江蘇淮安楊槐鹽礦段勘探6#鉆進(jìn)和取芯工藝技術(shù)

李志強(qiáng)，黃忠高，謝志翔，萬(wàn)童安

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西鷹潭335000）

1 地層和鉆井基本情況

江蘇省淮安市楊槐鹽礦段勘探工程6#鉆井施工任務(wù)是：1口勘探鹽井，設(shè)計(jì)井深2100～2500m左右（含600m取芯）。

1.1 地層基本情況

上部為第四系（Qd）：0～155.0m，厚度155m，巖性上部主要為灰黃色、土黃色粉砂質(zhì)粘土，下部主要為褐色含礫粘土層并含有大量鈣質(zhì)充填,與下伏地層呈不整合接觸。

中部為新近系鹽城組（Ny）,155.0～470m，厚度225m，巖性上部為灰黃色夾灰白色粉砂與中粗砂互層，靠近下部夾粘土薄層，中部紫紅色粘土夾粉細(xì)砂，下部以中細(xì)砂為主，接近底部為礫石層，礫石主要由石英及硅質(zhì)成份組成，與下伏地層不整合接觸。

下部為白堊系上統(tǒng)浦口組（K2p）：該組地層可分為三段，根據(jù)區(qū)內(nèi)勘探等資料，只揭露浦三段和浦二段上部地層。浦三段（K2p3）上部以紫紅色泥巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主，局部見鈣泥質(zhì)膠結(jié)，含硬石膏團(tuán)塊，下部以灰褐色泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖為主，含鈣質(zhì)，局部夾鈣芒硝條帶。浦二段（K2p2）巖性以煙灰色巖鹽、鈣芒硝巖、泥巖為主，成頻繁韻律層產(chǎn)出，根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆探等地質(zhì)資料只揭露上亞鹽段的二、三、四巖性組合，且隨井深增加，鹽質(zhì)變純變厚，有很好的開采價(jià)值。

1.2 鉆井設(shè)備與配套

鉆井設(shè)備見表1。隨后的使用中發(fā)現(xiàn)：

（1）甲方提供的630kVA變壓器安裝位置太低，下大雨基礎(chǔ)即積水，只得在旁邊挖坑引水，水泵外排，但完全滿足了滿負(fù)荷工作的F500水泵和XD-40DB轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)等設(shè)備施工的電力需要。

（2）F500水泵在取芯段長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，有“小馬拉大車”之嫌，需更換大的。

（3）泥漿固相控制循環(huán)系統(tǒng)與鉆進(jìn)地層匹配似乎存在問題。

2 鉆進(jìn)工藝技術(shù)

2.1 鉆頭和鉆進(jìn)方法

見表2。一開用的是鋼齒三牙輪鉆頭，轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)效率不錯(cuò)。二開前期用的也是鋼齒三牙輪鉆頭，鉆進(jìn)效率也可以，但808.21m卡鉆事故處理后，9月10日孔深1231.47m發(fā)生輕微卡鉆，至9月18日1283m開始螺桿配復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)前，20d的有效時(shí)間，進(jìn)尺不到480m，這其中用了鑲齒鉆頭，還用過螺桿。表面看可能是地層變硬不好打，實(shí)際上是泥漿工作沒跟上，孔內(nèi)不干凈而造成的。后期全部用的是復(fù)合片鉆頭。1654.42m取芯前，螺桿配復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)效率很高，1725.37～1919.93m（其中1899.29m處卡鉆）復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)效率也不錯(cuò)。取芯孔段1654.43～1725.37m和1919.93～2686m用了12翼、8翼、6翼和鋸齒復(fù)合片取芯鉆頭，前期效果非常不佳，后隨著孔深和含鹽純度的增加，鉆進(jìn)效率才明顯提高。其原因可能是：取芯孔段1654.43～1725.37m孔段含鹽非常低，巖石主要是較硬而致密泥巖，石英質(zhì)成分偏高，礦物粒度很細(xì)，具有很好的彈性，常規(guī)復(fù)合片鉆頭很難切入其中，即所謂的“橡皮層”，已成為鉆探行業(yè)難以攻克的技術(shù)難題。

歸納起來就是一句話：鋼齒牙輪鉆頭不行換復(fù)合片鉆頭，轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)不行用螺桿復(fù)合鉆進(jìn)。

有必要談?wù)勩@頭泥包問題。鉆頭泥包是指鉆頭表面為泥團(tuán)所包被，在鉆進(jìn)、起下鉆過程中都會(huì)發(fā)生。發(fā)生鉆頭泥包后，鉆頭牙齒受泥包影響“吃入”地層程度減小，導(dǎo)致其攻擊力不能正常發(fā)揮、鉆速變慢，嚴(yán)重時(shí)包死鉆頭、堵死水眼，導(dǎo)致泵壓升高，甚至無進(jìn)尺，如果是在起下鉆時(shí)發(fā)生，還有可能造成環(huán)空阻塞。鉆頭泥包問題往往主要是由于泥漿中固相含量過高、鉆井液排量小不能有效清洗鉆頭、地層本身膠質(zhì)泥巖含量大易粘附鉆頭所致。處理泥漿時(shí)控制分散不好的粘土和

磺化瀝青加量，鉆進(jìn)中及時(shí)開動(dòng)固控設(shè)備清除泥漿中微小有害固相顆粒含量，更換鉆頭下鉆中途要大排量循環(huán)及時(shí)清除下鉆粘附鉆頭的泥巴，到底后盡可能先大排量循環(huán)幾分鐘后再鉆進(jìn)，把握好這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)可有效防止鉆頭泥包。本井一開和二開1000m左右孔深，多次發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象，后采取以下措施，收到明顯效果：①停止鉆進(jìn)，提高泵量加強(qiáng)水力沖洗效果；②上提鉆頭脫離井底，提高轉(zhuǎn)速增大離心力使泥塊易于甩出來，并上下大幅度活動(dòng)幾次；③將鉆頭大鉆壓下放井底,低速開動(dòng)轉(zhuǎn)盤循環(huán)5～10min；④將鉆頭0t鉆壓下放井底不開轉(zhuǎn)盤循環(huán)5～10min；⑤重復(fù)操作一遍①～④。

表1 主要施工設(shè)備、管材配置一覽

表2 鉆頭和鉆進(jìn)方法

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)與套管程序

本井2級(jí)口徑成井。一開?311mm開孔，鉆深480.07m，下?244.5mm×8.89mm套管并固井。二開?216mm口徑鉆進(jìn)至終孔，不下管。見表3。

2.3 分段鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

表3 鉆孔結(jié)構(gòu)與套管程序表

見表4。明顯的認(rèn)識(shí)是水泵偏小，泵壓基本達(dá)到額 定最大值。

表4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)表

2.4 關(guān)于壓差卡鉆

鉆井中由于井眼不可能完全垂直，當(dāng)井下鉆具靜止不動(dòng)時(shí)，在井下壓差作用下，鉆柱的一些部位會(huì)貼于井壁，與井壁泥餅粘合在一起，靜止時(shí)間越長(zhǎng)則鉆具與泥餅的接觸面積越大，由此而產(chǎn)生的卡鉆稱為壓差卡鉆，也稱之為粘附卡鉆或泥餅卡鉆。

產(chǎn)生壓差卡鉆的原因主要是鉆井液性能不好，密度過高造成井內(nèi)壓差太大；失水量大，泥餅厚，粘滯系數(shù)大。一旦停止循環(huán)，不活動(dòng)鉆具，鉆具有一部分就會(huì)貼到井壁上與泥餅接觸，時(shí)間增加則會(huì)使接觸面積和深度增大，泥餅對(duì)鉆具的粘滯力增加，導(dǎo)致鉆具無法上下活動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，但能夠開泵循環(huán)，且泵壓正常穩(wěn)定。壓差卡鉆的預(yù)防措施主要是調(diào)節(jié)好鉆井液性能，盡可能降低鉆井液的密度，提高鉆井液的潤(rùn)滑性能，降低泥餅的粘滯系數(shù)；并要盡可能簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)活動(dòng)鉆具或采用加扶正器的方法使鉆具居中。

8月23日孔深808.21m發(fā)生壓差卡鉆詳細(xì)經(jīng)過是：正常鉆進(jìn)中，加單根后對(duì)上方鉆桿，開泵正常，但方鉆桿上提、下放均遇阻不動(dòng)（另，上個(gè)班出現(xiàn)卡鉆征兆：鉤載10t多提拉不動(dòng)，下放鉆壓20t解卡）；處理方法是：①多次強(qiáng)拉、下壓無效；②割短地表部分鉆桿再焊接后回轉(zhuǎn)亦轉(zhuǎn)不動(dòng)；③用7%粘土、1%磺化瀝青和純堿、黃原膠配新漿保持泥漿循環(huán)；④在聯(lián)系好震擊器并準(zhǔn)備去租借時(shí)，一直處于100t懸拉狀態(tài)的鉆具鉤載不知何時(shí)下降到了41t，鉆具解卡了；起鉆后情況：起鉆最后1根?159mm鉆鋌和?178mm鉆鋌出現(xiàn)斷續(xù)而嚴(yán)重泥包現(xiàn)象并夾有碎石。10月26日孔深1899.29m第二次發(fā)生壓差卡鉆詳細(xì)經(jīng)過是：在結(jié)束不取芯復(fù)合片鉆頭配螺桿高效鉆進(jìn)后換取芯筒鉆具下鉆時(shí)被卡。在970m處對(duì)上方鉆桿通水，泵壓4MPa不變，上提和下放鉆具均不動(dòng)（此前840m左右，下鉆阻力大，通水1h泵壓由5MPa下降到2MPa）；處理方法是：①調(diào)濃泥漿；②強(qiáng)拉、強(qiáng)壓、強(qiáng)行回轉(zhuǎn)，不見效；③用地面震擊器也不行；④清水沖孔不到100min解卡；起鉆后情況：起鉆發(fā)現(xiàn)鉆鋌和取芯筒外壁光亮，但取芯筒內(nèi)管下部堵塞1m長(zhǎng)泥渣。

圖1 壓差卡鉆起出的鉆頭和鉆鋌

圖1 是壓差卡鉆起出的鉆頭和鉆鋌實(shí)物照片。不難看出：對(duì)卡鉆發(fā)生前的明顯征兆缺乏專業(yè)技術(shù)知識(shí)應(yīng)對(duì)，對(duì)卡鉆發(fā)生后的處理措施太過側(cè)重上提(下放)和轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具以解卡這種手段，對(duì)浴井解卡方法的應(yīng)用不及時(shí)，入井鉆具組合如?178mm鉆鋌不恰當(dāng)，以及泥漿技術(shù)水平存在不少問題等。

3 取芯工藝技術(shù)

采用大慶市達(dá)美石油裝備制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為SYQX186-115-60FT-250P（雙節(jié)）取芯筒（見圖2）鉆進(jìn)取芯。該取芯筒主要由安全接頭、旋轉(zhuǎn)總成、懸掛總成、外筒、內(nèi)筒、巖芯爪組合件、取芯鉆頭和輔助工具等部分組成。實(shí)踐表明，取芯效果良好，但未配套巖芯卡斷器，在長(zhǎng)孔段鉆進(jìn)取芯中總是有所不足的。

圖2 大慶達(dá)美取芯筒

取芯基本情況見表5和圖3。

應(yīng)該說，本井的取芯工作中，取芯效率即平均時(shí)效前期太低，后期尚可，可能地層是主要影響因素；但包括取芯厚度遠(yuǎn)超600m和采取率高達(dá)99%的取芯成績(jī)也顯而易見，這與采取如下正確的取芯工藝技術(shù)密不可分。

表5 取芯基本情況

圖3 不同取芯孔段的平均時(shí)效

一是取芯前的準(zhǔn)備工作。

包括井眼的準(zhǔn)備和工具檢查及準(zhǔn)備兩方面。

井眼的準(zhǔn)備：取芯起鉆前要充分處理好井內(nèi)泥漿，使泥漿性能穩(wěn)定，保持泥漿具有良好的流變性和潤(rùn)滑性，保證井眼清潔、暢通，無垮塌，無沉砂，能順利下鉆到底，同時(shí)保證井下無落物。特別注意必須充分保證井眼暢通，對(duì)起下鉆遇阻遇卡井段，消除阻卡后方可下鉆取芯。

工具檢查及準(zhǔn)備：①取芯前，保養(yǎng)取芯工具，認(rèn)真檢查取芯筒內(nèi)、外筒的彎曲度；外筒母扣與公扣情況；巖芯爪的彈性是否良好；密封圈損傷情況；懸掛軸承保養(yǎng)、潤(rùn)滑情況（確保其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活），鉆頭狀況（特別注意測(cè)量鉆頭齒內(nèi)徑及內(nèi)孔包徑合金比較接近，鉆頭布齒的對(duì)稱情況）及內(nèi)、外筒的間隙；內(nèi)筒鎖緊套、定位套情況及內(nèi)筒接箍處完好情況；鋼球是否匹配等。②檢查取芯工具附件是否齊全，檢查卡箍自由張開直徑小于巖芯直徑2～3mm，完全收縮時(shí)內(nèi)徑以不出卡箍座為準(zhǔn)。③調(diào)整內(nèi)外筒間隙在8～12mm范圍內(nèi)。

二是下鉆操作方面。

取芯筒上鉆臺(tái)時(shí)，注意防碰。取芯筒入井時(shí)，必須在井口卡好安全卡瓦，嚴(yán)防取芯筒滑脫落井。

下鉆操作要平穩(wěn)，不得猛剎、猛放，復(fù)雜井段應(yīng)控制下放速度；不允許用取芯鉆頭劃眼，下鉆遇阻不得超過5t，經(jīng)上下活動(dòng)不能下入時(shí)應(yīng)接方鉆桿開泵循環(huán)泥漿，如需劃眼，應(yīng)采取點(diǎn)劃通過，嚴(yán)禁強(qiáng)行劃眼通過。

下鉆到底，大排量循環(huán)正常后，緩慢下放至離井底0.5～1m處，上下活動(dòng)，慢轉(zhuǎn)正常后，即可開始投球取芯鉆進(jìn)。

三是取芯鉆進(jìn)時(shí)。

（1）投球后開始方入樹芯時(shí)，以0.5～1t鉆壓（轉(zhuǎn)速50r/min；排量20L/s）造芯0.3～0.5m后，造芯完畢，逐漸加大參數(shù)至規(guī)定鉆壓鉆進(jìn)：鉆壓4～6t，轉(zhuǎn)速60～80r/min，排量20～22L/s。

（2）送鉆要平穩(wěn)均勻，不得頓溜鉆，無特殊情況中途不得停泵及上提鉆柱，發(fā)現(xiàn)憋鉆跳鉆等井內(nèi)不正常時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析原因，采取有效措施，不得蠻干，鉆進(jìn)中隨時(shí)注意泵壓變化及巖屑返出情況，認(rèn)真分析井下情況。

（3）樹芯、割芯、套芯及取芯起鉆等作業(yè)，必須由司鉆或大班司鉆親自操作。

（4）有異常情況，必須認(rèn)真分析，及時(shí)匯報(bào)采取措施：

①進(jìn)尺逐漸變慢且立壓升高，上提鉆具立壓恢復(fù)。在同地層情況下一般為鉆頭磨損，應(yīng)割芯提鉆。

②鉆時(shí)忽高忽低，立壓不穩(wěn)，一般為地層軟硬交替，所以要及時(shí)調(diào)整參數(shù)。

③鉆速快且有放空現(xiàn)象，一般為鉆遇裂隙地層，應(yīng)適當(dāng)降低所有參數(shù)以防堵芯。

④立壓升高，鉆速明顯下降，上提鉆具立壓不變情況下一般為堵芯。這時(shí)應(yīng)降低鉆壓至0.5～1t轉(zhuǎn)動(dòng)，或者將鉆具下壓至正常鉆壓的2倍循環(huán)后現(xiàn)象仍未消失，要及時(shí)割芯提鉆。

（5）加單根程序?yàn)椋阂惶帷⒍i、三沖、四壓，即：上提割芯；鎖緊轉(zhuǎn)盤；下放沖孔3～5min；加單根后下壓比正常鉆壓大5～8t以頂開巖芯爪后月正常參數(shù)取芯鉆進(jìn)。

四是割芯操作時(shí)。

鉆完取芯進(jìn)尺，磨鉆壓，待鉆壓恢復(fù)到0t后，即可上提鉆具割芯，割芯后應(yīng)上提鉆具至開始方入，轉(zhuǎn)動(dòng)不同方向，緩慢下放1～2m以探查巖芯是否割斷，或井內(nèi)有無余芯。

割芯成功后起鉆。

五是起鉆。

起鉆控制速度，操作平穩(wěn)，不得猛剎、猛拉、猛頓及猛放，嚴(yán)禁使用轉(zhuǎn)盤卸扣，防止巖芯掉入井內(nèi)。

起鉆中要有專人負(fù)責(zé)及時(shí)向井內(nèi)灌漿，保證井內(nèi)充滿鉆井液。

六是其他注意事項(xiàng)。

（1）起下鉆過程中，防止取芯筒粘卡。

（2）起完鉆不得在井口出芯。

（3）取完芯恢復(fù)鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)防小井眼卡鉆。

（4）割芯時(shí)應(yīng)考慮井內(nèi)磨阻。

4 結(jié)束語(yǔ)

在不超過3000m深度鹽井取芯鉆進(jìn)中，選用衡陽(yáng)生產(chǎn)的XD-40DB轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)和大慶制造的SYQX186-115-60FT-250P（雙節(jié)）取芯筒，完全可行；但F500水泵小了應(yīng)用大泵；鋼齒牙輪鉆頭+轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)方法適用鉆孔淺部施工，復(fù)合片鉆頭+螺桿鉆進(jìn)方法適用鉆孔深部施工。

今后施工建議：深刻認(rèn)識(shí)地層特點(diǎn)這個(gè)基礎(chǔ)，正確選用鉆進(jìn)工藝方法，充分發(fā)揮起決定性作用的人的主觀能動(dòng)性這個(gè)關(guān)鍵作用，建立并執(zhí)行崗位責(zé)任制度和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)制度，在硬而致密泥巖“橡皮層”，開展螺桿+取芯筒復(fù)合鉆進(jìn)試驗(yàn)研究。