梯度大等復(fù)雜地質(zhì)條件下，長(zhǎng)時(shí)間裸眼取心鉆進(jìn)，對(duì)鉆井液的要求非常高。本文結(jié)合該孔施工面對(duì)的實(shí)際情況，對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆井工藝、鉆井液工藝、取心技術(shù)等關(guān)鍵工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。

關(guān)鍵詞：普查；巖鹽礦；鉆探；工藝

中圖分類號(hào)：P634.52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-282X(2015)06-0038-04

收稿日期：2015-10-10

作者簡(jiǎn)介：張秋冬(1972-)，男，漢族，河南新安人，探礦工程專業(yè)，河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院高級(jí)工程師，主要從事科學(xué)鉆探、鹽井、地?zé)峋八蕉ㄏ驅(qū)泳茹@探技術(shù)管理與科研工作，河南省鄭州市南陽(yáng)路56號(hào)，E-mail：zqd1030@sina.com。

0前言

ZK0403孔位于河南省濮陽(yáng)縣境內(nèi)。井別：勘探井，井型：直井，設(shè)計(jì)井深：3600m。鉆探目的：(1)獲取該孔基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，了解本區(qū)鹽礦床的賦存情況、鹽巖特征等。(2)通過取心鉆探、地質(zhì)錄井、測(cè)井、試驗(yàn)等直接和間接資料，以便進(jìn)一步研究鹽層的空間分布規(guī)律。(3)檢驗(yàn)地質(zhì)模型，深化對(duì)本區(qū)鹽巖礦床分布特征的認(rèn)識(shí)。

1地質(zhì)概況

東濮凹陷是一個(gè)以中、古生界地層為基底，新生界地層為蓋層，多沉積韻律的新生帶含鹽盆地。第三系地層在其沉積序列上突出兩期大的沉積旋回，即沙四段—沙三段—沙二下，沙二上—沙一段—東營(yíng)組，第一旋回較第二旋回規(guī)模要大，兩個(gè)旋回沉積地層的顏色均呈紅—灰—紅的變化規(guī)律，而幾套鹽層大都發(fā)育在灰色地層中，紅層中少見，僅在個(gè)別地區(qū)發(fā)現(xiàn)沙二上亞段有泥膏鹽沉積。

ZK0403孔位于東部洼陷帶前梨園洼陷。東部洼陷帶是東濮凹陷最重要的沉積洼陷，是主要的成鹽中心。鉆孔自上而下鉆遇地層為：新生界第四系平原組，上第三系明化鎮(zhèn)組、館陶組，下第三系東營(yíng)組，沙河街組的沙一段、沙二段地層。具體地層情況見表1。

表1　鉆孔地質(zhì)分層一覽表

3鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鉆遇地層情況，第四系平原組地層較松散，為了保證長(zhǎng)裸眼鉆孔的穩(wěn)定性，為長(zhǎng)井段取心準(zhǔn)備，并考慮到勘探孔的性質(zhì)，終孔水泥封孔，降低生產(chǎn)成本，不下入生產(chǎn)套管，鉆孔設(shè)計(jì)為二次開鉆。兩次開鉆層位為：一開鉆穿新生界第四系平原組，下套管固井；二開鉆至設(shè)計(jì)孔深層位完鉆。鉆孔結(jié)構(gòu)及套管程序如表2。

表2　鉆孔結(jié)構(gòu)及套管程序

4主要設(shè)備及工具

4.1　主要設(shè)備

根據(jù)鉆孔深度及地層特點(diǎn)，選擇的主要鉆探設(shè)備為：ZJ40鉆機(jī)、F-1300鉆井液泵、TSZY280B-3P振動(dòng)篩、ZQJ300×2除砂器、ZQJ100×10除泥器、LW450-900N離心機(jī)等。

4.2　主要鉆探工具

主要鉆探工具為：Φ127mm鉆桿4000m、Φ178mm鉆鋌54m、Φ159mm鉆鋌90m、川7-4取心筒兩條，以及各種打撈工具若干。

5鉆井工藝

5.1　鉆具組合

一開鉆具組合：Φ394mm三牙輪鉆頭+Φ178mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿。

二開全面鉆進(jìn)鉆具組合：Φ216mmPDC鉆頭+Φ165直螺桿+Φ159mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿。

二開取心鉆具組合：Φ216mmPDC取心鉆頭+Φ159mm鉆鋌+Φ127mm鉆桿+主動(dòng)鉆桿。

5.2　鉆井參數(shù)

一開：鉆壓20～80kN，轉(zhuǎn)速100r/min，排量50L/s。

二開全面鉆進(jìn)孔段：鉆壓60～80kN，轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)合，排量24～26L/s。

二開取心孔段：鉆壓20～40kN，轉(zhuǎn)速60r/min，排量20～24L/s。

5.3　取心技術(shù)

采用川7-4取心筒單筒取心。為了保證取心率，單次取心長(zhǎng)度不超過5m。取心段為3400～3600m，累計(jì)取心工作量200m。

取心鉆進(jìn)操作要點(diǎn)：

(1)取心工具入井前，要檢查內(nèi)外筒是否彎曲、變形，內(nèi)外巖心筒內(nèi)不得有泥砂異物，巖心爪彈性適宜，碳化鎢顆粒均勻平整，自由狀態(tài)內(nèi)徑比鉆頭內(nèi)徑小2～3mm，方可使用。

(2)檢查懸掛軸承是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，檢查巖心座端面與鉆頭內(nèi)扶正器的間隙，調(diào)整在8～15mm。

(3)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，不準(zhǔn)下取心工具：

①井下不正常、有阻卡、掉塊、井底有落物；

②鉆井液性能不符合要求；

③崗位工人對(duì)取心工具結(jié)構(gòu)、性能不熟悉，未貫徹取心設(shè)計(jì)和未制定取心措施；

④設(shè)備有問題，不能保證連續(xù)取心施工；

⑤取心工具裝配質(zhì)量不合格；

⑥指重表和泵壓表不靈；

⑦對(duì)上筒巖心沒有分析出收獲率低的原因和未制訂出下筒取心措施。

(4)下鉆過程中要控制下鉆速度，不得猛剎猛放，取心鉆頭不得劃眼。

(5)下鉆遇阻不超過40kN，否則接方鉆桿開泵循環(huán)，慢轉(zhuǎn)下放鉆具，若遇阻嚴(yán)重，及時(shí)起鉆，換牙輪鉆頭通井。

(6)下鉆距井底3～5m提前開泵，到底后大排量沖洗井底。有動(dòng)力鉆具時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，后送漿。

(7)樹心時(shí)鉆壓10～30kN，排量控制在10～15L/s。轉(zhuǎn)速1擋，樹心0.2～0.3m，然后逐漸加大鉆壓到設(shè)計(jì)值。

(8) 取心鉆進(jìn)中，操作要平穩(wěn)，送鉆均勻，嚴(yán)禁跑鉆，不能猛增猛放。如有蹩跳等情況時(shí)，應(yīng)優(yōu)選合適的鉆壓、轉(zhuǎn)速；若嚴(yán)重蹩鉆無(wú)法消除時(shí)立即割心起鉆，發(fā)現(xiàn)進(jìn)尺緩慢，要分析原因，若非地層原因則視為堵心，也應(yīng)立即割心起鉆。

(9) 取心進(jìn)尺完，剎住剎把，磨心3～5min，待恢復(fù)懸重后，再上提鉆具割心。加強(qiáng)鉆具管理，建立健全鉆具記錄，嚴(yán)禁帶傷鉆具入井，接頭在井下工作300h，必須更換。起鉆時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查鉆具。凡下井鉆具、接頭、工具，井隊(duì)技術(shù)員應(yīng)做好記錄，繪好草圖。

(10) 起鉆操作必須平穩(wěn)，起鉆遇卡，不得硬拔，不得猛提猛放，必須接方鉆桿循環(huán)。起鉆時(shí)應(yīng)連續(xù)向環(huán)空灌漿，若灌入量大于或小于應(yīng)灌入量，均應(yīng)停止起鉆作業(yè)，進(jìn)行觀察，如有溢流，應(yīng)及時(shí)關(guān)井求壓。

(11) 取出的巖心要按順序擺放好，并做好記錄。取出的巖心見圖1。

圖1　取出的巖心

6鉆井液

6.1　鉆井液體系的優(yōu)選和論證

根據(jù)本孔地下特點(diǎn)和鉆井工程中對(duì)鉆井液性能及使用的要求，聚合物鉆井液體系具有較強(qiáng)的抑制性，有利于優(yōu)質(zhì)快速鉆井；聚磺鉆井液體系具有較強(qiáng)的抗高溫能力和抑制性，有利于井壁穩(wěn)定和控制井徑擴(kuò)大率； 飽和鹽水能夠滿足深井鹽層段鉆探的要求。因此本孔二開非含鹽段采用聚合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系，含鹽段采用飽和鹽水鉆井液體系。

6.2　各段性能參數(shù)及維護(hù)處理要點(diǎn)

6.2.1一開(0～330m)

鉆井液類型：低固相聚合物鉆井液

配方：膨潤(rùn)土50～60kg/m3

純堿 3～5kg/m3

HV-CMC2～5kg/m3

80A512～5kg/m3

維護(hù)處理要點(diǎn)：維持適當(dāng)?shù)酿で?，以利于帶砂?/p>

6.2.2二開非含鹽段(330～3400m)

鉆井液類型：聚合物鉆井液、聚磺鉆井液

聚合物鉆井液配方：

膨潤(rùn)土35～45kg/m3

LV-CMC5～10kg/m3

80A512～5kg/m3

CMS3～5kg/m3

NH4HPAN5～10kg/m3

聚磺鉆井液配方：

膨潤(rùn)土20～30kg/m3

NH4HPAN10～20kg/m3

SMP10～20kg/m3

SMC10～20kg/m3

80A513～5kg/m3

NaOH3～5kg/m3

下完表層套管固井后,用如下方法轉(zhuǎn)化鉆井液：

(1)徹底清理循環(huán)系統(tǒng)泥砂,往循環(huán)罐內(nèi)加入所需清水；

(2)在地面循環(huán)的同時(shí),經(jīng)混合漏斗依次加入如下成份處理劑(按配漿總量計(jì)):LV-CMC0.5%～1.0%、80A51 0.5%、NH4HPAN: 1%、充分循環(huán)溶解均勻；

(3)將鉆具下入井內(nèi), 根據(jù)其性能情況決定井漿留用量，將所配膠液均勻混入,同時(shí)用固控設(shè)備清除有害固相；

(4)用上述處理劑調(diào)整好性能,性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

6.2.3二開含鹽段(3400～3600m)

由于本井裸眼段較長(zhǎng)，為保證井下安全和取心要求，取心段使用飽和鹽水鉆井液，密度為1.35～1.39g/cm3，Cl-含量為170400～181050 ppm。

A.飽和鹽水鉆井液的配制

鉆井液配方：

膨潤(rùn)土 20～30kg/m3

NH4HPAN10～20kg/m3

SMP20～30kg/m3

SMC20～30kg/m3

SMT10～20kg/m3

80A515～10kg/m3

NaOH3～5kg/m3

NaCl飽和

淡水鉆井液轉(zhuǎn)換為鹽水鉆井液時(shí)，隨著鉆井液中Nacl含量的增加，鉆井液性能有著顯著的變化：Nacl含量小于1%時(shí)鉆井液黏度，切力和失水量的變化不大，屬淡水鉆井液的范圍；鉆井液中含鹽量大于1%后，黏度、切力和失水量都隨含鹽量增大而迅速上升，當(dāng)含鹽量達(dá)某一值時(shí)，黏度、切力達(dá)到最大值；含鹽量超過這一值后，黏度和切力又會(huì)隨含鹽量的增加而下降，失水量則繼續(xù)增大；pH值隨著含鹽量的增加一直是逐漸下降的。鉆井液性能的這種變化，可以用雙電層原理解釋：隨著NaCl加入量的增加，鉆井液中的Na+增多，這樣黏土吸附層中陽(yáng)離子數(shù)目增多，由此ξ電位下降，擴(kuò)散層厚度減小，鉆井液由細(xì)分散向聚結(jié)方向轉(zhuǎn)變，水化膜變薄，黏土顆粒間形成聚結(jié)結(jié)構(gòu)，因而黏度、切力上升。由于聚結(jié)，水化膜變薄，自由水增多，失水量也上升。當(dāng)NaCl超過某一值時(shí)，黏土顆粒聚結(jié)明顯，分散度下降，致使黏度切力下降，失水量繼續(xù)上升。淡水鉆井液添加NaCl后的性能變化如圖2所示。

按照膠液+搬土漿配制飽和鹽水鉆井液。具體配漿過程如下：

圖2　淡水鉆井液加Nacl后的性能變化曲線

(1) 在5#罐配制10%搬土漿30m3倒至2#罐，水化24h；

(2) 膠液的配制

100m3清水中先后按比例加入0.12%～0.4%Na2CO3+0.2%LV-CMC1%+SMT1%+SMC5% +SMP2.5% +NaOH1%+NaCl36%，開啟攪拌機(jī)攪動(dòng)6h以上；

(3) 井眼準(zhǔn)備：帶大水眼牙輪鉆頭，下鉆到底，待命；

(4)待膠液完全水化后，在膠液中加入鹽，至Cl-含量在130～140g/L；

(5) 將預(yù)水化搬土漿15m3混入鹽水膠液中，充分循環(huán)，攪拌均勻；

(6) 待水化搬土漿、鹽水膠液混勻后，使用飽和鹽水膠液調(diào)整鉆井液量；

(7) 開泵，替出孔內(nèi)鉆井液，繼續(xù)邊循環(huán)邊加鹽，最終將鉆井液中Cl-含量提高到170g/L。

B．飽和鹽水鉆井液的維護(hù)

(1) 鉆井過程中及時(shí)補(bǔ)加飽和鹽水膠液，配方為：1m3清水+0.24～0.3噸SMP+0.24～0.3噸

SMC+3噸NaCl+0.35kg抗鹽聚合物；

(2) 嚴(yán)格控制鉆井液濾失量小于5mL，避免鹽層溶解，導(dǎo)致大肚子井眼，造成井下復(fù)雜；

(3) 及時(shí)補(bǔ)加燒堿，維持鉆井液pH值在9～10之間；

(4) 防止污水和雨水流入循環(huán)系統(tǒng)稀釋和污染鉆井液；

(5) 處理鉆井液時(shí)必須保持多次、少量、微調(diào)的原則，禁止對(duì)鉆井液進(jìn)行大的調(diào)整，以保證孔內(nèi)安全。

7結(jié)論

(1) 深孔鉆探要遵循“大馬拉小車”的原則，為孔內(nèi)復(fù)雜情況的處理儲(chǔ)備設(shè)備能力；

(2) 施工前要綜合分析地層情況，設(shè)計(jì)合理的鉆孔結(jié)構(gòu)；

(3) 淡水鉆井液轉(zhuǎn)化為飽和鹽水鉆井液過程要快，配漿量要足夠，爭(zhēng)取一次性轉(zhuǎn)換完成；

(4) 鉆井液在日常鉆進(jìn)中，要勤維護(hù)。避免對(duì)鉆井液進(jìn)行大處理，以防孔內(nèi)事故的發(fā)生；

(5) 飽和鹽水鉆井液中添加抗鹽處理劑，以免鉆進(jìn)中鉆井液鹽侵變差?？杉尤?%的Kg-1來(lái)維護(hù)；

(6) 取心鉆進(jìn)嚴(yán)格按照操作規(guī)程精心操作，保證取心率；

(7) 長(zhǎng)裸眼井段施工要適當(dāng)控制上、下鉆速度，防止形成大的壓力波動(dòng)或抽吸，造成鉆孔事故。

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