參數井鉆探施工技術探討

鄧拓

湖南省煤田地質局第一勘探隊 湖南 衡陽 421800

1 鉆孔結構設計

根據參數井鉆探工程技術要求、單孔孔深、終孔井徑及每個鉆孔所處區域地層條件、鉆孔工藝技術特點，參考以往施工鉆孔井身結構，依據有利于安全、經濟、優質、高效鉆井的原則，考慮現場實際施工需要進行設計。施工鉆孔以繩索取心鉆進為主，所以鉆孔結構應盡量簡化，但應為后續工作留有余地。每個鉆孔要根據開孔及鉆進實際情況適當調整鉆孔結構，但在調整前必須上報技術部[1]。

本次研究的參數井設計孔深805～1545m，終孔井徑不小于準96mm，目的層所需穿透的地層主要為灰巖、砂巖和泥頁巖。總體孔身結構擬采用三開施工。

（1）一開，用準150mm普通合金鉆進工藝鉆進至較完整基巖30m左右，下入準146×5.5mm井口管做一開固井，封隔地表水、松散黏土流沙、沙礫層、易垮塌層，套管底部做止水處理。（2）二開，用準130mm普通金剛石取心鉆具繼續鉆進一段完整基巖，下入準114×6.3mm技術套管做二開固井并做壓力檢查。（3）三開，用準96mm繩索取心鉆具鉆進至終孔。為了保證物探測井的需要，鉆孔終孔層位為目的層底界之下30m。

2 鉆孔方法優選

根據施工區域的巖石地層情況，在能夠滿足地質要求的前提下，鉆進方法應盡量選用先進的施工工藝。因為繩索取心鉆進屬滿眼鉆井工藝，鉆桿與孔壁之間的環狀間隙小，鉆桿沒有外接箍，不易對鉆孔孔壁產生局部破壞性擾動，具有不易發生卡鉆和埋鉆事故、巖心采取率高、施工進度快、成孔質量高的工藝特點，是比較先進的巖心鉆探施工工藝。

（1）合金鉆進。開孔覆蓋層及強風化層采用普通硬質合金鉆進，選用普通硬質合金T313直鑲普通合金鉆頭單管取心鉆進。

（2）金剛石繩索取心鉆進。將114mm×6.3mm技術套管下入孔內固井后，全孔采用以繩索取心鉆進工藝為主的鉆進方法。繩索取心鉆具的技術要求：①當內管總成下到外管總成預定位置時，能即時發出到位信號，且內、外管之間的相對位置能夠確定。在鉆進過程中內管不上竄、下滑；內、外管之間能保證有良好的通水性；②鉆進過程中巖心充滿內管時，能及時向地表發出堵塞信號；③由于是雙管結構，應保持內、外管的同心度，以便使巖心順利進入內管。

2.3 繩索取心鉆進操作要領

①內管投放：采用自由下落及卷揚機鋼絲繩投放內管；②鉆進：判斷內管總成是否到位、判斷巖心是否堵塞時，注意觀察泵壓表及孔內返液情況；③打撈內管總成：由孔口投放打撈器。經常檢查打撈鉤，防止脫落卡管[2]。

3 沖洗液與護壁技術

由于采用的是小口徑金剛石繩索取心鉆進工藝，孔壁環狀間隙小，轉速高，故鉆井液的選擇應根據繩索取心鉆進特點、鉆孔深度、地層情況來合理選擇泥漿，要求沖洗液須具有良好的流動性、抑制性、排粉性、抗泥包性和潤滑性，并應盡量減少固相含量，以減輕鉆桿內壁結垢現象。參數井主要鉆進地層為粉砂質頁巖、含炭質頁巖及灰巖等，鉆進時，含炭質頁巖地層比較容易吸水垮孔，影響正常鉆進，因此必須控制泥漿的失水量，以防止或減少吸水膨脹引起的孔壁垮塌。

3.1 泥漿性能要求

（1）泥漿（馬氏）漏斗黏度29～35s，比重1.02～1.05g/cm3，失水量控制在10mL以下，pH9～10。

（2）各次開鉆后，正常井段每小時測量一次鉆井液密度和黏度，異常井段每0.5h測量一次鉆井液密度和黏度，每8h測量一次密度、黏度、含砂量、失水量、pH，遇井下復雜情況或有油氣顯示時要加密測量，并填入班報表。各鉆孔在施工過程中，應根據鉆井實際情況，及時提出泥漿使用反饋意見，技術人員現場跟蹤，以調整泥漿配比參數，進一步指導后續鉆孔施工。

（3）進入泥頁巖層鉆進，必須強化泥漿防塌及防漏措施：

①提高泥漿濾液的抑制性，防止泥頁巖吸水膨脹；②使用多軟化點封堵材料，提高地層的承壓能力；③盡量降低泥漿的濾失量，形成良好的泥餅，減少引起泥頁巖水化的機會；④根據實際情況，選擇適當的泥漿密度提供有效應力支撐井壁；⑤盡可能減少起下鉆及開泵造成的壓力激動，減小鉆具對井壁撞擊，并采用合理流變參數和排量，避免水力沖蝕井壁。

（4）鉆遇泥頁巖段時，井壁發生失穩風險大，重點是對鉆井液進行精細操作，提高鉆井液的抑制封堵性，盡量減緩頁巖段失穩程度，可采用以下的防塌處理措施：①提高鉆井液潤滑性能；②每鉆進30～50m宜做短程起下；③鉆遇頁巖段出現憋卡鉆頭應將鉆具提離井底，回轉循環觀察是否緩解。在其他措施無效的情況下，調整鉆井液密度，平衡地層應力，直至滿足鉆井作業需要；④在遇阻卡井段循環排沙，使用不同密度、不同黏度的稠漿、低粘切漿、清掃漿交替排砂以清除巖屑床，保持井眼清潔[3]。

4 封孔

根據鉆探地質設計技術要求，鉆孔鉆進終孔并完成物探測井后，對鉆孔全孔段采用水泥封閉。

4.1 鉆孔段的封閉

首先對目的層及其底部進行封閉。將繩取鉆桿下至離孔底1m左右位置，用清水通過泥漿泵壓水洗孔不小于60min，然后將鉆桿上提2m并連接泥漿泵，同時按0.5∶1的水灰比連續攪拌水泥漿。將攪拌好的水泥漿液通過泥漿泵送到孔底。

4.2 井口埋設

鉆孔封閉完成，井口水泥砂漿初凝后，在井口中心插入1準12×1500mm的螺紋鋼筋，然后澆筑C20以上的混凝土作為井口標志。井口標志要求：長×寬為300mm×300mm的方形混凝土墩，高出地面100mm，頂面抹平。

5 結束語

綜上所述，參數井鉆探工程對獲取地質參數、含氣性解析、錄井、測井等具有非常重要的作用。鉆孔結構設計、鉆進方法選取、鉆頭及鉆進參數選擇、封孔等鉆探技術的實施對參數井鉆探工程的質量影響很大，必須加強研究，從而提高參數井鉆探施工的質量。