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地?zé)徙@井

天津市地?zé)峋@井與成井工藝

  近10 多年來, 由于勘探和開發(fā)地?zé)?/a>的需要, 地?zé)峋?/a>鉆鑿技術(shù)水平有較大提高。以前, 因為沒有大型的鉆鑿設(shè)備, 機具又很簡陋, 只能沿用打淺(冷)水井的工藝技術(shù)。所以成井深度淺, 出水量和水溫較低, 而且也無法進(jìn)行深部地?zé)?/a>的勘探開發(fā)。地?zé)峋?/a>的鉆鑿急需引進(jìn)先進(jìn)的工藝技術(shù)和機具, 以達(dá)到其口徑大、井深、出水量大和出水溫度高的要求。石油鉆井技術(shù)的引進(jìn), 為我們解決了這些難題。現(xiàn)在, 我們可以鉆井深近4000 m 、開孔口徑445 mm 、終孔口徑152 ～ 216 mm 、出水量達(dá)200 m3/h 、出水溫度超過95 ℃的地?zé)?/a>井, 使得我市近些年來出現(xiàn)了開發(fā)地?zé)?/a>的熱潮。為了避免水位逐年下降, 儲量減少, 保護(hù)地?zé)豳Y源, 建立了開采-回灌的開發(fā)模式。推廣地?zé)?/a>對井技術(shù)(一采一灌), 即兩井井口相距較近(4 ～ 5m), 便于管理, 而井底相距較遠(yuǎn)(800 ～ 1000 m), 以避免兩井相互干擾。因此, 定向斜井鉆鑿技術(shù)也被引用進(jìn)來。
 
  為了適應(yīng)當(dāng)前開發(fā)地?zé)?/a>的要求, 筆者認(rèn)為還應(yīng)在以下幾個方面進(jìn)一步發(fā)展和提高地?zé)峋你@鑿技術(shù)。首先應(yīng)設(shè)計新型的鉆機、設(shè)備, 特別是適用于城市環(huán)境的鉆鑿設(shè)備, 占用場地較小, 便于運輸, 馬力較高, 而且具有較低的環(huán)境和噪聲污染。其次, 應(yīng)有較為先進(jìn)的機具, 達(dá)到高效、低耗、安全。有了新設(shè)備和先進(jìn)的機具, 還要有一套可靠的工藝技術(shù), 重點是:保護(hù)產(chǎn)層技術(shù)和成井工藝;能確保較高的鉆鑿成功率、高的出水量和出水溫度;避免或者是盡可能地降低鉆鑿施工的風(fēng)險性。
 
  1  地?zé)峋斫Y(jié)構(gòu)
 
  確定井身結(jié)構(gòu)所考慮的主要因素是:欲開采熱儲層的層位特點和所鉆遇的地層情況(據(jù)已有地質(zhì)資料進(jìn)行預(yù)測), 即地質(zhì)條件。
 
  由于第三系地層和開采熱儲層具有松散或半膠結(jié)的特點, 須下帶過濾器的井管來保護(hù)井壁, 使地?zé)崴?/a>暢通地進(jìn)入井內(nèi), 又要將非開采層有效地封隔。這類地?zé)峋c第四系或第三系砂層成淺(冷)水井的井身結(jié)構(gòu)相近, 但在成井工藝上有所不同。
 
  若在奧陶系熱儲層成井則為三開井, 如在薊縣系霧迷山組熱儲層成井為四開井。其成井工藝均為先期裸眼完井。
 
  以上2 種井身結(jié)構(gòu), 均采用了石油鉆井的鉆頭口徑和套管口徑系列。即:三牙輪鉆頭為 444.5 、311.1 、215.9 和152.4 mm 口徑系列;套管為339.7 、244.5 和177.8 mm 系列。
 
  2  地?zé)峋?a href="http://www.cityofbrews.com/t/鉆進(jìn).html" >鉆進(jìn)
 
  2 .1  熱儲層種類和特點
 
  此熱儲系統(tǒng)以館陶組為主要開采層位。下部的熱儲系統(tǒng)包括下古生界奧陶系中統(tǒng)和下統(tǒng), 以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主要富水層段。該層段中溶洞裂隙極為發(fā)育, 鉆井時易漏失。寒武系中的部分灰?guī)r層段也有富含水層。青白口系龍山組的砂巖層段也是含水層。目前作為我們主要的開采層:中元古界薊縣系霧迷山組熱儲層, 以白云巖為主, 裂隙發(fā)育,易發(fā)生井漏, 巖石較硬且脆。
 
  2 .2  鉆頭的選用
 
  三牙輪鉆頭鉆大口徑地?zé)峋哂泻芏鄡?yōu)越性,因此是我們的首選。用三牙輪鉆頭鉆進(jìn), 配以鉆鋌加壓, 鉆進(jìn)平穩(wěn), 鉆具的阻力矩小, 井眼圓滑規(guī)則, 鉆頭口徑形成系列, 種類較多可適用不同地層鉆進(jìn)。
 
  選用鉆頭時, 應(yīng)先了解所鉆地層的性質(zhì), 收集有關(guān)鉆頭使用的經(jīng)驗, 并結(jié)合具體情況, 綜合考慮。使所選擇的鉆頭機械鉆速快, 下井時間較長, 外徑不易磨損?？傊? 既要效率高, 又要使所鉆出的井眼圓滑、規(guī)則, 經(jīng)濟(jì)又合理。
 
  2 .3  鉆具組合
 
  鉆具組合合理與否會直接影響鉆進(jìn)效率和井眼質(zhì)量。因此, 鉆具組合是鉆進(jìn)工藝規(guī)程中的“硬件” ,具有舉足輕重的作用。目前, 我們優(yōu)選復(fù)合式鉆具組合, 使用不同直徑的鉆鋌, 實現(xiàn)用鉆鋌加壓, 使全套井下鉆具鉆進(jìn)穩(wěn)定, 以提高鉆進(jìn)效率和確保井眼的正確軌跡?，F(xiàn)在所選用的鉆具組合中, 常用的鉆鋌口徑有: 228.6 、203.2 、177.8 、159.0 和120.65mm 。根據(jù)所用鉆頭的類型(銑齒或是鑲齒)和口徑大小, 配以2 ～ 3 種直徑的鉆鋌及相應(yīng)的長度, 組成合理的鉆具組合, 就會獲得明顯的鉆進(jìn)效果。
 
  2 .4  鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)
 
  鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)是鉆進(jìn)工藝規(guī)程中的“軟件” 。牙輪鉆進(jìn)時不僅要根據(jù)地層情況施以足夠的鉆壓達(dá)到有效地破碎巖石, 同時還要考慮鉆壓的大小和轉(zhuǎn)速的快慢對鉆頭的牙輪軸承和牙齒的影響, 使鉆頭在井下有最長的工作壽命。所選用的鉆壓以每厘米鉆頭直徑5.25 ～ 10.42 kN , 轉(zhuǎn)速35 ～ 65 r/min 較合適。
 
  2 .5  地?zé)峋?a href="http://www.cityofbrews.com/t/鉆井液.html" >鉆井液
 
  2 .5 .1  地?zé)峋?a href="http://www.cityofbrews.com/t/鉆井液.html" >鉆井液的影響因素
 
  (1)地層壓力梯度。它是在設(shè)計鉆井液性能時考慮的重要因素。特別是在熱儲層鉆進(jìn)時, 避免產(chǎn)生井漏, 或者造成堵塞、封閉開采層的情況, 致使洗井困難, 出水量偏低。
 
  (2)地溫梯度。溫度對鉆井液性能直接造成影響。高溫會使鉆井液性能惡化, 使泥漿增稠、加速其化學(xué)反應(yīng), 使某些處理劑降解和變性。因此在設(shè)計地?zé)峋?a href="http://www.cityofbrews.com/t/鉆井.html" >鉆井液時高溫因素不可忽視。
 
  (3)地層和熱儲層性質(zhì)。在第四系和第三系地層鉆進(jìn)時, 鉆井液應(yīng)具有良好的護(hù)壁性能和攜帶巖粉的能力, 盡可能地降低地層的造漿性、增粘性, 控制鉆井液的固相含量。在鉆進(jìn)第三系熱儲層時應(yīng)考慮保護(hù)產(chǎn)層、避免影響產(chǎn)層出水量的措施。而在某些易發(fā)生井漏的熱儲層段則應(yīng)設(shè)法降低鉆井液的密度, 盡可能減少井漏的發(fā)生。
 
  (4)鉆井較深, 裸眼井段較長。這要求鉆井液的性能不會造成井壁坍塌, 不縮徑, 盡可能小的漏失并具有高的機械鉆速, 有利于提高產(chǎn)水量。
 
  (5)從鉆井液的角度來考慮所采用的井身結(jié)構(gòu)是否合理。因有鉆井或者說是套管的幾級口徑變化, 影響了鉆井液的上返速度。如果泵量不能滿足要求時, 可能會使井下巖屑較多, 排除不凈, 易發(fā)生井下事故。
 
  (6)定向斜井對鉆井液提出了新的要求。特別是在鉆井液的潤滑性, 攜帶巖屑能力, 以及減少井下鉆具粘鉆事故上多加考慮。
 
  2 .5 .2  鉆井液性能指標(biāo)
 
  (1)第四系井段:密度1.03 ～ 1.08 kg/L ;粘度20 ～ 25 s ;失水量≯15 mL ;pH 值8 ～ 10 。
 
  (2)上第三系井段:密度1.06 ～ 1.10 kg/L ;粘度20 ～ 30 s ;失水量≯10 mL ;含砂量≯5 ‰;初切力0 ～ 1.0 Pa ;終切力1.0 ～ 2.0 Pa ;pH 值9 ～ 12 。
 
  (3)基巖井段:密度1.06 ～ 1.10 kg/L ;粘度25～ 30 s ;含砂量≯5 ‰;失水量≯10 ～ 15 mL ;初切力0 ～ 1.0 Pa ;終切力1.0 ～ 2.0 Pa ;pH 值8.5 ～ 10 。
 
  3  地?zé)峋删に?/div>
 
  3 .1  套管和下套管作業(yè)
 
  地?zé)峋删x用石油套管。其優(yōu)點是:口徑形成系列, 可與鉆頭口徑配套使用;有多種壁厚和鋼級, 可根據(jù)井下具體情況選用;采用絲扣連接, 方便下套管作業(yè);有配套的下套管工具和附件, 操作簡便。套管口徑按井身結(jié)構(gòu)的要求選用。套管的壁厚和鋼級是按絲扣的最小抗拉強度、套管的抗擠強度和抗內(nèi)壓強度來綜合考慮, 根據(jù)井下泥漿密度按套管抗擠可下深度選用。常用的套管附件有:引鞋、浮箍浮鞋、旋流短節(jié)、彈性扶正器等。
 
  下套管作業(yè)時有專用工具, 如:套管吊卡, 旋繩,手動大鉗及液壓大鉗。這些工具為下套管作業(yè)提供了方便條件。下管之前要用原徑鉆頭通井, 以保證順利下管到位。同時要檢查套管體、壁厚和絲扣是否符合設(shè)計要求, 還要擦洗絲扣、用通徑規(guī)通徑, 以保證下管后下井工具(如:鉆頭)能順利通過套管。
 
  認(rèn)真丈量套管長度和根數(shù), 確定套管附件所放位置。
 
  下套管作業(yè)完成后, 應(yīng)立即進(jìn)行水泥固井。
 
  3 .2  水泥固井作業(yè)
 
  水泥固井是用水泥漿封閉套管的外環(huán)空間?？煞飧舴情_采層, 起到止水作用, 并能固定套管。常用油井水泥(75 ℃, G 級), 平均水泥漿密度≮1.85kg/L 。采用鉆桿注漿方式將水泥漿從套管外環(huán)空上返至預(yù)定高度, 管內(nèi)預(yù)留一定高度的水泥塞。注水泥漿后須經(jīng)24 ～ 48 h 待干候凝, 再下鉆掃水泥塞。如無預(yù)留水泥塞則說明替漿量不準(zhǔn), 套管下端部位無水泥漿封固。未達(dá)到止水目的, 也易造成套管脫扣事故。
 
  3 .3  洗井
 
  洗井是在完井后將井下殘留的巖屑和泥漿泥皮徹底清洗干凈, 使產(chǎn)水段疏通。一般先用清水沖孔,然后用空壓機氣舉洗井。風(fēng)管下深450 ～ 600 m , 洗井時間48 h 左右, 視洗井效果而定。達(dá)到水清砂凈即可停止。洗井時可注意觀察出水情況和水溫。如果估計達(dá)到預(yù)期指標(biāo)就可轉(zhuǎn)入抽水試驗。
 
  3 .4  抽水試驗
 
  現(xiàn)在常用潛水電泵進(jìn)行抽水試驗。下泵前應(yīng)觀測井下水位, 以決定下泵深度。在用泵抽水的開始階段也是洗井工序的延續(xù), 可以觀察是否達(dá)到水清砂凈, 以及水量、水位和水溫的變化情況。對該地?zé)峋某鏊笜?biāo)有個概略估計。待抽水穩(wěn)定后即進(jìn)入抽水試驗階段。抽水試驗是確定該地?zé)峋鏊笜?biāo)的唯一方法。一般按要求抽2 個落程(降深), 取得2 組數(shù)據(jù)。畫出抽水試驗曲線。在停止抽水后要立即觀測熱水水位(即熱水頭值)。
 
  3 .5  增產(chǎn)措施
 
  抽水試驗所取得的數(shù)據(jù)未達(dá)到預(yù)期指標(biāo)時, 應(yīng)分析原因, 采取增產(chǎn)措施。對于帶過濾器成井的地?zé)峋刹捎蒙淇准娱L取水段的方法, 對于裸眼成井的地?zé)峋捎盟峄瘔毫训拇胧? 通常都能收到較好的效果。
 
  4  地?zé)岫ㄏ蚓夹g(shù)
 
  井眼軌跡控制技術(shù)是定向井施工中的關(guān)鍵, 它是使實際鉆鑿的井眼按照設(shè)計的軌跡鉆達(dá)目標(biāo)靶區(qū)的綜合性技術(shù)。井眼軌跡控制貫穿鉆井的全過程,包括:優(yōu)化鉆具組合, 優(yōu)選鉆井參數(shù), 以及先進(jìn)的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和計算機技術(shù)等。目前所鉆的地?zé)岫ㄏ蚓嗖捎? 段制。直井段多為450 m , 最大井斜角為15°～ 20°, 井底水平位移500 m 左右(靶區(qū)半徑50 m), 鉆井深度多為2500 ～ 3000 m(斜深)。在直井段鉆進(jìn)之后, 一般在450 m 處作為造斜點進(jìn)行造斜鉆進(jìn)。選用1.5°彎接頭、無磁鉆鋌、螺桿動力鉆具進(jìn)行造斜, 單點定向, 每鉆一定深度后進(jìn)行單點測斜。在達(dá)到8°以上的井斜角后可用增斜鉆具鉆進(jìn)。
 
  此時應(yīng)用合理的鉆具組合, 嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù), 均勻送鉆, 使井眼曲率變化平緩, 軌跡圓滑, 避免出現(xiàn)“狗腿”彎, 并及時測斜, 掌握井斜和方位的變化, 以便及時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù), 使井斜和方位滿足設(shè)計要求。穩(wěn)斜井段, 較多鉆遇方位漂移嚴(yán)重的地層。此時, 應(yīng)慎重考慮該井段的鉆進(jìn)安全問題, 避免為調(diào)整方位而出現(xiàn)井下鉆具事故。降斜井段, 一般位于開采層井段。此時, 應(yīng)簡化鉆具結(jié)構(gòu), 避免在發(fā)生井漏時造成井下事故。此井段鉆進(jìn)能達(dá)到井底的位移要求即可。
 
  地?zé)岫ㄏ蚓沁m應(yīng)當(dāng)前回灌要求, 保護(hù)地?zé)豳Y源, 又便于地面管理的一種鉆井方式。目前, 隨著“開采-回灌”模式的推廣, 地?zé)岫ㄏ蚓畬⒊蔀?a href="http://www.cityofbrews.com/t/開采地?zé)?html" >開采地?zé)?/a>的主要鉆井方式。因此, 地?zé)岫ㄏ蚓?a href="http://www.cityofbrews.com/t/鉆井工藝.html" >鉆井工藝技術(shù)應(yīng)作為一項課題進(jìn)行深入的研討, 以便達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)、安全。