氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在地?zé)嵘罹┕ぶ械膽?yīng)用

于 磊 王文龍 李永成

(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000)

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在地?zé)嵘罹┕ぶ械膽?yīng)用

于 磊 王文龍 李永成

(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行了介紹，描述了該工藝所用的設(shè)備與參數(shù)選取方法，并對(duì)其在地?zé)嵘罹┕ぶ械膽?yīng)用效果進(jìn)行了分析，總結(jié)了施工中出現(xiàn)的問題與解決策略，以更好的滿足地?zé)峋氖┕ひ蟆?/p>

地?zé)峋瑲馀e反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，經(jīng)濟(jì)效益

地?zé)嶙鳛橐环N新型綠色能源，能夠有效地降低常規(guī)燃料需求和二氧化碳及氮氧化物等的排放量，從而減少大氣污染，符合環(huán)保工藝要求。而地?zé)峋饕氖┕し椒槟酀{正循環(huán)和氣舉反循環(huán)，本文主要探討氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝。20世紀(jì)60年代初期，我國地質(zhì)、冶金等部門開始分別研制反循環(huán)鉆機(jī)。20世紀(jì)70年代～80年代初期，我國已有成功地利用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆探施工的案例。目前氣舉反循環(huán)鉆探技術(shù)已在我國獲得了一定推廣，取得了良好的應(yīng)用效果，故我們嘗試應(yīng)用該工藝，從而推動(dòng)該技術(shù)的推廣與應(yīng)用[1-3]。

1 工藝應(yīng)用概況

1.1 工作區(qū)地層

施工區(qū)域?yàn)殂~陵地區(qū)，工作區(qū)域地層主要為殷坑組灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和孤峰組燧石結(jié)核生物碎屑灰?guī)r、白云巖和硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)頁巖；農(nóng)莊南部及深部為棲霞組生物碎屑灰?guī)r、含燧石條帶灰?guī)r及含瀝青質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖等。

1.2 井身結(jié)構(gòu)及應(yīng)用情況

井身結(jié)構(gòu)如表1所示，在地?zé)峋@進(jìn)施工中，開孔使用泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)，井深達(dá)到115.80 m，已滿足氣舉反循環(huán)工藝應(yīng)用條件，使用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)。氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝施工總進(jìn)尺為1 033.34 m，其中，在φ346 mm井段進(jìn)尺261.10 m，φ215.9 mm井段進(jìn)尺732.99 m，φ152.4 mm井段進(jìn)尺39.25 m。

表1 井身結(jié)構(gòu)表

1.3 氣舉反循環(huán)用設(shè)備

根據(jù)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝特點(diǎn)、施工所遇地質(zhì)條件及該地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)要求等因素，現(xiàn)場使用的主要相關(guān)設(shè)備器材如下：TSJ2600型水文鉆機(jī)、27 m AK型鉆塔、LG.VF-10/70型空壓機(jī)、3NB350型泥漿泵、振動(dòng)篩、除砂器、SG127/60雙壁鉆具、氣水龍頭、氣水混合器、氣舉反循環(huán)用鉆頭等。

1.4 鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)選擇

1)鉆具組合。鉆孔直徑346 mm井段采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，鉆具組合為：φ346 mm三牙輪鉆頭+φ203 mm鉆鋌+φ178 mm鉆鋌+φ159 mm鉆鋌+φ127 mm鉆桿+φ89 mm鉆桿+φ127 mm雙壁鉆桿。鉆孔直徑215.9 mm井段采用的鉆具組合為：φ215.9 mm三牙輪鉆頭+φ159 mm鉆鋌(φ178 mm鉆鋌)+φ127 mm鉆桿+φ89 mm鉆桿+φ127 mm雙壁鉆桿。鉆孔直徑152.4 mm井段采用的鉆具組合為：φ152 mm三牙輪鉆頭，上部連接φ121 mm鉆鋌、φ89 mm鉆桿和φ127 mm雙壁鉆桿。

2)鉆進(jìn)參數(shù)選擇。現(xiàn)場進(jìn)行氣舉反循環(huán)施工時(shí)，選取的主要鉆進(jìn)參數(shù)如表2所示。

表2 鉆進(jìn)參數(shù)表

2 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝應(yīng)用效果分析

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在地?zé)峥辈煦@井成功應(yīng)用后，效果明顯，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。與普通牙輪回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相對(duì)比，主要成果如下。

2.1 純鉆效率明顯提高

巖層以碳酸鹽巖石為主，純鉆效率對(duì)比見表3。從表3中可知，直徑346 mm，215.9 mm，152.4 mm井段，氣舉反循環(huán)平均機(jī)械鉆速相對(duì)于泥漿正循環(huán)分別提高了46%，48%，25%。

2.2 能創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益

與普通牙輪回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，臺(tái)月效率提高，縮短了工期，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝進(jìn)尺1 033.34 m，統(tǒng)計(jì)總用時(shí)1 175 h；相對(duì)于普通牙輪回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工期節(jié)省約33%。地層穩(wěn)定時(shí)，可使用清水配合防塌潤滑劑鉆進(jìn)，大大節(jié)省了泥漿成本。相對(duì)于泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)，使用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝施工，每月節(jié)省電力成本約42%。

表3 純鉆效率對(duì)比表

2.3 鉆孔事故率較小

氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)鉆壓較小，且井內(nèi)較干凈，巖屑較少，回轉(zhuǎn)扭矩較小，減小了鉆進(jìn)事故發(fā)生的概率，不會(huì)出現(xiàn)沉砂卡鉆。因?yàn)椴皇褂媚酀{鉆進(jìn)，井內(nèi)沒有泥皮，含砂量亦很小，不會(huì)出現(xiàn)壓差卡鉆。如實(shí)際鉆進(jìn)中，由于鉆機(jī)傳動(dòng)軸打壞，孔內(nèi)鉆具無動(dòng)力提動(dòng)，經(jīng)過6個(gè)多小時(shí)將鉆機(jī)修好后，也很輕松的就把孔內(nèi)鉆具提動(dòng)，保證了施工安全。即使發(fā)生鉆桿折斷，由于井內(nèi)干凈，巖屑較少，用公錐打撈時(shí)也較容易。

2.4 提高漏失層鉆進(jìn)效率

在漏失層鉆進(jìn)時(shí)，也可以利用地下水作為鉆井液，不必進(jìn)行堵漏作業(yè)，從而提高鉆進(jìn)效率和時(shí)間利用率。施工時(shí)井深40 m左右時(shí)漏漿，堵漏效果不理想，影響了鉆進(jìn)效率，提高了鉆進(jìn)成本。而井深200 m左右時(shí)，泥漿漏失，使用了氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，實(shí)際鉆進(jìn)時(shí)很順利的穿過漏失層，大大提高了鉆進(jìn)效率。

2.5 減少鉆井液的漏失，保護(hù)儲(chǔ)層

由于氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，環(huán)空壓耗小，作用與地層的壓力小，減少或消除鉆井液的漏失，保護(hù)含水層。

2.6 所取巖屑部位及時(shí)、準(zhǔn)確、完整

在鉆進(jìn)過程中，只要巖屑直徑不超過鉆頭中心孔直徑便可不經(jīng)破碎而直接排至地表。由于液流上返速度高，因而巖心先后順序不存在先后顛倒的狀況，混淆小。巖屑在井內(nèi)停留時(shí)間短，能及時(shí)準(zhǔn)確反映所遇地層情況。

3 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝事故分析

在應(yīng)用氣舉反循環(huán)鉆探工藝時(shí)，隨著鉆井深度逐漸加深，體會(huì)到了反循環(huán)鉆進(jìn)在深井施工的優(yōu)點(diǎn)，在施工中也遇到了一系列的問題[4]。

鉆探施工中雙壁鉆桿混臺(tái)器下方被巖屑堵塞，為防止此類事故發(fā)生，一般采取措施如下：減小鉆壓；鉆桿內(nèi)管內(nèi)徑盡可能是同一尺寸，鉆頭吸口尺寸應(yīng)比鉆桿內(nèi)徑小15 mm～20 mm；加桿時(shí)，先停止回轉(zhuǎn)，待鉆井液循環(huán)一段時(shí)間后，將孔底巖屑排除干凈，關(guān)氣加桿；鉆進(jìn)時(shí)突然停氣，應(yīng)及時(shí)將鉆具提離孔底；下鉆時(shí)先開氣，不允許鉆具一下到底，待鉆井液循環(huán)正常和掃孔到底后正常鉆進(jìn)。出現(xiàn)此類問題解決辦法為：上下竄動(dòng)鉆具法、間斷停送氣法、正循環(huán)法解堵，以上方法無效時(shí)，需要提鉆清除堵塞物。

送氣壓力降低原因是壓縮空氣從內(nèi)管連接處漏失到內(nèi)腔，導(dǎo)致上返巖屑能力較弱，進(jìn)尺較慢或者無法正常鉆進(jìn)，一般原因?yàn)槊芊馊δp、脫落或內(nèi)管嚴(yán)重磨損導(dǎo)致密封失效。施工中，發(fā)現(xiàn)密封不嚴(yán)，須及時(shí)提鉆更換密封圈。

4 氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝應(yīng)用問題分析與總結(jié)

4.1 工藝的適應(yīng)性

考慮到鉆鋌加壓，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在深度80 m～100 m左右開始應(yīng)用。完整基巖地層可采用清水作為沖洗液，使用泥漿可應(yīng)用于不穩(wěn)定底層。遇到軟硬不均地層，鉆進(jìn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象，更換密封圈后很快巖屑無法正常上返，不能正常使用。

4.2 鉆具組合的優(yōu)化選擇

深層地?zé)峋@進(jìn)，鉆具重量達(dá)到40 t以上，故選用可拆卸式大噸位氣盒子，當(dāng)使用氣舉反循環(huán)時(shí)，安裝在水龍頭上即可使用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝[5]。

使用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)，上舉內(nèi)通道遵守內(nèi)徑一致性原則。內(nèi)徑變化影響混合液上返速度和上返巖屑能力，現(xiàn)場一開、二開井段施工時(shí)，采用直徑127 mm的單壁鉆桿施工時(shí)，上返巖屑顆粒較小，鉆進(jìn)效率降低，原因即為其比其他鉆具內(nèi)徑大30 mm左右，不使用時(shí)，上返巖屑顆粒正常，鉆進(jìn)正常。

5 結(jié)語

安徽省內(nèi)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝起步較晚，施工經(jīng)驗(yàn)較少，此次成功應(yīng)用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，總結(jié)出了地?zé)峋┕ぶ性摴に嚨膽?yīng)用技術(shù)要求，同時(shí)采用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)相比普通牙輪回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工，純鉆效率提高25%以上，最高提高近一倍，工期節(jié)省近1/3，電力成本節(jié)省約42%，鉆頭的平均進(jìn)尺提高了至少75%，而且大大節(jié)省了泥漿成本，減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生，體現(xiàn)了該工藝的先進(jìn)性、良好的經(jīng)濟(jì)性，而隨著空壓機(jī)、雙壁鉆具等相關(guān)設(shè)備性能的不斷改進(jìn)，將取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 武漢地質(zhì)學(xué)院.鉆探工藝學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1981.

[2] 許劉萬,劉智榮,趙明杰,等.多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)及其新進(jìn)展[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(10):8-14.

[3] 熊 亮,張小連,熊菊秋,等.大口徑工程井氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)效率影響因素初探[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014,41(5):42-45,49.

[4] 王玉國,肖海龍,謝連生.氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在3512 m深的京熱164號(hào)井中的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2009,36(2):9-11.

[5] 崔廣心,王德民.鉆井法——特殊鑿井[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1985.

The application of gas lift reverse circulation drilling technology in geothermal deep well construction

YU Lei WANG Wen-long LI Yong-cheng

(FirstHydrologicalandEngineeringGeologicalExplorationInstitute,AnhuiGeologicalProspectingBureau,Bengbu233000,China)

Combining with the engineering example, this paper introduced the gas lift reverse circulation drilling technology, described the process used equipments and parameters selection method, and analyzed the application effect of it in geothermal deep well construction, summarized the problems and solution strategies in construction, in order to better meet the construction requirements of geothermal wells.

geothermal well, gas lift reverse circulation drilling technology, economic benefit

1009-6825(2014)28-0099-02

2014-07-18

于 磊(1986- )，男，助理工程師； 王文龍(1976- )，男，高級(jí)工程師； 李永成(1986- )，男，工程師

P634.5

A