淺談我國(guó)地?zé)峋@探工藝及方法

王洪偉

（遼寧省第九地質(zhì)大隊(duì)，遼寧鐵嶺112000）

淺談我國(guó)地?zé)峋@探工藝及方法

王洪偉*

（遼寧省第九地質(zhì)大隊(duì)，遼寧鐵嶺112000）

我國(guó)地?zé)豳Y源勘查日益發(fā)展，地?zé)峋@探中泥漿正循環(huán)、氣舉反循環(huán)、高壓噴射等鉆探工藝及測(cè)井、固井、射孔、掛管、洗井等方法不斷完善和多樣化。論述了我國(guó)地?zé)峋@探工藝方法的發(fā)展及現(xiàn)狀。

地?zé)峋汇@探；工藝

1 我國(guó)地?zé)峋@探施工發(fā)展概況

1.1 20世紀(jì)70年代

20世紀(jì)70件代，我國(guó)僅北京、天津等少數(shù)地區(qū)開展地?zé)峥辈榧般@探施工。最初探采埋藏的地?zé)豳Y源較淺，一般孔深在500～1000m。采用的鉆探設(shè)備多為XB-1000型巖芯鉆機(jī)，配BW240/40和BW240/60等型號(hào)泥漿泵。鉆具多為?60mm鉆桿、?108mm和?121mm鉆鋌。鉆探成井工藝多為小徑打大徑擴(kuò)孔成井的工藝。此時(shí)期鉆探效率低、成井周期長(zhǎng)、一般完成一眼千米地?zé)峋?～12個(gè)月。

1.2 20世紀(jì)80年代

20世紀(jì)80年代，我國(guó)地?zé)峥辈榉秶_始擴(kuò)大，井深增加，鉆機(jī)選用THJ-1500型巖芯鉆機(jī)及T-50B型石油鉆機(jī),用于1000～2000m以內(nèi)地?zé)徙@探。此階段鉆具規(guī)格有：?73mm、89mm鉆桿，?121mm、?146mm、?159mm鉆鋌。采用牙輪鉆頭和刮刀鉆頭全面鉆進(jìn)方法，普遍采用三級(jí)口徑成井，提高了鉆進(jìn)效率，縮短了成井周期。

1.3 20世紀(jì)90年代至今

20世紀(jì)90年代開始，地?zé)峥辈樵谌珖?guó)范圍內(nèi)逐步全面展開，國(guó)內(nèi)水井深井鉆機(jī)逐步配套，有GZ-2000型、GZ-2600型、TSJ-3000型等水系列鉆機(jī)及石油系列的ZJ30型、ZJ45型鉆機(jī)。泥漿泵從水系列的3NB-350、BW-1200泵到石油系列的3NB-500、3NB1300泵，排量逐漸增大，滿足了鉆深2000～4000m的需求。鉆具規(guī)格有：?89mm、?114mm、?127mm鉆桿及?114mm、?127mm雙壁鉆桿，?121mm、?159mm、?178mm鉆鋌等。采用多種鉆探工藝，鉆進(jìn)效率高，成井質(zhì)量好。一般完成一眼2000m地?zé)峋畠H需3～6個(gè)月。

2 地?zé)峋@探工藝

2.1 泥漿正循環(huán)鉆探工藝

近年來(lái)，反循環(huán)鉆探、沖擊鉆探、潛孔錘鉆探等鉆探工藝得到了普遍的應(yīng)用及發(fā)展，但鉆探工藝依然是以正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主，具有最廣泛的適用性。

2.1.1 工藝參數(shù)

（1）鉆壓。在較深地?zé)峋@探中，鉆壓加不足是最常見的，這是影響鉆探效率的主要因素之一。例如，中軟地層用?216mmHA537鉆頭，推薦鉆壓應(yīng)為107～226kN，但在生產(chǎn)中因鉆鋌和鉆桿質(zhì)量問題，所加壓力一般都比上述值要小。

鉆壓不足對(duì)機(jī)械鉆速的影響較明顯，尤其是鉆進(jìn)中硬以上地層時(shí)，一般鉆壓僅使巖石實(shí)現(xiàn)體積破碎，此時(shí)，上返巖屑顆粒較大。因此，要提高鉆探效率，應(yīng)使用質(zhì)量好的鉆具，加足鉆壓鉆進(jìn)。

（2）轉(zhuǎn)速。牙輪鉆頭主要以牙齒對(duì)巖石的沖擊、壓碎和剪力作用來(lái)破碎巖石。硬和極硬地層主要靠牙齒對(duì)巖石的沖擊、壓碎作用來(lái)破碎；極軟和軟地層主要靠牙齒對(duì)巖石的剪切作用來(lái)破碎；中軟、中硬地層靠這兩種作用同時(shí)破碎地層。因而，對(duì)于極軟和軟地層應(yīng)采用低壓高速，轉(zhuǎn)速為85～90r/min；對(duì)于硬和極硬地層應(yīng)采用高壓低速,轉(zhuǎn)速為60r/min左右。

（3）泥漿參數(shù)。泥漿的主要作用是保持孔底清潔，并維護(hù)孔壁穩(wěn)定。地?zé)峋@進(jìn)中，一般較好的泥漿性能為：失水量10～15mL/30min，密度1.05～1.15g/cm3，粘度25～32s，泥皮厚度0.5～1mm，pH值8～10。對(duì)于泥巖地層，應(yīng)加入降失水劑，泥漿性能應(yīng)為：粘度20～25s，失水量＜10mL/30min，用好的粘土造漿或提高粘土顆粒含量（能防泥巖造漿）。現(xiàn)場(chǎng)須配有振動(dòng)除砂器和旋流除砂器，提高泥漿的質(zhì)量并及時(shí)替出廢漿。

（4）泵量。泵量應(yīng)保證孔底干凈，無(wú)殘留巖屑。孔內(nèi)巖屑過多，不但會(huì)出事故，而且影響效率。一般常配的泥漿泵排量由小到大為3NB-350或BW-1200、石油3NB-500、3NB-1300泵。泵量越大攜帶巖屑效果越好。

2.1.2 常用鉆具組合

?445mm或?311mm鉆頭+?178mm鉆鋌+ ?127mm鉆桿；

?216mm鉆頭+?159mm鉆鋌+?89mm鉆桿；

?152mm鉆頭+?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿。

2.1.3 鉆探技術(shù)難點(diǎn)

（1）粘鉆及縮徑。地?zé)峋@進(jìn)較厚的第三系泥巖地層及頁(yè)巖夾層時(shí)，因泥頁(yè)巖為水敏性溶脹分散地層，膨脹縮徑、泥漿增稠，鉆頭泥包，在鉆井中常遇到不同程度的遇阻、卡鉆、縮徑等情況。

三牙輪鉆頭鉆進(jìn)泥頁(yè)巖時(shí)，巖屑常存于牙齒之間，形成“泥包”。其主要原因是：泵量小；由于造漿作用，孔底泥漿粘度較大；牙輪自轉(zhuǎn)不靈活。

克服粘鉆和縮徑的措施有：加大泥漿泵排量，選用大排量泥漿泵，優(yōu)質(zhì)泥漿等技術(shù)措施。有條件時(shí)應(yīng)選用大排量石油系列泵，如3NB-500、3NB-1300泵等。

（2）漏失。在熱水層中鉆進(jìn)時(shí)，會(huì)遇到漏失情況，有時(shí)漏失嚴(yán)重不返漿。熱水儲(chǔ)層為白云巖、灰?guī)r、砂巖時(shí)，孔壁穩(wěn)定性較好，因而可采用清水頂漏鉆進(jìn)。在取水目的層以上鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)于小漏失，可以在泥漿中加鋸未或堵漏劑進(jìn)行堵漏；較大漏失時(shí)，可向孔內(nèi)投入粘土球或用水泥堵漏。對(duì)于難于堵住的大漏失，可改用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，也可下管封隔，或采用泡沫泥漿鉆進(jìn)。堵漏方法較多，可根據(jù)地層和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。

2.2 氣舉反循環(huán)鉆探工藝

氣舉反循環(huán)鉆探工藝能避免泥漿對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)含水層的淤塞，并能克服地層漏失。在目的層鉆進(jìn)時(shí)采用該工藝不但可以免去化學(xué)洗井工序，而且能最大限度提高巖層的產(chǎn)水能力。

氣舉反循環(huán)鉆探工藝在硬件配備上只需空壓機(jī)、氣水混合器、雙壁鉆桿、雙壁主動(dòng)鉆桿及配套水龍頭。對(duì)于較深的鉆孔，需配備大馬力的空壓機(jī)。難點(diǎn)是雙壁鉆桿的密封問題。

鉆具組合：?311mm、?216mm或?152mm鉆頭+鉆鋌+鉆桿+氣水混合器+?114mm或?127mm雙壁鉆桿+雙壁主動(dòng)鉆桿。

鉆探工藝參數(shù)：沉沒比＞0.5。一般應(yīng)配置較大馬力的空壓機(jī)。其功率為190kW,空氣壓力排量最大為25MPa。

例如，某地?zé)峋∷康膶硬捎脷馀e反循環(huán)鉆探工藝。采用GZ-2600型鉆機(jī)，WY-7.5/40型空壓機(jī)，設(shè)計(jì)孔深2400m；鉆具組合（取水目的層）：?152mm鉆頭+?121mm鉆鋌+?73mm鉆桿+氣水混合器+?127mm雙壁鉆桿+雙壁主動(dòng)鉆桿。氣舉反循環(huán)鉆探工藝施工井段從2070.07～2401.02m，共計(jì)進(jìn)尺330.95m，鉆探總臺(tái)時(shí)400.34h，單位輔助時(shí)間0.52h/m，純進(jìn)尺效率提高到1.45m/h。

2.3 高壓噴射鉆探工藝

隨著深部地?zé)豳Y源的開采，地?zé)峋疃鹊募哟螅豌@探隊(duì)伍及設(shè)備進(jìn)入地?zé)徙@探市場(chǎng)，采用高壓噴射鉆探工藝，大大提高了鉆探效率和成井質(zhì)量，尤其是克服了泥頁(yè)巖泥包鉆頭的問題，縮短了工期。

高壓噴射鉆井是采用噴射式鉆頭，以很高的泵壓使泥漿自鉆頭噴嘴產(chǎn)生很高的噴射速度（最高達(dá)75～100m/s）的一種鉆井工藝。它一方面可以利用高流速的泥漿沖刷井底，幫助鉆頭破碎巖石；另一方面又能更好地清洗井底和鉆頭，加速鉆進(jìn)。高壓噴射鉆井要求配備大功率的強(qiáng)力泵，相應(yīng)地配合使用低固相泥漿，保證泥漿的除砂和凈化效果。使用這種鉆井工藝可以提高鉆速1～2倍，大大提高了地?zé)峋@井效率。

例如：在鐵嶺金峰小鎮(zhèn)選用水源鉆機(jī)施工一眼2600m井需要6個(gè)月左右，而選用石油鉆機(jī)和高壓噴射鉆探工藝施工2600m井僅需3個(gè)月左右，效率提高一倍，不僅大大縮短了工期，還提高了成井效率。

3 地?zé)峋昃に?/h2>

3.1 測(cè)井

普遍采用物探測(cè)井的參數(shù)，即自然電位、梯度電阻率、電位電阻率、井斜及井溫參數(shù)，目的是較準(zhǔn)確地劃分出含水層來(lái)。

測(cè)井雖然是劃分地層和確定含水層的重要手段，但一定要結(jié)合巖屑錄井即實(shí)際地層和巖性進(jìn)行解釋，不能簡(jiǎn)單地依靠統(tǒng)一模式和程序進(jìn)行解釋。因測(cè)井參數(shù)具有多解性，不結(jié)合實(shí)際地層和巖性解釋測(cè)井結(jié)果，將會(huì)對(duì)成井造成誤導(dǎo)。

3.2 固井

溫度是地?zé)峋闹匾獦?biāo)志，為提高溫度一定要把較低溫度的地層和含水層封住，因此固井是重要環(huán)節(jié)。最好對(duì)于花管或裸孔以上段全孔進(jìn)行固井。固井應(yīng)該用專用設(shè)備、專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行。特別是對(duì)于不同管徑間的環(huán)空處，一定要用水泥固好，否則很可能會(huì)影響出水溫度。

3.3 射孔

隨著石油勘探技術(shù)的引入，射孔是提高出水量的一個(gè)有效方法。鐵嶺凡河ZK1地?zé)峋?jīng)過多次多方法洗井水量水溫達(dá)不到要求。后根據(jù)測(cè)井曲線及巖屑錄井選擇了三段進(jìn)行射孔，射孔段分別為945～950m、1025～1035m、1055～1060m，共計(jì)20m射孔。結(jié)果出水量從開始500m3/d增加到810m3/d，溫度從30℃提高到36℃。某地?zé)峋?jīng)過多次多方法洗井水量仍很小，無(wú)法使用。后根據(jù)測(cè)井曲線及巖屑錄井選擇了已封孔的四段進(jìn)行射孔，射孔段分別為697～701m、712～716m、722～728m、920～926m，共用127彈射了4段，計(jì)20m。結(jié)果出水量從幾乎干眼到400m3/d，出水溫度達(dá)到46℃。通過射孔救活了該地?zé)峋Ｔ诖司晒Φ幕A(chǔ)上，該地區(qū)又進(jìn)行第二眼地?zé)峋氖┕ぃ俊⑺疁鼐钟写蠓鹊靥岣摺?/p>

3.4 掛管

掛管也是隨著石油勘探技術(shù)的引入應(yīng)用到地?zé)峋┕ぶ衼?lái)的。鐵嶺凡河ZK1井原設(shè)計(jì)熱儲(chǔ)層（白云巖）埋深1600m，設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為三開結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)0～1600m全下管固井，取1600m以下的水層。但實(shí)鉆至655m就見到了熱儲(chǔ)層（白云巖），至1100m巖性變?yōu)槭⑸皫r，石英砂巖含水性較差。為保留住熱儲(chǔ)層（白云巖），鉆孔結(jié)構(gòu)由三開變?yōu)槎_，最后采用掛管技術(shù)保留了該井的熱儲(chǔ)層（白云巖）段，從而保證了該井的最后成井（水量810m3/d，出水溫度36℃）。

3.5 洗井

地?zé)峋Ｓ玫南淳椒ㄓ薪沽姿猁}洗井、活塞洗井、酸化洗井、液態(tài)二氧化碳洗井、空壓機(jī)洗井等。

隨著鉆井深度的增加，常用的洗井方法有時(shí)達(dá)不到徹底洗井的目的，水量洗不出來(lái)。因此近年來(lái)采用了大功率空壓機(jī)（250個(gè)壓力以上的大型空壓機(jī)）進(jìn)行氣舉和氣水混合洗井的方法，如果引進(jìn)石油系統(tǒng)的壓酸、壓裂方法洗井方法將取得更好的效果。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)我國(guó)各地區(qū)的地層特點(diǎn)及熱儲(chǔ)層埋藏深度選擇先進(jìn)設(shè)備和配套機(jī)具，確保機(jī)具的合理級(jí)配。

（2）根據(jù)我國(guó)各地區(qū)的地層特點(diǎn)及熱儲(chǔ)層埋藏深度選擇不同的鉆探工藝進(jìn)行施工，也可以采用多種鉆探工藝交叉的方法進(jìn)行施工（如正循環(huán)方法、反循環(huán)方法）。

（3）固井是地?zé)峋┕さ闹匾h(huán)節(jié)。固井作業(yè)前必須做好設(shè)計(jì)，選擇專用固井設(shè)備及優(yōu)質(zhì)水泥保證固井的成功。

（4）地?zé)峋某删P(guān)鍵在洗井，可以采用機(jī)械洗井、化學(xué)洗井的同時(shí),采用大功率空壓機(jī)進(jìn)行氣舉和氣水混合洗井的方法，可取得較好的效果。

（5）引用石油鉆探施工先進(jìn)工藝進(jìn)行地?zé)峋@井成井施工。如掛管技術(shù)、射孔技術(shù)及固井技術(shù)等工藝。將會(huì)大大提高地?zé)峋某删始俺删某鏊亢统鏊疁囟取?/p>

[1]黃尚瑤，楊毓桐.中國(guó)城市地?zé)衢_發(fā)30年[C]//北京地?zé)釃?guó)際研討會(huì)論文集.地質(zhì)出版社，2002

[2]劉久榮，等.中國(guó)城市地?zé)衢_發(fā)30年[C]//北京地?zé)釃?guó)際研討會(huì)論文集.地質(zhì)出版社，2002.

[3] 彭新明.提高深水井工程效益的幾點(diǎn)探討[J].北京地質(zhì),2004（4）.

[4]彭新明,張勇,趙立新.北京地區(qū)地?zé)峋@探工藝發(fā)展[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2004（8）.

[5] 劉光志.特種鉆探工藝學(xué)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1999

[6]屠厚澤.鉆探工程學(xué)[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，1987

[7]劉志國(guó)，劉新麗，劉丕新，等.千米地?zé)峋┕ぜ夹g(shù)[M].河南鄭州：黃河水利出版社，2004：34.

P634

A

1004-5716(2015)02-0039-03

2014-03-18

王洪偉（1961-），男（漢族），遼寧遼陽(yáng)人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事鉆探工程技術(shù)管理工作。