繩索取心鉆進(jìn)中涌水的處理技術(shù)論文

　　1 工程概況

　　我公司在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院組織的“云南江城地區(qū)油鉀兼探鉆探工程”招標(biāo)活動(dòng)中一舉中標(biāo)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)四個(gè)鉆孔，編號(hào)分別為ZK-1、ZK-2、ZK-3和ZK-4,井型為垂直井，全孔取心，要求巖礦心直徑不小于60mm,最小井徑96mm;采取率要求為含鹽 段95%以上，非 含 鹽 段80% ~90%.主要目標(biāo)任務(wù)是：通過(guò)取心鉆進(jìn)，獲取“中、新生代”含鹽建造完整的地層序列，建立一個(gè)可供找鉀參照的“標(biāo)桿地層柱”;利用對(duì)全套巖心的綜合配套測(cè)試分析，獲取成鹽成鉀物質(zhì)基礎(chǔ)和來(lái)源等準(zhǔn)確可靠的第一性地質(zhì)、地球化學(xué)信息，提供海相-海陸交互相成鹽盆地成鉀的理論參數(shù)，提煉成鹽聚鉀的地質(zhì)模型；通過(guò)獲取鹽下層可能的油氣基礎(chǔ)地質(zhì)資料，為鹽下層可能的油氣勘探部署提供科學(xué)依據(jù)，做到“一孔多用，鉀油兼探”;通過(guò)鉆探所揭露地層，進(jìn)一步分析驗(yàn)證構(gòu)造模擬及物探測(cè)試結(jié)果。

　　ZK-2井位于云南省普洱市江城縣寶藏鄉(xiāng)西南約10公 里，該 孔 設(shè) 計(jì) 孔 深1000m,我 們 配 備 了HXY-5型鉆機(jī)，BW250型泥漿泵。為有效保護(hù)鹽層，選用飽和氯化鎂鉆井液體系；168表層套管下到了33m.

　　2 第一層涌水

　　使用“95+1金剛石取心鉆頭+89巖心管（帶擴(kuò)孔器）+89繩 索 鉆 具”組 合，鉆 井 液 比 重 為1.10,黏度為28s,鉆進(jìn)到98m時(shí)鉆井液消耗嚴(yán)重，鉆具靜止時(shí)鉆孔涌水，一小時(shí)后返出的全是清水，涌水量達(dá)1.70m3/h,井口壓力為0.20MPa.分析：鉆具旋轉(zhuǎn)的.同時(shí)帶動(dòng)鉆井液旋轉(zhuǎn)，離心力對(duì)井壁的側(cè)壓力較大，致鉆井液壓力大于地層壓力，造成鉆井液漏失。加大鉆井液比重到1.50時(shí)，可平衡地層壓力，但無(wú)法正常鉆進(jìn)：固相在內(nèi)外管間堵塞，泵壓太高；鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢，內(nèi)管上下通行困難。

　　鉆進(jìn)中由于地層水的侵?jǐn)_，鉆井液時(shí)多時(shí)少，我們就用鈉土、纖維素、護(hù)壁劑等不斷調(diào)漿，補(bǔ)充黏度和比重更大的新漿，致使鉆井液性能不穩(wěn)定，攜粉能力差，孔底有沉沙，而且孔壁很不穩(wěn)定，有掉塊現(xiàn)象，每次打撈內(nèi)管前都需要把鉆具提起20m.

　　鉆進(jìn)到110m后涌水量不再增大，由 此 判 定98~110m段有裂隙。

　　2.1水泥封固

　�。�1）強(qiáng)行鉆進(jìn)到120m后，用P.042.5水泥封堵：從井口注水 泥漿0.5m3,加3%工業(yè)鹽，替漿0.30m3,替漿壓力3MPa,停泵后壓力瞬間恢復(fù)至零。候凝24小時(shí)后探水泥面在35m,掃到孔底后，涌水1.20m3/h,略有減小。取出的水泥石上部完整、致密，接近底部時(shí)有水槽樣孔洞。分析：井口密封不嚴(yán)、替漿量小、鉆桿和套管內(nèi)余留的水泥漿多，擠進(jìn)裂隙的有效水泥漿太少致下部水竄。

　�。�2）總結(jié)上次注漿的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施二次注漿作業(yè)：水泥 漿1m3,加3%工 業(yè) 鹽，替 漿0.45m3,憋 壓2.5MPa,停泵后壓力瞬間恢復(fù)至零。候凝24小時(shí)后探 水泥面在35m,掃 到孔底 后，涌 水 量 仍 然 是1.20m3/h.分析：泥漿泵能力小，排量小，注漿和替漿時(shí)混漿多。

　�。�3）第三次注漿：先注隔離油塞子（25kg水泥加50kg柴油），作為前置液，再注水泥漿1m3,比重由小到大，最后替水0.60m3,壓力忽高忽低，管內(nèi)余留20m水泥漿。候凝后，水泥面還在35m.掃到孔底后，涌水不減。

　　2.2頂涌鉆進(jìn)

　　注漿后涌水都穩(wěn)定在1.20m3/h不再減小，可見(jiàn)下部水層的活動(dòng)能力很強(qiáng)，很難徹底封堵，繼續(xù)注漿已無(wú)意義。只有穿過(guò)含水層或不能繼續(xù)頂涌鉆進(jìn)時(shí)，再下套管隔離涌水。

　　由于 含 水 層 太 淺，我 們 把 鉆 井 液 比 重 調(diào) 至1.50,黏度160s,才能把涌水壓制住，但這么高的參數(shù)根本無(wú)法繩索取心鉆進(jìn)。

　　只得把鉆井液性能調(diào)整到正常參數(shù)，鉆進(jìn)中一邊排漿一邊補(bǔ)充新漿。鉆進(jìn)到220m時(shí)，涌水增大到3.60m3/h,井 口 靜 壓0.80MPa.鉆 進(jìn) 到234m時(shí)，孔底巖粉太多，加不上尺，用撈砂筒撈砂強(qiáng)行鉆進(jìn)到241m,而且上部還掉塊，已無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，決定下管。

　　分析：①以上多次封堵，雖然在水泥漿量、替漿量、注漿工藝等方面都做了不同的嘗試，但套管內(nèi)水泥面每次都定格在35m左右，說(shuō)明鉆孔上部（包括地層）密封不嚴(yán)，有漏/涌層，雖能憋壓但保持不住，停泵后地層涌水把水泥漿往回頂，待水泥漿被頂?shù)?5m時(shí)，井內(nèi)液柱壓力與地層壓力平衡，穩(wěn)定在此處?kù)o止、凝固；②涌水層為地下河類(lèi)，水流活躍，水泥漿不能在裂隙內(nèi)凝固；③地層多處“漏氣”,接近地表有涌水層，致使泥漿雖已加重但液柱壓力很小，不能很好地將涌水壓制。涌水層越接近地面越難實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)。

　　2.3下管隔水

　　為了把涌水壓住，便于調(diào)漿擴(kuò)孔，再次從井口注水泥漿0.50m3,替漿1m3,候凝后探孔水泥柱面仍在35m.

　　由于繩索鉆具壁薄而且剛性強(qiáng)，脆性大，難以承受大扭矩，只能逐級(jí)擴(kuò)大孔徑。

　　首先擴(kuò)到133mm,鉆具組合：133PDC全面鉆頭+89石油鉆桿×38m+89繩索鉆桿+59立軸，分別在距鉆頭9m和18m的89石油鉆桿接頭上焊肋骨條作扶正器。

　　用重晶石粉、優(yōu)質(zhì)鈉土、纖維素、護(hù)壁劑等把鉆井液調(diào)到黏度70s,比重1.50.循環(huán)暢通后比重降到1.41.鉆進(jìn)一天后涌水達(dá)到1.50m3/h,泥漿基本成清水。

　　擴(kuò)到241m后，換152牙輪擴(kuò)孔。到230m時(shí)，巖粉多加不上尺，換用114管撈砂到235m,撈不下去：底部有大塊。換152牙輪繼續(xù)擴(kuò)孔到底后，用96鉆頭+89巖心管單管取心：鉆進(jìn)1.80m,只拿出幾塊泥包礫和硬塊。經(jīng)研究：泥包礫屬泥巖，是隔水層，可以下管。再次撈巖粉清孔后用20m長(zhǎng)的133管試下順利。

　　第一根套管上焊6mm×250mm鋼筋4根呈螺旋狀以把套管扶正居中，然后每隔30m焊一組；套管平底不做馬蹄；套管絲扣纏生料帶密封；底部50m套管絲扣點(diǎn)焊，以防倒扣。

　　套管下深238m,距孔底3m遇阻，經(jīng)活動(dòng)無(wú)效。

　　隨后，注水泥漿3t（約3.2m3），替漿2.4m3,整個(gè)過(guò)程泥漿泵無(wú)壓力顯示。井口返水約0.20m3/h,憋壓10h打開(kāi)井口，微冒水，管外微量返水。

　　分析：水泥漿跑到了218m處的裂隙中和套管外上部的孔隙。

　　用PDC鉆頭掃水泥，掃到套管底腳時(shí)換95+2金剛石鉆頭繩索鉆進(jìn)。出套管后仍然涌水但涌水量很小0.4m3/h,不影響繩索取心正常鉆進(jìn)。

　　3 第二層涌水

　　下管后鉆進(jìn)中又遇到了涌水：252m時(shí)，涌水達(dá)到1.6m3/h,鉆進(jìn)中邊排水邊造漿；285m時(shí)，涌水達(dá)到3m3/h,地層為完整泥巖，沉砂1m.

　　分析：①套管外水泥環(huán)被震松，上下地層裂隙竄通；②下部地層又涌水。289m時(shí)，從井口直接順套管注漿2.5噸，壓力2~4MPa,替漿2.2m3,最高壓力達(dá)到7MPa,后不斷補(bǔ)水憋壓一小時(shí)。然后，從井口往管外注水泥漿0.4m3,壓力達(dá)到3MPa.管外涌水徹底封堵住。

　　掃孔時(shí)從10多米就開(kāi)始磕磕絆絆：套管內(nèi)壁掛有水泥漿，230~310m段全是水泥柱，310m以下放空：①310m處有掉塊等架橋；②下部無(wú)涌水裂隙，泥漿托住水泥漿；③下部涌水壓力大，托住水泥漿不能下行。

　　后繩索取心正常鉆進(jìn)時(shí)涌水0.5m3/h,打撈內(nèi)管時(shí)1~1.5m3/h,井口靜壓力0.7MPa.

　　在336m處取出的巖心特別破碎，每回次只能鉆進(jìn)0.5~1.5m就堵心，采取率只有20%,巖性為米粒狀白色砂粒。起鉆后井口涌水3m3/h,1MPa.鉆進(jìn)到358m時(shí)孔底沉砂15m,無(wú)法鉆進(jìn)。調(diào)配鉆井液比重達(dá)到1.17,壓住涌水，用96刮刀清理孔底沉砂。

　　綜合分析：涌水裂隙主要集中在310~330m段，涌水造成坍塌、砂卡，已無(wú)法正常鉆進(jìn)，決定注漿封堵：管柱組合：50鉆桿×100m+89繩索鉆桿×238m=338m.先用 比 重 為1.19的 泥 漿 壓 住 涌 水，下 鉆 到338m注水泥漿1.2m3,替漿0.7m3.后往井內(nèi)注泥漿0.12m3才滿(mǎn)，密封井口后頂替0.2m3泥漿，泵壓2MPa,停泵壓力就歸0.用113mmPDC全面鉆頭掃水泥柱。用96復(fù)合片鉆進(jìn)到482m.鉆井液比重1.15~1.19,黏度25s,鉆進(jìn)中涌水1m3/h.鉆桿接頭磨損嚴(yán)重，第一個(gè)復(fù)合片鉆進(jìn)60m,外徑磨損嚴(yán)重，新鉆頭掃孔50多米。每次換鉆頭都要掃孔幾十米，而且，下鉆過(guò)程必須分段循環(huán)，一次下多了泵壓高不能建立循環(huán)。

　　從476m時(shí)取心為泥巖，進(jìn)尺慢，1m/2h,泥漿比重1.18,黏度32s.BW250泵排量小，鉆頭常泥包。鉆到582m時(shí)起鉆，換鉆頭。新鉆頭在部分孔段下不去，到500m開(kāi)泵困難。下鉆時(shí)井口所返已全是清水，但鉆孔涌水層以下一定深度泥漿稠，鉆桿內(nèi)也是上稀下稠，致使泵壓達(dá)到5MPa仍然不能建立循環(huán)，只得起出幾柱先開(kāi)泵循環(huán)。鉆進(jìn)到710m,已進(jìn)泥巖134m,分析涌水層已過(guò)，且泥巖隔水性好，于是測(cè)井、擴(kuò)孔、下管。擴(kuò)孔鉆具組合：100×300mm導(dǎo)向+116金剛石擴(kuò)孔鉆頭+89繩索鉆桿×9m+115扶正器+89繩索鉆桿×9m+115扶正器+89繩索鉆桿。擴(kuò)到710m,接22m108套管試下順利，正式下管。

　　管串：木引鞋+套管（小馬蹄，防下部鉆進(jìn)起鉆時(shí)鉆具掛套管腳），套管規(guī)格為108×4.5mm,寶鋼DZ40,節(jié) 箍：108×5.5mm,內(nèi)徑由97mm擴(kuò) 大 到98mm,便于95+1金剛石鉆頭和擴(kuò)孔器通行。

　　套管下到孔底后，管外返水，管內(nèi)靜止。后在孔口憋壓5MPa,不能建立循環(huán)。下95+1繩索組合鉆具，掃除木引鞋，清除孔底沉砂，管外返水，管內(nèi)返水極少，在孔口能建立循環(huán)。下鉆：50鉆桿×45m+89繩索鉆桿，到630m,密封井口，注水泥漿1m3,替漿3.1m3,水泥隨涌水返出井口。隨即起鉆，起鉆過(guò)程不斷往套管內(nèi)注漿，鉆具起出后，管內(nèi)仍少量返水，后密封管口。

　　分析：替漿后應(yīng)憋壓4h再打開(kāi)井口，效果更好。

　　處理井口：把168井口管和108技術(shù)套管之間的返水引流出去（不進(jìn)泥漿池），鉆井液在泥漿池、沉淀池、循環(huán)槽和108套管組合成的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，與涌水隔離，不被破壞。

　　4 施工效果

　　憋壓72小時(shí)后再次打開(kāi)井口，管內(nèi)涌水很少，掃除固井水泥柱后，涌水量沒(méi)有增大。下部鉆進(jìn)中全孔替換成飽和氯化鎂鉆井液體系，涌水沒(méi)有對(duì)鉆井液造成破壞，繩索取心可以正常鉆進(jìn)。平均日進(jìn)尺20m,半月后鉆進(jìn)到1000m,順利終孔。

　　測(cè)井時(shí)發(fā)現(xiàn)套管外的水泥很少，零零散散。說(shuō)明涌水返回井內(nèi)時(shí)把水泥漿沖散。

　　5 幾點(diǎn)體會(huì)

　　5.1鉆孔涌水有兩種情況

　　一是溶洞承壓水，鉆開(kāi)的是“湖水”,只順著鉆孔往上涌，在地下沒(méi)有徑向流動(dòng)。

　　二是流動(dòng)承壓水，鉆開(kāi)的是地下河，不但順鉆孔上涌而且沿裂隙徑向流動(dòng)。這種情況往往很難徹底封堵，即使用大比重泥漿壓住涌水，不開(kāi)泵循環(huán)，地下河水的徑向流動(dòng)也能把大比重泥漿置換、稀釋?zhuān)�井口很快又�?huì)上返清水。

　　5.2處理方法

　　溶洞承壓水：①首先要調(diào)整泥漿性能，用加重泥漿壓住涌水，甚至形成過(guò)平衡狀態(tài)把地層壓漏，在泥漿中加入堵漏類(lèi)材料，循環(huán)幾個(gè)小時(shí)即可堵住；②密封井口直接灌注水泥漿，按水泥5%的量加鹽，盡可能多地往裂隙中灌注；③先用加重泥漿壓住涌水后，把鉆具下到涌水層上，注入前置液，然后灌注水泥漿，也能把涌水封堵。這種情況相對(duì)比較容易封堵。

　　流動(dòng)承壓水：水泥漿封堵后，即使井口不返水，靠近底部的水泥柱也會(huì)被流水沖蝕成孔洞。鉆開(kāi)水泥柱后，涌水量減小，但鉆進(jìn)過(guò)程中，涌水通道很快又被打開(kāi)，涌水恢復(fù)。析：地下河水把進(jìn)入裂隙的水泥漿稀釋、沖走，使其不能深入裂隙膠結(jié)、封堵，只能在裂隙口即孔壁把裂隙堵塞。這種情況，用套管隔離、導(dǎo)水、封堵最有效。

　　5.3實(shí)際操作

　　5.3.1注漿根據(jù)情況可選擇使用高標(biāo)號(hào)水泥、添加劑等，無(wú)論使用什么材料，都要在現(xiàn)場(chǎng)做配伍試驗(yàn)，特別是下鉆具注漿，嚴(yán)防把鉆具固結(jié)；注漿方式可選擇從井口、下鉆具密封井口、用加重泥漿壓制涌水后從裂隙上部注漿等方法。水泥漿把涌水永久性封堵的可能性很小，但注漿后往往能減小涌水，可強(qiáng)行鉆進(jìn)一段。

　　5.3.2下管下管往往也不能把涌水堵住，而是隔離、引流，使其不與鉆井液混合。

　　下管深度：云南地層很復(fù)雜，分層不明顯，涌水層連續(xù)不斷，往往下管鉆進(jìn)不久又涌，很難不斷地下管隔離。這就需要采取頂涌、造漿、水泥封堵等措施強(qiáng)行盡可能多地鉆進(jìn)；管腳超過(guò)涌水層越深越好，至少100m以上，理論上涌水從管外上返的阻力要小于繞到管底再?gòu)墓軆?nèi)上返的阻力，但實(shí)際上管內(nèi)往往還會(huì)有少量返水。例如：ZK-2井最下部的涌水層在430m,孔徑為116,108套管下到710m,管內(nèi)還是有少量涌水。管徑：套管和孔壁環(huán)狀間隙越大越好，確保導(dǎo)水通道暢通、導(dǎo)水阻力最小。

　　5.3.3固井遇到流動(dòng)的涌水，即使下管也不能保證把涌水封住。下管后一定要固井，水泥漿返到管外超過(guò)涌水層后即被稀釋并帶出地面，即使進(jìn)入裂隙也被流水沖走，致使套管底腳也很難徹底密封。遇到這種情況千萬(wàn)不可從井口往管外壓注水泥，以免把導(dǎo)水通道堵 塞，迫 使 涌 水 返 入 管 內(nèi)。例 如：我 們 施 工ZK-1井時(shí)，涌水層在590~624m和656~657.50m兩處，井徑122mm,井深732m,114mm套管下深680m.由 于114mm套 管 加 裝 了 橡 膠 傘 與168mm井口管密封、配合，套管底腳沒(méi)有封固，致使涌水從管內(nèi)返出，后采用多種方法多次封堵均無(wú)效，最終無(wú)奈棄孔。下管后封孔時(shí)，下鉆具密封井口或直接密封井口注漿。注漿后憋壓至水泥初凝后再打開(kāi)井口。以防涌水回流把水泥稀釋沖散。

　　5.4其他

　�。�1）加重鉆井液不適宜于繩索取心鉆進(jìn)。繩索取心工藝鉆孔與鉆具的間隙只有2~3mm,內(nèi)外管間隙只有1.5~2mm,卡簧座與鉆頭的內(nèi)臺(tái)階間隙只有3~5mm;要求使用無(wú)固相或低固相鉆井液。鉆井液加重后，固相含量增多，鉆具內(nèi)壁結(jié)垢影響過(guò)水，泵壓升高，甚至不能建立循環(huán)；鉆具內(nèi)壁結(jié)垢后內(nèi)管不能順利提拉、下放；上下鉆具和打撈內(nèi)管時(shí)，鉆具相對(duì)于井筒、內(nèi)管相對(duì)于鉆具如同活塞形成抽吸，裂隙水很快涌出稀釋鉆井液，破壞泥漿性能，導(dǎo)致孔壁坍塌、孔底沉沙增多等情況。

　　（2）涌水對(duì)井內(nèi)鉆井液的影響。并非只有涌水層以上的泥漿被稀釋?zhuān)豪碚撋贤１煤螅�涌水層以下的泥漿不會(huì)被稀釋?zhuān)瑢?shí)際上涌水層以下相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離泥漿還會(huì)被稀釋。

　　（3）平衡鉆進(jìn)。涌水距離地表越近越難處理，因?yàn)榧词辜又啬酀{，由于液柱短，有效壓力低，很難實(shí)現(xiàn)平衡鉆進(jìn)。

　　（4）加強(qiáng)對(duì)施工細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)和操控。在水泥的型號(hào)、添加劑的種類(lèi)、灌注方式和候凝時(shí)間等方面都要合理安排，而且每次注漿都要在現(xiàn)場(chǎng)用實(shí)際材料做配伍試驗(yàn)。

　　總之，鉆孔涌水情況很復(fù)雜，實(shí)際施工中要結(jié)合具體情況，采取相應(yīng)的施工工藝，精心組織，認(rèn)真執(zhí)行，把鉆探這個(gè) “粗活”做細(xì)，就能取得良好效果。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 吳棣華.關(guān)于深孔巖心鉆探若干情況和看法[J].地質(zhì)與勘探，1980（2）:6-11.

　　[2] 孫丙倫，陳師遜，陶士先.復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2008（5）：31-34.

　　[3] 王扶志，張志強(qiáng)，宋小軍.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)，長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008.

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