陽泉保安區鉆探施工工藝研究

曹立揚，王平森

（河南省資源環境調查一院，河南 鄭州 450000）

1 工程概述

1.1 地理位置

1.2 構造位置

XJ-11 井構造位置處于沁水盆地東北緣陽泉向斜軸部新景礦地層復雜構造帶；礦區周邊發育4 條斷層，地質構造復雜。

1.3 鉆探目的及任務

（1）通過地質錄井、測井資料，獲取實測的地質資料，進一步獲得該地區的地層剖面。

（2）準確獲取目標地層的厚度、埋深以及鉆遇地層巖性。

（3）了解主要地層的裂隙發育情況和滲透率、鉆井過程中鉆井液對地層的污染成度、地層壓力及其邊界和原地應力狀況為后期壓裂、排采提供依據。

1.4 工程鉆遇地層劃分及地層概述

（1）第四系（Q）：巖性上部為為薄層土壤層、黃土與雜色河床礫石層，下部多為棕黃、褐黃色粘土夾粉～中砂層及砂礫層。與下伏地層呈不整合接觸。

（2）二疊系上統上石盒子組（P2s）：本組地層為細-粗-細沉積旋回，上部為大段紫紅色泥巖，中部為灰綠、紫紅色泥巖與灰白色細砂巖互層；下部為灰色細砂巖。與下伏地層整合接觸。

（3）二疊系下統下石盒子組（P1x）：本組地層為上粗下細反沉積旋回，上部灰色泥巖與淺灰色細砂巖；中部為灰、灰白色中砂巖夾粉～細砂巖；下部為大段灰色泥巖與灰、淺灰色粉～細砂巖互層；底部見一層灰、灰白色中粒砂巖(K8砂巖)。與下伏地層整合接觸。

（4）二疊系下統山西組（P1s）：本段地層巖性以深灰色泥巖為主，為深灰、灰黑色粉砂質泥巖與淺灰色粉～細砂巖、中砂巖及礦產資源層互層，局部見灰黑色炭質泥巖，底部為灰、灰白色粉砂巖、細砂巖(K7砂巖)。與下伏地層整合接觸。

由高壓室開關柜的布局特點及巡檢任務要求可以看出，機器人的運動軌跡簡單且固定，結合軌道式移動機構具有軌跡固定、被動轉向及驅動方式簡單等特點，機器人采用軌道式移動車體技術，軌道布局如圖3，軌道交叉部分通過圓弧過渡。移動車體應具有在直線軌道和彎曲軌道上行駛的能力，并且具有良好的穩定性能。

（5）石炭系上統太原組（C3t）：本組地層總體為一粗段，巖性為淺灰色細砂巖、灰黑色灰巖，炭質泥巖與灰黑色泥巖呈略等厚互層。

2 工程施工

2.1 采用的主要設備

要達到鉆探施工目的，首先得選擇好恰當的設備。設備選擇好了施工效率才能提高。本次使用的鉆機及其附屬設備見表2。

表2 鉆機及主要設備表

2.2 施工工藝流程圖

圖1 施工工藝流程圖

3 采用的鉆探技術措施

3.1 設備安裝

（1）設備安裝要保證平、穩、正、全、牢、靈、通。特別是天車、轉盤、井口三點垂直成一條線，其偏移不得大于20mm。

（2）各種入井鉆具到井場后，工程技術人員要親自逐根檢查、丈量，特殊工具應繪制草圖，標明各種尺寸。

（3）開鉆前對鉆井設備、高壓管線進行全面檢查并試運轉。采取流動試壓，泵壓要求為額定泵壓80%，連續運轉30min，達到高壓管匯固定牢固、不刺、不漏，設備運轉平穩，鉆井儀表靈敏準確。發現問題要及時整改，保證開鉆后設備運轉正常。

表3 鉆頭使用及鉆井參數

表6 套管程序

（4）開鉆前根據鉆井液設計，準備充足清水，配置足夠量的鉆井液；挖好井口和一開循環池。

3.2 第一次開鉆(φ311.1mm 井眼)

①一開井眼要保證打直打好，必須旋轉開鉆，禁止不轉鉆具直接沖出井眼。鉆進中，要輕壓吊打，適當控制鉆速。②盡量用鉆井液開鉆，以防沖出大肚子井眼；防止井壁垮塌和漏失。③鉆遇漏失層段時，可根據實際漏速的大小，采取相應堵漏措施。④固井打完水泥后立即找正、固定井口，使表層套管居中坐正候凝，防止二開井口偏斜。

3.3 第二次開鉆 (φ215.9mm 井眼)

①根據具體鉆機設備底座情況，開鉆前按單井設計裝好井口。按地質錄井要求安裝相關取樣儀器。②二開鉆進鉆鋌出表套前要控制鉆壓和轉速，領好眼后再用正常參數鉆進。③優化鉆井參數，采用噴射鉆井、PDC 鉆頭等先進適用技術，以加快鉆井速度。④堅持采用防斜打直井技術，搞好井身質量監測。井隊應配備單點測斜儀，一般每鉆進80m～100m 測斜一次，發現井斜超標，立即采取措施糾斜并加密測量，以確保井身質量合格。⑤下鉆操作平穩，不得猛剎、猛放，防止頓鉆。漏失層段、煤層段下鉆速度控制在20m/min 以內。每次下鉆離井底一個單根，要先接水龍頭小排量開泵循環，防止塞入小井眼，防止頓入沉砂中塞堵鉆頭水眼。下鉆遇阻不能超過100KN，必要時開泵劃眼，如不能一次到底，要分段循環。每次開泵前要注意泵壓變化，避免蹩漏地層⑥起鉆要控制起鉆速度，遇卡不能硬提，多上下活動，上提不能超過100kN，必要時可采取倒劃眼的措施；啟車、坐吊卡等不能猛提、猛放；起鉆每6 根柱必須灌滿鉆井液一次。⑦使用鉆頭要精心判斷，起出新度不要低于25%，防止出現鉆頭事故。⑧進入設計目的層前30m，落實坐崗觀察制度，加強巖性分析判斷，專人負責觀察鉆井液池面的變化，及時發現井漏、溢流等情況，并采取正確的處理措施。

3.4 采用鉆井參數（表3）

3.5 鉆井液的使用

鉆進過程中保持鉆井液的抑制性，以抑制地層造漿；防止石盒子組的井漏及石盒子組、山西－太原組的泥巖因水化膨脹而產生的坍塌，以及由于巖性破碎而導致泥頁巖剝落掉塊；嚴格控制固相含量清除無用固相，保持鉆井液的清潔，用絮凝沉淀的方法和置換鉆井液的方法（確保井內安全的情況下）降低鉆井液中超細微粒含量，避免固相進入礦產資源層段。降低失水量，控制好鉆井液的PH 值，控制分散劑使用，減少濾液對粘土礦的水化膨脹，分散運移，盡可能減小對煤層的損害。二開鉆進采用高粘低比重鉆井液循環確保井壁穩定，進入山西組直至完井逐漸轉化為清水鉆進（鉆井液密度≤1.03g/cm3，粘度30s 以下），完鉆后進行了大排量循環鉆井液保持了井眼的清潔。確保了測井和下套管的順利進行。（表4）。

表4 鉆井液性能

3.6 采用的鉆具組合見圖2

表5 鉆具組合

4 套管固井施工

4.1 所下套管程序（表6）

4.2 采用的固井工藝

（1）固表層套管工藝。固井作業時，注入林州產G 級油井水泥3.50t、水泥漿量2.80m3、水泥漿平均密度1.85g/cm3、替漿量0.70m3，預留水泥塞10.00m，水泥漿返至地面。

（2）固生產套管工藝。生產套管注入隔離液4.00m3，注入林州G 級水泥25.00t，水泥漿平均密度1.82g/cm3，替清水8.20m3，碰壓15MPa，壓力未降，施工正常，設計水泥漿返深204.00m。

（3）固井工程施工程序。①套管下完后大排量循環洗井不少于兩周。②高壓管線清水試壓20.00MPa，確保施工中不漏。③注隔離液清水4.00m3。④注水泥25.00t，水泥漿密度平均1.80g/cm3。⑤壓膠塞并頂替，用清水8.20m3，固完井48 小時后進行了試壓，加壓15MPa，穩壓30min，壓降0MPa，試壓合格。

5 結語

（1）XJ-11 井工程采用以上鉆探工程工藝順利完工，達到了預期效果。鉆孔達到設計層位及設計井深：設計井深639.00m，層位太原組（C3t）；實際井深677.00m，層位太原組（C3t）。套管內已替成清水，無沉淀物和雜物，確保后期施工順利。裝好套管帽，距地面0.25m，達到設計要求。

（2）查明了XJ-11 井地層層序、巖性、厚度及終井層位；獲取了礦產資源層的厚度、埋深及結構特征。

（3）XJ-11 井進行地球物理測井一次。其中完鉆標準測井一次。測井項目齊全，測井曲線完整，測井解釋所確定的礦產資源層深度、厚度可靠；生產套管固井質量合格。

（4）各項原始資料收集齊全、及時、準確、完整。

該工程順利通過陽煤集團甲方驗收施工。施工中嚴格按照總體設計要求，抓住安全，精心組織，認真施工，順利完成了設計的各項任務。