大同地區(qū)高溫超深地?zé)峥足@探難點(diǎn)分析與施工方案設(shè)計

趙長亮，王勇軍，陳師遜

(1. 山東省地勘局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院)，山東德州 253072；2. 山東省地?zé)崆鍧嵞茉刺綔y開發(fā)與回灌工程技術(shù)研究中心，山東德州 253072；3. 山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)大隊(duì)，山東煙臺 264004)

0 引言

大同盆地重點(diǎn)地區(qū)深部高溫地?zé)豳Y源詳查鉆探工程由山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)批準(zhǔn)建設(shè)，擬施工1眼巖心鉆探孔(DR4)，設(shè)計孔深4000 m，全孔取心。

山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)中標(biāo)承擔(dān)該項(xiàng)目施工任務(wù)，該孔為國內(nèi)設(shè)計最深的高溫地?zé)崛兹⌒目碧姐@孔，地層復(fù)雜且有高溫高壓水儲層，施工難度大。為順利完成鉆探任務(wù)，在分析研究地層資料和總結(jié)前期施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對鉆探技術(shù)工藝進(jìn)行優(yōu)化和探索[1]。

1 工程概況

1.1 工程目的和要求

該工程的施工目的是通過鉆探獲取地層巖心和結(jié)構(gòu)等資料，揭示深部巖層物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)出、構(gòu)造等屬性，獲取地下溫度場以及巖體物理參數(shù)等，以查明深部地?zé)岢梢驒C(jī)制和高溫地?zé)豳Y源的賦存特征，科學(xué)評價地?zé)豳Y源量。鉆孔設(shè)計孔深4000 m，鉆孔傾角90°(直孔)，終孔直徑不小于NQ口徑(75 mm)。

鉆孔技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求：①要求全孔取心(覆蓋層可不取)，巖心采取率≥70%，巖心保持原狀；②300 m以淺井斜角≤1°，1000 m以淺井斜角≤3°，2000 m以淺井斜角7°，4000 m以淺井斜角≤10°，每鉆進(jìn)100 m，孔斜測量不少于一次；③每鉆進(jìn)100 m校正孔深一次，終孔后要進(jìn)行一次孔深測量，誤差≤1‰；④嚴(yán)格監(jiān)測高溫泥漿循環(huán)液的消耗量，嚴(yán)格監(jiān)測泥漿循環(huán)液的進(jìn)出溫度，每班次詳細(xì)監(jiān)測孔口水溫；⑤詳細(xì)記錄鉆進(jìn)過程中坍塌、掉塊及鉆具陷落位置，2.0～3990.0 m段進(jìn)行全方位井下物探測井及測試、試驗(yàn)工作；⑥第四系、新近系、太古界變質(zhì)巖0～500 m采用普通硅酸鹽水泥漿止水，變質(zhì)巖500～3000 m采用耐高溫油井水泥系列助劑止水；⑦采用自然伽馬、聲幅和電阻率測井；⑧根據(jù)實(shí)際鉆探情況填寫野外原始記錄材料。

1.2 地質(zhì)條件

調(diào)查區(qū)位于華北北緣板內(nèi)活動帶中段天鎮(zhèn)—陽高塊凸一帶，總體呈北東—南西走向，地勢總體北東高、南西低[2]。

新太古代陽高巖組是區(qū)內(nèi)最老的構(gòu)造巖石地層單位，主要為基性火山—硅鐵建造。古元古代集寧巖群為一套經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用和深層次構(gòu)造變形改造，是典型孔茲巖系巖石組合特征的變質(zhì)表殼巖。中元古代地層為一套濱淺海相碎屑巖—泥質(zhì)—碳酸鹽巖沉積建造。晚古生代地層為海陸交互相碎屑巖及含煤碎屑巖建造，中生代地層為河湖相碎屑巖及含煤碎屑巖建造。

調(diào)查區(qū)侵入巖主要為新太古代五臺期、古元古代呂梁期、中新元古代晉寧期、中生代印支期、燕山期和新生代侵入巖。其中新太古代巖漿活動早期為基性火山巖的噴發(fā)，中晚期以大量原巖相當(dāng)于英云閃長巖、奧長花崗巖巖系為主，其變質(zhì)程度達(dá)麻粒巖相。古元古代的巖漿活動以黑云角閃斜長片麻巖和黑云角閃二長片麻巖為主，中新元古代晉寧期以NW-SN向的輝綠巖墻為代表，中生代以燕山期花崗巖株為主，并伴生有大量酸性脈巖，新生代侵入巖區(qū)內(nèi)不發(fā)育，局部可見具侵入產(chǎn)狀的玄武玢巖、輝綠巖脈、煌斑巖等。

構(gòu)造演化可以劃分為早前寒武紀(jì)、中元古代—晚古生代、中生代—新生代3大演化階段，其中早前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造因調(diào)查區(qū)處于NEE-EW向和 NE向構(gòu)造帶交匯部位，具有極為復(fù)雜的演化歷史，構(gòu)造帶內(nèi)各種地質(zhì)體均受到強(qiáng)烈改造，多期次構(gòu)造相互疊加，以中—深層次構(gòu)造變形為主。中元古代—晚古生代階段是區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動相對平靜階段，總體上以縱向構(gòu)造運(yùn)動為主。中生代印支期—燕山期構(gòu)造活動較為頻繁，既有侏羅和白堊紀(jì)新生陸相盆地的擴(kuò)張、沉積，也有大規(guī)模的火山噴發(fā)活動。新生代總體上以垂向運(yùn)動為主，形成了山間斷陷盆地和坳陷盆地。

根據(jù)工作區(qū)附近以往鉆孔資料顯示，本項(xiàng)目可能鉆遇地層見表1。

表1 DR4井預(yù)測地質(zhì)分層表

2 鉆探施工難點(diǎn)

(1)地層復(fù)雜。工作區(qū)第四系及新近系地層結(jié)構(gòu)松散，存在塌孔的風(fēng)險；300 m以深均為太古界集寧群的黑云斜長片麻巖、角閃巖，地層巖石硬度高、研磨性高、可鉆性較低，可能存在構(gòu)造發(fā)育、巖石破碎的孔段，要特別關(guān)注沖洗液性能，維持孔壁穩(wěn)定，同時要采取措施提高鉆進(jìn)效率和巖心采取率；太古界集寧群鉆進(jìn)時要注意鉆頭的選型，防止鉆具過度磨損，提高硬巖地層鉆進(jìn)效率；太古界集寧群破碎層段鉆進(jìn)時應(yīng)注意掉塊卡鉆的問題，需要采用能力大的鉆機(jī)。在設(shè)備選擇、施工工藝(口徑)、泥漿配置等各方面需要予以充分考慮[3]。

(2)高溫高壓水。根據(jù)前期的鉆探資料可知，孔深1500 m左右時溫度已超過150 ℃，下部溫度可能會更高，鉆井液和井下鉆具的抗高溫性能要滿足要求；該孔存在高溫高壓熱儲層的可能性極大，應(yīng)特別注意觀察井噴前兆，采取針對性措施預(yù)防井噴的發(fā)生，要做好井噴一旦發(fā)生的相應(yīng)處置措施和物資儲備，作好加重泥漿儲備、井控和固井等技術(shù)措施。

(3)防斜與糾斜。該鉆孔垂直度要求高，要充分考慮造斜地層和鉆孔垂直度的矛盾，采取相應(yīng)的施工工藝和保直措施[4]。

(4)高地應(yīng)力。從目前國內(nèi)施工的超深孔情況來看，孔深超過3000 m均存在不同程度的高地應(yīng)力造成的井壁失穩(wěn)、坍塌、縮徑、漏失、卡鉆等一系列復(fù)雜情況[5]，地應(yīng)力會隨著孔深的增加而增大，要重視下部孔段施工，鉆孔結(jié)構(gòu)上留有充分的余地。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

該勘探孔地層復(fù)雜，且可能鉆遇高溫、高壓流體，因此鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)將大口徑鉆探和繩索鉆探的各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行融合，不僅要考慮孔內(nèi)安全和鉆探成本，同時要滿足固井和預(yù)防井噴等要求。為保證施工順利，本著“大徑開孔，充分留有余地”的原則，備用1～2級口徑以解決鉆探中可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜性問題[6]。鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 井身結(jié)構(gòu)圖

3.2 套管和施工程序

(1)采用直徑508 mm鉆頭開孔鉆進(jìn)至20～30 m，下入直徑406.4 mm套管后固井。

(2)一開采用346 mm口徑合金鉆頭鉆進(jìn)至基巖面，換用單動雙管取心鉆具(鉆頭直徑214 mm)鉆進(jìn)取心至基巖面下大于40 m，346 mm口徑擴(kuò)孔鉆進(jìn)至孔底，上部井段測井，下入直徑273.1 mm套管，固井，連接防噴器。

(3)二開用川8-4(SQX 180×105，鉆頭直徑214 mm)雙管取心鉆具鉆進(jìn)并提鉆取心至高溫高壓儲水層下部完整地層(預(yù)計1500～1600 m)，加重泥漿壓井，上部井段測井，下入直徑177.8 mm套管，固井。

(4)三開使用直徑152 mm/122 mm鉆擴(kuò)合一鉆具，繩索取心鉆進(jìn)至2500～3000 m(依據(jù)地層狀況充分施工)，測井，下直徑146 mm套管。

(5)四開采用P口徑繩索取心鉆進(jìn)至3000～4000 m，測井。

(6)五開采用直徑98 mm繩索取心鉆進(jìn)至終孔，作為備用口徑，如果P口徑可以鉆進(jìn)至終孔，則不需要此口徑，如果P口徑鉆進(jìn)遇到復(fù)雜情況難以處理，就需要下入直徑114 mm套管后，用直徑98 mm 繩索取心鉆進(jìn)至終孔，套管下深依據(jù)現(xiàn)場施工的具體情況確定[7]。

4 鉆機(jī)選型

目前深孔施工主要以立軸鉆機(jī)、水井鉆機(jī)和石油鉆機(jī)等設(shè)備為主，結(jié)合本工程全孔取心要求與鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計等特點(diǎn)，傳統(tǒng)機(jī)械立軸式巖心鉆機(jī)無法滿足提升和鉆進(jìn)能力的需求，傳統(tǒng)水井鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速無法高效地實(shí)現(xiàn)全孔取心的施工要求，石油鉆機(jī)可以滿足深孔重載的能力要求，同時石油鉆機(jī)可選用不同規(guī)格轉(zhuǎn)盤以滿足取心轉(zhuǎn)速的需求。針對以上分析，委托中地裝(北京)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司對現(xiàn)有的ZJ30型機(jī)械傳動石油鉆機(jī)進(jìn)行升級改造，主要改造內(nèi)容是ZP175DB型高速變頻電傳動轉(zhuǎn)盤和大噸位自動送鉆系統(tǒng)。通過以上兩項(xiàng)技術(shù)改造，在實(shí)現(xiàn)大直徑、深孔繩索取心鉆探施工能力的同時降低運(yùn)行能耗，提高設(shè)備性能。

4.1 自動送鉆系統(tǒng)

原鉆機(jī)卷揚(yáng)的電磁渦流剎車系統(tǒng)通過萬向節(jié)與送鉆減速機(jī)連接，控制主卷揚(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。送鉆減速機(jī)采用獨(dú)立送鉆電機(jī)、減速箱、離合器，與起下鉆電機(jī)并列運(yùn)行，可用作慢速給進(jìn)，也可用于起落塔、事故處理等。減速機(jī)電機(jī)采用變頻電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，零速啟動平穩(wěn)、送鉆平穩(wěn)、鉆壓控制平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)鉆壓顯示，如圖2所示。

1.主電機(jī)+減速箱；2.離合器；3.制動帶；4.滾筒；5.制動帶；6.電磁渦流剎車；7.萬向軸；8.減速箱；9.底座；10.氣胎離合器；11.變頻電機(jī)；12.大速比減速箱

在開環(huán)控制狀態(tài)下，滿足金剛石鉆頭在硬巖取心鉆進(jìn)1.2 m/h以上的鉆進(jìn)速度(給進(jìn)速度≥21 mm/min)。在電機(jī)帶編碼器閉環(huán)控制狀態(tài)下，滿足金剛石鉆頭硬巖取心鉆進(jìn)低于1.2 m/h的鉆進(jìn)速度?？炖K速度≥5.18 m/s，金剛石鉆頭不低于0.5 m/min掃孔速度(10繩)。鉤載不低于160 t(10繩)，兼顧起落塔、處理事故，滿足3000 m深度地?zé)帷⒂蜌忏@井施工的需要。自動送鉆系統(tǒng)詳細(xì)參數(shù)見表2。

表2 自動送鉆參數(shù)

4.2 ZP175DB型變頻電傳動轉(zhuǎn)盤

ZJ30型石油鉆機(jī)原配ZP175型機(jī)械傳動轉(zhuǎn)盤，由于轉(zhuǎn)盤的最高轉(zhuǎn)速較低，無法滿足金剛石繩索取心鉆頭切削需求，同時還有回轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)不便等缺點(diǎn)?，F(xiàn)根據(jù)原有井架及轉(zhuǎn)盤梁空間位置關(guān)系，以變頻電機(jī)+變速箱的方式通過萬向軸對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤在多擋位區(qū)間內(nèi)回轉(zhuǎn)速度的連續(xù)調(diào)節(jié)，整個傳動鏈采用直連的方式，與原皮帶+鏈條的傳動方式相比，傳動效率和耐過載特性更好。變頻電傳動轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.轉(zhuǎn)盤；2.轉(zhuǎn)盤軸套；3.萬向軸；4.變速箱軸套；5.變速箱；6.底座；7.變頻電機(jī)；8.弧形齒聯(lián)軸器；9.慣性剎車

經(jīng)過對原有鉆機(jī)參數(shù)的分析和計算，選用200 kW變頻電機(jī)作為動力源，最終可實(shí)現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)盤的連續(xù)轉(zhuǎn)速≥250 r/min，可滿足150 mm口徑金剛石取心作業(yè)的要求，此時鉆頭線速度為2 m/s，相當(dāng)于76 mm口徑地質(zhì)巖心鉆探的500 r/min；變頻轉(zhuǎn)盤的連續(xù)扭矩27 kN·m，最大扭矩41 kN·m，高于原設(shè)備的額定回轉(zhuǎn)扭矩及最大扭矩，可滿足3000 m深度大口徑地?zé)帷⒂蜌忏@井施工扭矩需求，詳細(xì)參數(shù)見表3。

表3 變頻轉(zhuǎn)盤參數(shù)

4.3 泥漿泵改造

采用3NB-500泥漿泵，可以滿足上部大口徑孔段施工要求。由于其泵量過大，需要時可調(diào)整活塞缸徑并更換大直徑被動皮帶輪，使其最小排量為1.5 L/s，滿足繩索取心時小泵量的要求。

5 鉆具

5.1 鉆具組合

根據(jù)施工條件和以往施工經(jīng)驗(yàn)，主要應(yīng)用大口徑提鉆取心和繩索取心兩種鉆探工藝。淺孔時使用提鉆取心，達(dá)到一定深度后采用繩索取心工藝，可以減少起下鉆時間、提高鉆探效率、降低鉆探成本。同時，為提高硬巖地層鉆效、解決破碎巖塊堵心等問題，使用螺桿+液動錘配合常規(guī)取心鉆探的技術(shù)[9]。

(1)0～1500 m孔段。采用雙管單動取心鉆具進(jìn)行提鉆取心，鉆具組合：直徑214 mm取心鉆頭+直徑194 mm雙管單動取心鉆具+直徑172 mm螺桿鉆具(或液動錘)+直徑215.9 mm扶正器+直徑127 mm鉆鋌+直徑114 mm鉆桿。

(2)1500～3500 m孔段。采用加重S口徑繩索取心鉆具，鉆具組合：直徑152 mm/122 mm雙鉆頭+直徑146 mm厚壁短接(內(nèi)設(shè)扶正機(jī)構(gòu))+S加重繩索取心鉆具總成(內(nèi)外管)+直徑152 mm扶正器(設(shè)懸掛機(jī)構(gòu))+加重彈卡室+變絲接頭+加重鉆桿+過渡鉆桿+直徑114 mm繩索取心鉆桿。

(3)2500～4000 m孔段。采用P口徑繩索取心鉆具，鉆具組合：直徑122 mm取心鉆頭+直徑122 mm擴(kuò)孔器+P繩索取心鉆具(液動錘繩索取心鉆具)+直徑122 mm扶正器+直徑114 mm繩索取心鉆桿。

(4)3000～4000 m孔段。采用H口徑繩索取心鉆具，鉆具組合：直徑98 mm取心鉆頭+直徑98 mm擴(kuò)孔器+H繩索取心鉆具(液動錘繩索取心鉆具)+直徑98 mm扶正器+直徑89 mm繩索取心鉆桿。

5.2 特種雙管提鉆取心鉆具設(shè)計

單動雙管提鉆取心鉆具結(jié)構(gòu)形式如圖4所示，鉆具腦袋上部連接鉆鋌，下部與變絲接頭和單動機(jī)構(gòu)連接。單動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由軸承、調(diào)整螺母等組成，設(shè)有分水眼和內(nèi)管排水球閥。內(nèi)外管分別為194 mm×15 mm和146 mm×7 mm的鋼管，長度根據(jù)不同地層等長加接根數(shù)，上擴(kuò)孔器(穩(wěn)定器)內(nèi)安裝扶正環(huán)，下擴(kuò)孔器作為厚壁短接，也安裝扶正環(huán)，為了使鉆頭易于加工同時實(shí)現(xiàn)階梯破碎巖石，可采用大小徑雙鉆頭套在一起使用。

圖4 單動雙管提鉆取心鉆具示意圖

5.3 特種繩索取心鉆具

H和P口徑繩索取心鉆具均采用常規(guī)或液動錘系列鉆具。S加重繩索取心鉆具是將P口徑外管總成(包括擴(kuò)孔器、彈卡室、彈卡擋頭等)采用特種厚壁外管加工[10]，主要尺寸和結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 S加重繩索取心鉆具示意圖

5.4 鉆頭設(shè)計

依據(jù)項(xiàng)目設(shè)計要求，鉆探過程主要使用取心鉆頭，上部大孔徑段需要使用牙輪鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)或擴(kuò)孔。取心鉆進(jìn)時，根據(jù)所遇地層巖石的可鉆性、研磨性和破碎程度等情況，參照有關(guān)規(guī)程推薦的鉆頭選用標(biāo)準(zhǔn)及相似地層施工經(jīng)驗(yàn)確定使用鉆頭類型。初步設(shè)計采用復(fù)合片和孕鑲金剛石2種類型，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)地層條件設(shè)計。

6 鉆進(jìn)參數(shù)

取心鉆探主要為金剛石鉆探，影響金剛石鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)的因素很多[11]，諸如巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、鉆頭類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)、鉆孔直徑、鉆孔結(jié)構(gòu)和深度、鉆探設(shè)備的性能、鉆井液類型以及各種參數(shù)之間的合理配合等。選擇鉆進(jìn)參數(shù)時，要根據(jù)具體條件，對上述因素進(jìn)行綜合分析，采取相應(yīng)對策，才能獲得最佳鉆進(jìn)效果。

6.1 鉆壓

切削具在軸向載荷的作用下，施力于巖石，由于切削具的形狀、尺寸不同，產(chǎn)生的應(yīng)力區(qū)亦不同，吃入深度、破碎區(qū)和壓力成正比。如果壓力過大，將產(chǎn)生鉆柱彎曲或鉆頭損壞，在回轉(zhuǎn)扭矩較大時，還會造成鉆桿脫扣、扭斷、燒鉆或鉆頭胎體脫落等孔內(nèi)事故，同時會使鉆孔偏斜角度過大。因此，確定鉆壓值時，需要掌握巖石的壓入硬度、抗壓強(qiáng)度和金剛石的抗壓強(qiáng)度等參數(shù)的同時，還應(yīng)考慮到轉(zhuǎn)速、鉆頭類型和鉆頭結(jié)構(gòu)等因素。推薦鉆壓見表5和表6。

表5 孕鑲金剛石鉆頭推薦鉆壓值

表6 復(fù)合片鉆頭推薦鉆壓值

6.2 轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速是影響金剛石鉆進(jìn)效率的主要因素之一，鉆頭轉(zhuǎn)速根據(jù)鉆頭線速度計算。按照地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程推薦，孕鑲金剛石鉆頭唇面線速度應(yīng)滿足1.5～3.0 m/s，復(fù)合片鉆頭線速度一般0.5～1.5 m/s?？紤]到隨著孔深增加，阻力增大，鉆桿強(qiáng)度和設(shè)備動力等因素的影響，各取心孔段轉(zhuǎn)速參考值見表7和表8。

表7 孕鑲金剛石鉆頭適用轉(zhuǎn)速

表8 復(fù)合片鉆頭適用轉(zhuǎn)速

6.3 泵量

泵量選擇應(yīng)主要考慮地層條件和鉆頭類型[12]。鉆進(jìn)堅硬致密巖層時，鉆速低、巖粉少、顆粒細(xì)，沖洗液量可較??；鉆進(jìn)軟、中硬的巖層或易糊鉆的巖層時，鉆速較高，為了快速排粉，鉆井液量宜大一些；鉆進(jìn)研磨性強(qiáng)巖層時，由于高速摩擦產(chǎn)生的熱量較多，液量應(yīng)較大；鉆進(jìn)漏失地層時，為補(bǔ)償損失的液量，應(yīng)大于正常情況。孕鑲鉆頭由于金剛石出刃量小，唇面與孔底巖石接觸面積大，過水條件差，又多采用高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，為及時冷卻金剛石和胎體，避免金剛石石墨化和重復(fù)破碎巖石，應(yīng)采用較大泵量。采用孔底動力鉆具時還要考慮孔底動力機(jī)具(液動錘、螺桿)所需泵量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，金剛石鉆進(jìn)常用的沖洗量如表9。施工時應(yīng)根據(jù)上述因素并結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整泵量。

表9 金剛石鉆進(jìn)推薦泵量

7 耐高溫鉆井液體系

7.1 鉆井液配方設(shè)計

為應(yīng)對高溫地層導(dǎo)致鉆井液失效的問題，采用耐240 ℃高溫水基鉆井液及耐220 ℃高溫封堵劑，該體系鉆井液及封堵劑在某干熱巖勘探中已成功經(jīng)受住了236 ℃高溫的考驗(yàn)[13]。

(1)膨潤土鉆井液配方：1 m3水+0.5～1.0 kg燒堿+60～100 kg鈉膨潤土+5～8 kg增黏劑。

(2)低固相聚合物鉆井液配方：1 m3水+0.5～1.0 kg燒堿+20～50 kg鈉膨潤土+10～15 kg降濾失劑+3～5 kg增黏劑+2～3 kg包被劑，其他材料還有稀釋劑、防塌型隨鉆堵漏劑、重晶石等。

(3)耐高溫鉆井液配方：1 m3水+30～40 kg鈉膨潤土+5～10 kg HPS+10～20 kg GCL-1+10～20 kg SPNH+5～10 kg GCL-2+5～10 kg JSSJ+5～10 kg SMT+3～5 kg GDP+3～5 kg GHTS+10～30 kg耐220 ℃高溫封堵劑GPA-220(根據(jù)地層情況加入)+重晶石(根據(jù)地層情況加入)。

7.2 分段鉆井液性能控制(表10)

表10 分段鉆井液性能參數(shù)表

7.3 加重壓井鉆井液

使用適合地層特性的鉆井液體系，儲備合理的加重鉆井液、加重劑和其他處理劑是本工程井控重點(diǎn)措施之一。配備加重鉆井液儲備罐，儲備密度不小于1.40 g/cm3的加重鉆井液20 m3以上，并在儲備罐安裝攪拌設(shè)備，隨時根據(jù)井控需要制備相應(yīng)密度的鉆井液[14]。整個施工過程中現(xiàn)場儲備加重材料(重晶石)30 t以上，如果地層壓力要求加重鉆井液密度在1.60 g/cm3以上，要增大加重鉆井液和加重材料的儲備。

8 鉆孔防斜與糾偏

8.1 防斜

(1)使用彎螺桿加MWD隨鉆導(dǎo)向鉆井技術(shù)。由于上部采用大口徑提鉆取心，在雙管取心鉆具上部連接彎螺桿和MWD系統(tǒng)，可隨鉆進(jìn)行防斜控制[15]。

(2)滿眼鉆具組合防斜。在152 mm口徑繩索取心孔段，井底采用“鉆具+加重鉆桿+穩(wěn)定器”的形式，形成長孔段的滿眼鉆具，同時使鉆桿中性點(diǎn)下移，實(shí)現(xiàn)井底加壓，上部鉆桿柱處于拉直狀態(tài)，提高鉆具的穩(wěn)定性，有效防止井斜。

(3)液動錘繩索鉆具。常規(guī)繩索取心孔段要采用液動錘鉆進(jìn)工藝，并加大對孔斜的檢測力度，發(fā)現(xiàn)井斜超過控制指標(biāo)時立即采取措施。

8.2 糾斜

鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)鉆孔彎曲嚴(yán)重時要立即停止鉆進(jìn)，采用螺桿鉆具進(jìn)行糾斜，螺桿鉆具的型號和彎接頭要根據(jù)不同的孔徑和彎曲強(qiáng)度合理選擇[16]。

9 固井與井控

9.1 固井

根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)管和一開井段采取全套管段水泥固井，二開井段需要部分套管段進(jìn)行水泥固井作業(yè)，三開及下部根據(jù)實(shí)際情況在沒有承壓水氣的情況下可不固井。水泥漿設(shè)計要考慮到漏失和提高窄間隙頂替效率問題，直徑244.5 mm套管采用常規(guī)密度水泥體系，直徑177.8 mm套管采用耐高溫水泥體系。

固井作業(yè)程序：下套管至井底→循環(huán)鉆井液→注前置液→注水泥漿→注后置液→替漿→起鉆→候凝。固井作業(yè)前要按照相關(guān)要求，召集有關(guān)人員召開施工準(zhǔn)備會，明確施工程序，貫徹固井措施，進(jìn)行崗位分工，交代安全事項(xiàng)和異常情況下的應(yīng)急措施，并明確聯(lián)系信號，保證施工協(xié)調(diào)一致[17]。固井結(jié)束之后，水泥塞鉆開前應(yīng)用點(diǎn)測井檢測固井量，固井質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時要及時采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，固井質(zhì)量檢測合格后方可進(jìn)行下步工作。

9.2 井控設(shè)計

由于該井存在地下高溫高壓熱水層的可能性極大，為預(yù)防高溫地下水氣化而發(fā)生井噴事故，要特別關(guān)注井控設(shè)計。

一開下管固井作業(yè)結(jié)束后，首先在直徑244.5 mm石油套管上安裝密封壓力不小于5 MPa的生產(chǎn)閘板，然后在生產(chǎn)閘板上安裝密封壓力大于14 MPa的雙閘板防噴器，防噴器由液壓控制系統(tǒng)控制，井口裝置結(jié)構(gòu)見圖6。二開和三開井段，須配齊鉆桿內(nèi)防噴工具，方鉆桿上、下旋塞，防噴短節(jié)(起下鉆鋌過程中遇井噴時使用)，鉆桿回壓凡爾(承壓能力與防噴器承壓能力相一致)。

圖6 井口裝置結(jié)構(gòu)示意圖

開鉆前由鉆井隊(duì)工程師(或技術(shù)員)負(fù)責(zé)向全隊(duì)職工進(jìn)行地質(zhì)、工程、鉆井液、井控裝置和井控措施等方面的技術(shù)交底，并提出具體要求。鉆井液密度和其他性能須符合設(shè)計要求，并按設(shè)計要求儲備壓井液、加重劑、堵漏材料和其他處理劑。起下鉆(鉆桿)過程中應(yīng)隨時監(jiān)控出漿槽，發(fā)生溢流時，應(yīng)搶接鉆具回壓閥(或旋塞閥)，迅速關(guān)井；起下鉆鋌過程中發(fā)生溢流，應(yīng)搶接帶旋塞的防噴單根、并迅速關(guān)井。鉆進(jìn)中遇到鉆速突然加快、放空、井漏等情況時，應(yīng)立即停鉆觀察分析，經(jīng)判斷無井噴預(yù)兆后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。

10 結(jié)語

隨著我國地?zé)崮芮鍧嵞茉吹牟粩嚅_發(fā)和利用，地?zé)峥碧姐@探技術(shù)研究越來越受到重視，高溫地質(zhì)巖心鉆探有很大的發(fā)展前景。目前高溫深孔鉆探的工程不多，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，需要不斷摸索和總結(jié)[18]。本鉆探工程的施工是國內(nèi)繩索取心鉆進(jìn)在高溫超深勘探井中的一次嘗試，針對地層復(fù)雜、高溫、高壓等施工難題，應(yīng)精心設(shè)計組織施工，目前的技術(shù)方案和措施是施工條件和前期施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計的，還需要在施工中不斷改進(jìn)和優(yōu)化。