1 工程概況

　　我公司在中國地質(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”;利用對全套巖心的綜合配套測試分析，獲取成鹽成鉀物質(zhì)基礎(chǔ)和來源等準(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

　?。?）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。

　?。?）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)注漿已無意義。只有穿過含水層或不能繼續(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)定在此處靜止、凝固；②涌水層為地下河類，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)無效。

　　隨后，注水泥漿3t（約3.2m3），替漿2.4m3,整個(gè)過程泥漿泵無壓力顯示。井口返水約0.20m3/h,憋壓10h打開井口，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，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)，只得起出幾柱先開泵循環(huán)。鉆進(jìn)到710m,已進(jìn)泥巖134m,分析涌水層已過，且泥巖隔水性好，于是測井、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。