河北某地熱井坍塌處理措施

王德敬 毛連義 夏秋田 趙長亮

(山東省魯北地質工程勘察院 山東德州 253015)

河北某地熱井坍塌處理措施

王德敬 毛連義 夏秋田 趙長亮

(山東省魯北地質工程勘察院 山東德州 253015)

本文通過具體工程施工,闡述了在鉆進泥膏地層出現坍塌的原因,總結了坍塌的現象、危害及處理措施。

鉆井液 坍塌 處理措施

1 前言

我公司于2009年8月15日受河北某有限公司委托,在河北施工一眼井深3500m地熱井,在穿過泥膏巖地層鉆進時出現坍塌現象,引起施工困難,曾一度出現提下鉆遇阻現象,最大阻力曾增加40t,給施工帶來很大風險。我公司技術人員利用鉆井液技術進行處理,解決了坍塌的現象,降低了施工風險,順利穿過泥膏層,安全下入技術套管對該地層進行有效封隔,大大減輕了后續施工的風險。于2010年1月15日順利完成施工任務。本文結合實際情況詳細闡述了此類地層坍塌的原因、危害及處理措施,給此類地區進行鉆井施工提供借鑒作用。

2 工程概況

2.1 井身基本情況

此地熱井是該公司在牛駝鎮地區發育的牛東斷裂構造上部署的一口地熱井,設計井深3500m,設計為四開井。鉆探目的層為薊縣系霧迷山組。一開井眼尺寸:φ444.5mm,完鉆井深:365m,套管尺寸:φ339.7mm,套管下深:360m,二開井眼尺寸:φ311.1mm,完 鉆 井 深:2565.00m,套 管 尺 寸:φ244.5mm,套管下深:2565.00m,三開井眼尺寸:φ215.9mm,完 鉆 井 深:3053.00m,套 管 尺 寸:φ177.8mm,套管下深:3053.00m,四開井眼尺寸:φ152.4mm,完鉆井深 :3500.00m,裸眼完井 ,該井由于井身結構和地層較復雜,增加了施工難度。

2.2 該井所鉆遇地層情況

依據甲方所提供該井可行性論證,可知該井自上而下所鉆遇地層為:

0～407m,第四系Q,棕黃色粘土層與砂礫層呈不等厚互層,性松軟,可鉆性極好,與下伏地層呈不整合接觸。

407～925.0,上第三系明化鎮組Nm,棕紅色泥巖與灰色、灰黃色砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈角度不整合接觸。

925.0～2560.0,下第三系沙河街組 Es+孔店組 Ek,灰色泥巖與灰色、灰白色粉砂巖、細砂巖、砂礫巖呈不等厚互層,與下伏地層呈不整合接觸。

2560.0～2800.0,寒武系 ∈,雜色、灰色灰巖 、鮞灰巖與棕紅色泥巖呈不等厚互層,與下伏地層呈平行不整合接觸。

2800.0～3050.0,青白口系Qn,巖性為紫紅色、灰綠色泥灰巖,棕紅色泥巖,灰色石英砂巖,與下伏地層呈平行不整合接觸。

3050.0～3250.0,薊縣系鐵嶺組Jxt,巖性為灰色白云巖,灰質白云巖夾薄層深灰色泥巖。

3250.0～3500.0,霧迷山組Jxw,顏色為灰色、灰白色白云巖、灰質白云巖、硅質白云巖。

2.3 該井所使用的施工工藝

(1)依據工程概況選用主要設備見表1

表1

(續表)

(2)井身結構見圖1。

(3)鉆進參數見表2。

表2

圖1

(3)鉆井液工藝選擇見表3

表3

(4)固井工藝

表層套管,套管串結構(由上至下):浮鞋+套管1根+浮箍(內插座)+套管串,采用普42.5R硅酸鹽水泥,水泥漿密度1.8g/cm3,水泥返出地面。施工結束后,如果井口水泥漿面下沉,必須注水泥漿補充。

二開固井,套管串結構(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉換器+5根套管+變徑轉換接頭+鉆桿,采用 G級水泥,水泥漿密度1.8g/cm3。

三開固井,套管串結構(由下至上):套管串結構(由下至上):浮鞋+套管2根+浮箍+套管串+水泥傘+3根套管+注水泥轉換器+5根套管+變徑轉換接頭+鉆桿,采用 G級水泥,水泥漿密度1.8g/cm3(根據實際鉆進地層情況調節水泥漿密度,確保水泥漿返高)。

3 井塌發生段施工情況

當施工至井深2177m,出現提下鉆遇阻現象,吸附增加,靜止5分種,阻力即增加40t。再次下鉆,在1970m時遇阻,開泵循環,邊掃孔邊下鉆,下鉆進尺很慢,同時孔內返出大量巖屑。如此反復提下鉆,每次提鉆后再下鉆,到已經掃孔完畢的井段又出現下鉆遇阻現象。此時對泥漿進行重新測試,發現泥漿性能變差,p H值達到6.8,失水量達到40。我們專門取樣進行了分析,發現地層與甲方所提供地層有所不同,自1970m已開始大量出現泥膏層,泥膏層對鉆井液的污染,造成泥漿性能嚴重變差。必須重新調整泥漿性能,才能繼續施工,不然會出現更大事故。

4 井塌處理措施

4.1 井塌發生的原因

經過我們對泥漿及地層的取樣分析,證實此次井塌的原因大致有如下幾點:

(1)該井段地層屬于泥膏層,易吸水澎脹,產生剝蝕,從而發生井塌。

(2)鉆井液因泥膏層的侵入對泥漿產生了污染,造成失水量大大增加,加速了泥漿對地層的侵入,從而加速井塌發生。

(3)因對地層吸水澎脹造成的地層壓力不了解,致使液柱壓力和地層壓力不平衡,壓力差可能小于該井段地層的澎脹應力,從而使地層失去穩定性,發生井塌。

(4)鉆井液性能不好,造成鉆頭泥泡,起鉆拔活塞,從而引起井塌。

4.2 井塌的危害

井塌發生后對工程施工產生很大危害,使鉆進不能正常進行,造成提下遇阻卡鉆,井徑擴大,下鉆遇阻出現長井段掃孔而且掃孔困難,同時也給后續施工帶來隱患造成固井質量差。

4.3 井塌的處理措施

我公司技術人員經過認真分析,并依據該井段地層特性有針對性的調整鉆井液性能,使鉆井液的p H值保持在8～10,適當提高粘度達到60s,降低失水量使失水量小于14,并制定嚴格的鉆液性能監測制度,有專人負責鉆井液性能調整,出現鉆井液性能改變時,即時進行調整,由2009年10月3日井塌發生時井深2177m,到2009年10月20日井塌解決恢復正常鉆進,前后長達 17天。出現井塌井段為φ311mm井段,共參加循環泥漿為200m3,為調整泥漿性能自發生井塌后先后加入FCLS5T、NaOH5T、NaCO33T、高粘CMC2T、聚炳烯腈氨鹽3T,經過加入以上這些藥品進行調整,使泥漿性能達到護壁性能,泥漿性能變化情況可見表4。

表4

在調整后的鉆井液保證下,該井順利穿過泥膏層,安全施工至井深2565m進行技術套管固井,保證后續施工的安全。到2010年1月15日順利施工至目的井深3508m終孔,完成全部施工任務,進行抽水試驗,水溫達到98℃,水量達到90m3,完全達到此次地熱井施工的目的。

5 經驗與教訓

(1)井塌出現后及時進行了鉆井液性能調整,保證安全施工是此次地熱井施工順利完成的關鍵。

(2)本井在鉆進1970m時就已經出現地層變化,此時應該及時對地層進行驗證,以確定用何種鉆井液適合。但因施工人員未對此種情況有足夠重視,直到鉆進至井深2177m發生井塌時,才提到鉆井液性能變差,從而造成近17天時間沒有進尺。提示以后在進行鉆井施工時應隨時對地層進行掌握驗證,以便采用適當的鉆井液。

(3)井塌發生后,未對井塌的出現做出正確認識造成處理周期延長。

(4)依據該工程出現井塌的情況可知井塌出現的現象大致有如下幾個:返出巖屑增加,巖屑混雜有上部地層巖屑,有時有大量的巖塊返出;泵壓不穩,有時產生蹩泵現象,同時鉆井液的粘度、比重以及含砂量都增加;鉆進時出現蹩鉆,接單根下不到井底起鉆遇阻;下鉆下不到井底,下鉆過程中遇阻嚴重,掃孔時出現蹩鉆,打倒車現象,掃孔接單根困難,甚至越掃越淺。

1 中國石油勘探與生產分公司工程技術與監督處.鉆井監督.北京:石油工業出版社,2003

2 鄢捷年.鉆井液工藝學[M].山東東營:石油大學出版社,2001

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