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繩索取心鉆進中涌水的處理技術論文

實用文 時間:2021-08-31 手機版

  1 工程概況

繩索取心鉆進中涌水的處理技術論文

  我公司在中國地質科學院組織的“云南江城地區油鉀兼探鉆探工程”招標活動中一舉中標。該項目設計四個鉆孔,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%.主要目標任務是:通過取心鉆進,獲取“中、新生代”含鹽建造完整的地層序列,建立一個可供找鉀參照的“標桿地層柱”;利用對全套巖心的綜合配套測試分析,獲取成鹽成鉀物質基礎和來源等準確可靠的第一性地質、地球化學信息,提供海相-海陸交互相成鹽盆地成鉀的理論參數,提煉成鹽聚鉀的地質模型;通過獲取鹽下層可能的油氣基礎地質資料,為鹽下層可能的油氣勘探部署提供科學依據,做到“一孔多用,鉀油兼探”;通過鉆探所揭露地層,進一步分析驗證構造模擬及物探測試結果。

  ZK-2井位于云南省普洱市江城縣寶藏鄉西南約10公 里,該 孔 設 計 孔 深1000m,我 們 配 備 了HXY-5型鉆機,BW250型泥漿泵。為有效保護鹽層,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(帶擴孔器)+89繩 索 鉆 具”組 合,鉆 井 液 比 重 為1.10,黏度為28s,鉆進到98m時鉆井液消耗嚴重,鉆具靜止時鉆孔涌水,一小時后返出的全是清水,涌水量達1.70m3/h,井口壓力為0.20MPa.分析:鉆具旋轉的同時帶動鉆井液旋轉,離心力對井壁的側壓力較大,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,可平衡地層壓力,但無法正常鉆進:固相在內外管間堵塞,泵壓太高;鉆桿內壁結垢,內管上下通行困難。

  鉆進中由于地層水的侵擾,鉆井液時多時少,我們就用鈉土、纖維素、護壁劑等不斷調漿,補充黏度和比重更大的新漿,致使鉆井液性能不穩定,攜粉能力差,孔底有沉沙,而且孔壁很不穩定,有掉塊現象,每次打撈內管前都需要把鉆具提起20m.

  鉆進到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)強行鉆進到120m后,用P.042.5水泥封堵:從井口注水 泥漿0.5m3,加3%工業鹽,替漿0.30m3,替漿壓力3MPa,停泵后壓力瞬間恢復至零。候凝24小時后探水泥面在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,接近底部時有水槽樣孔洞。分析:井口密封不嚴、替漿量小、鉆桿和套管內余留的水泥漿多,擠進裂隙的有效水泥漿太少致下部水竄。

  (2)總結上次注漿的經驗,實施二次注漿作業:水泥 漿1m3,加3%工 業 鹽,替 漿0.45m3,憋 壓2.5MPa,停泵后壓力瞬間恢復至零。候凝24小時后探 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

  注漿后涌水都穩定在1.20m3/h不再減小,可見下部水層的活動能力很強,很難徹底封堵,繼續注漿已無意義。只有穿過含水層或不能繼續頂涌鉆進時,再下套管隔離涌水。

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

  只得把鉆井液性能調整到正常參數,鉆進中一邊排漿一邊補充新漿。鉆進到220m時,涌水增大到3.60m3/h,井 口 靜 壓0.80MPa.鉆 進 到234m時,孔底巖粉太多,加不上尺,用撈砂筒撈砂強行鉆進到241m,而且上部還掉塊,已無法繼續鉆進,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,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,待水泥漿被頂到35m時,井內液柱壓力與地層壓力平衡,穩定在此處靜止、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現平衡鉆進。

  2.3下管隔水

  為了把涌水壓住,便于調漿擴孔,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,脆性大,難以承受大扭矩,只能逐級擴大孔徑。

  首先擴到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、優質鈉土、纖維素、護壁劑等把鉆井液調到黏度70s,比重1.50.循環暢通后比重降到1.41.鉆進一天后涌水達到1.50m3/h,泥漿基本成清水。

  擴到241m后,換152牙輪擴孔。到230m時,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牙輪繼續擴孔到底后,用96鉆頭+89巖心管單管取心:鉆進1.80m,只拿出幾塊泥包礫和硬塊。經研究: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套管絲扣點焊,以防倒扣。

  套管下深238m,距孔底3m遇阻,經活動無效。

  隨后,注水泥漿3t(約3.2m3),替漿2.4m3,整個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,掃到套管底腳時換95+2金剛石鉆頭繩索鉆進。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。

3 第二層涌水

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

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

  掃孔時從10多米就開始磕磕絆絆:套管內壁掛有水泥漿,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時涌水0.5m3/h,打撈內管時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.鉆進到358m時孔底沉砂15m,無法鉆進。調配鉆井液比重達到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,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復合片鉆進到482m.鉆井液比重1.15~1.19,黏度25s,鉆進中涌水1m3/h.鉆桿接頭磨損嚴重,第一個復合片鉆進60m,外徑磨損嚴重,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,一次下多了泵壓高不能建立循環。

  從476m時取心為泥巖,進尺慢,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,鉆桿內也是上稀下稠,致使泵壓達到5MPa仍然不能建立循環,只得起出幾柱先開泵循環。鉆進到710m,已進泥巖134m,分析涌水層已過,且泥巖隔水性好,于是測井、擴孔、下管。擴孔鉆具組合:100×300mm導向+116金剛石擴孔鉆頭+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,防下部鉆進起鉆時鉆具掛套管腳),套管規格為108×4.5mm,寶鋼DZ40,節 箍:108×5.5mm,內徑由97mm擴 大 到98mm,便于95+1金剛石鉆頭和擴孔器通行。

  套管下到孔底后,管外返水,管內靜止。后在孔口憋壓5MPa,不能建立循環。下95+1繩索組合鉆具,掃除木引鞋,清除孔底沉砂,管外返水,管內返水極少,在孔口能建立循環。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注漿,鉆具起出后,管內仍少量返水,后密封管口。

  分析:替漿后應憋壓4h再打開井口,效果更好。

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


本文來源http://www.nvnqwx.com/shiyongwen/1644657.htm
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