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文章來源：地大熱能 發(fā)布作者： 發(fā)表時(shí)間：2021-10-27 16:26:57瀏覽次數(shù)：1362

天津地區(qū)地?zé)豳Y源豐富,為有效地保護(hù)資源,實(shí)施地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,天津市人民政府 管理部門要求在開發(fā)利用過程中,開鑿兩口地?zé)峋?/a>,一口作為生產(chǎn)井,另一口為回灌井。受城市用地面積 的制約,多以定向“雙井”成井。本文重點(diǎn)對(duì)定向井施工工藝進(jìn)行分析研究,提出相應(yīng)技術(shù)措施,以保證 優(yōu)質(zhì)成井。 關(guān)鍵詞回灌開發(fā),定向?qū)?成井工藝,技術(shù)對(duì)策,高效優(yōu)質(zhì) 1前言 能源的可持續(xù)開發(fā)利用是人類在新世紀(jì)里面臨的最大問題之一。地?zé)豳Y源是一種新興的 環(huán)保型能源,如何在利用的同時(shí)最大限度地保護(hù)地?zé)?/a>資源,使其更好的持續(xù)利用是需要解決 的問題。 天津市地?zé)?/a>資源豐富,鉆井工程是地?zé)衢_發(fā)的第一重要手段。在開發(fā)利用時(shí),天津市政 府從科學(xué)合理開發(fā)利用地?zé)豳Y源的高度要求“回灌開發(fā)”的利用模式,可有效地保護(hù)地?zé)?/a>資 源。

回灌開發(fā)地?zé)豳Y源是在同一施工地點(diǎn)開鑿兩口或兩口以上地?zé)峋?/a>,一口作為開采井,另 一口作為回灌井,高溫地?zé)?/a>水經(jīng)由換熱器進(jìn)行熱交換,熱能被合理利用而作為地?zé)崮?/a>的載 體—降溫后的地?zé)嵛菜?/a>,則被回灌人地下。為防止開采與回灌井地?zé)崃黧w短時(shí)間內(nèi)相互干擾,要求井底距離應(yīng)在800m左右。受城市用地面積的限制,多以定向“對(duì)井”的方式成 井。這就需要有定向井施工技術(shù)的支持。 天津地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,給基巖定向地?zé)?/a>“對(duì)井”的施工帶來很大難度,對(duì)基巖定向井 施工工藝進(jìn)行分析研究,保證施工的優(yōu)質(zhì)、高效和安全很有必要。作者就2004年組織設(shè)計(jì) 施工的天津市東麗區(qū)華明鎮(zhèn)SR19D、SR20D地?zé)岫ㄏ蚓┕すに囘M(jìn)行分析研究。 2地層及巖性 該“對(duì)井”通過鉆井、巖屑錄井及測(cè)井解釋,先后鉆遇了第四系平原組,上第三系明化 鎮(zhèn)組、館陶組,古生界寒武系,上元古界青白口系景兒峪組、龍山組,中元古界薊縣系霧迷 山組(目的層)(見表1)。 表1地層及巖性 地層劃分!深度/m}巖性 第四系平原組 第三系明化鎮(zhèn)組 第三系館陶組 寒武系 青白口系景兒峪組 青白口系龍山組 薊縣系霧迷山組 398 1120 1255 1610 1840 1910 2538(未穿) 貓土、砂層、砂質(zhì)貓土 砂巖、泥巖 泥巖、砂巖 泥質(zhì)灰?guī)r、泥頁巖、泥巖、灰?guī)r 泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r 泥巖、石英砂巖 白云巖 3定向井工藝 3.1定向工具的選擇該“對(duì)井”定向井段為中31lmm井眼,選用73/4即納維鉆具、2.50 · 254·或2o彎接頭、高壓循環(huán)頭、8’’無磁鉆挺等定向工具,測(cè)量?jī)x器定向井段采用有線隨鉆測(cè)斜 儀,增斜和穩(wěn)斜井段采用自浮式電子測(cè)斜儀。 3.2定向井設(shè)計(jì) (l)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)鉆井所在區(qū)域地質(zhì)情況和地?zé)徙@井技術(shù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)為四開井, 井身結(jié)構(gòu)及套管程序?yàn)?一開鉆頭直徑為勢(shì)444.5mm,套管直徑勢(shì)339.7mm,下深400m;二 開鉆頭直徑為勢(shì)3llmm,套管直徑價(jià)244.smm,進(jìn)人基巖Zm左右封閉松散軟地層;三開鉆 頭直徑為協(xié)215.gmm,套管直徑價(jià)177.smm,進(jìn)人取水目的層霧迷山組白云巖Zm左右下管; 所有套管必須符合美國石油協(xié)會(huì)指定的API標(biāo)準(zhǔn)。四開鉆頭直徑為協(xié)152.4mm,裸眼成井。 井身結(jié)構(gòu)見表2。 表2井身結(jié)構(gòu) 井身結(jié)構(gòu) 一開 二開 三開 四開 深度/m 402 1260 1916 2538 井徑/mm 444.5 311 215.9 152.4 套管直徑/mm 339.7 244.5 177.8 152.4 備注 水泥固至地表 穿鞋戴帽固井 穿鞋戴帽固井 裸眼完井 (2)井身剖面的設(shè)計(jì)。根據(jù)施工井地層特點(diǎn)和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為四段制井身剖面,即直井 段、增斜井段、穩(wěn)斜井段、自然降斜井段。 (3)造斜點(diǎn)的確定。造斜點(diǎn)的選擇是定向井能否成功的關(guān)鍵因素之一。一方面定向施工 要求造斜點(diǎn)巖石的硬度應(yīng)能起到對(duì)造斜鉆具的支撐作用,另一方面又要把造斜點(diǎn)選擇在盡可 能淺的地層中,以利于用盡量小的井斜達(dá)到理想的成井水平位移,如何選好造斜點(diǎn)就很關(guān) 鍵。SR19D、SRZOD的設(shè)計(jì)造斜點(diǎn)在500一soom范圍內(nèi),當(dāng)鉆進(jìn)到soom時(shí)從上返的巖屑 判斷地層結(jié)構(gòu)松散,如造斜容易給下一步施工帶來難度,頻繁的起下鉆容易使井壁拉出“鍵 槽”,造成事故隱患,在該“對(duì)井”施工中繼續(xù)往深部鉆進(jìn),并密切關(guān)注地層情況,最終將 SR19D造斜點(diǎn)定在820m(SR20D造斜點(diǎn)定在765m)的第三系膠結(jié)較好的泥巖中,隨后適 當(dāng)加大井斜角施工,較好地預(yù)防了“鍵槽卡鉆”,同時(shí)使終孔達(dá)到了理想的水平位移和閉合 方位。 (4)設(shè)計(jì)方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。根據(jù)鉆井深度和地質(zhì)構(gòu)造情況,以 及地層情況設(shè)計(jì)SR19D井方位角為1350,水平位移為4oom,SRZoD井方位角為3150,水 平位移為400m,井眼曲率為12。/10Om以內(nèi),最大井斜角210。 3.3定向井施工工藝措施和注意事項(xiàng) (1)直井段采用塔式鉆具結(jié)構(gòu),嚴(yán)格按規(guī)定參數(shù)鉆進(jìn),井斜角控制在1度以內(nèi)。 (2)定向造斜井段選在第三系軟地層,采用有線隨鉆定向速度較快,但造斜率一般應(yīng)控 制在15。/IOom以內(nèi),采用2.50彎接頭一般50~70m可達(dá)到8o井斜,完成定向工作。在定向 造斜時(shí),還考慮了轉(zhuǎn)盤增斜階段使用的牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)方位多向順時(shí)針方向漂移,即右手漂 移規(guī)律,因此該井在定向造斜過程中比設(shè)計(jì)方位提前6“一10。

目的是利用右手漂移規(guī)律在 鉆達(dá)目的層時(shí)中靶精度更高。 (3)轉(zhuǎn)盤鉆增斜井段,每鉆進(jìn)30m要測(cè)斜一次,根據(jù)軌跡測(cè)量情況調(diào)節(jié)鉆壓和轉(zhuǎn)速, 以控制增斜速度和方位,井眼軌跡要圓滑,鉆至最大井斜角21“可以進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)。 (4)斜井段700一13oom為中3llmm大井眼,鉆井過程中井巖屑較多,要求泥漿泵排量 要大,并根據(jù)井內(nèi)情況和巖屑返出情況,每鉆進(jìn)100~200m進(jìn)行一次短提下鉆,以清理下 255井壁的“巖屑床”,起鉆時(shí)要觀察井口,防止出現(xiàn)“抽吸”,必要時(shí)接方鉆桿循環(huán)。 (5)穩(wěn)斜井段,按照設(shè)計(jì)要求采用三只扶正器穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu),就可滿足第三系地層 巾3nmm井段穩(wěn)斜要求,每鉆進(jìn)50m要測(cè)斜一次,根據(jù)軌跡測(cè)量情況調(diào)節(jié)鉆壓和轉(zhuǎn)速,控 制增斜速度和方位,可以達(dá)到按所需軌跡施工的目的。而基巖地層價(jià)2巧.gmm井段穩(wěn)斜時(shí), 情況相對(duì)較復(fù)雜,由于地層巖石塑性小、剛性較大,因此鉆井過程中受巖層傾角和走向影 響,非常容易出現(xiàn)降斜和跑方位情況,在設(shè)計(jì)和施工過程中采用四只扶正器的穩(wěn)斜鉆具結(jié)構(gòu) 有利于方位穩(wěn)定,并要根據(jù)測(cè)量井斜和方位情況及時(shí)調(diào)整鉆具結(jié)構(gòu),如采用微增結(jié)構(gòu)或增斜 結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)斜,SR19D井遇到穩(wěn)斜穩(wěn)不住情況,利用增斜鉆具穩(wěn)斜較理想。 (6)若方位和井斜確實(shí)難以控制時(shí),建議采取不下動(dòng)力鉆具扭方位和增斜的措施, 丸15.gmm井段成井時(shí)要下人價(jià)177.smm套管,易造成井內(nèi)事故,甚至井內(nèi)環(huán)空間隙較小, 若扭方位造成井眼“狗腿度”較大,則會(huì)導(dǎo)致套管下人度增大,造成地?zé)徙@井失敗。成巖較 高、巖性較硬定向井軌跡受地層影響較大,在施工中可以根據(jù)“對(duì)井”施工的第一口井的情 況,分析地層的造斜規(guī)律指導(dǎo)第二口井施工,如第一口井降斜嚴(yán)重,第二口井則可能不降甚 至增斜(因“對(duì)井”方位相反或基本相反),方位也有一定規(guī)律,若第一口井位移過小,第 二口井可更改設(shè)計(jì)加大位移,最終使兩口井實(shí)現(xiàn)理想的井底距離,滿足地?zé)帷皩?duì)井”實(shí)現(xiàn)采 水和回灌的需要。 (7)四開價(jià)152.4mm井段為工作的目的層中元古界薊縣系霧迷山組主要巖性是白云巖, 裂隙發(fā)育、漏失嚴(yán)重,采用自然降斜鉆具結(jié)構(gòu)。 4泥漿調(diào)配 泥漿調(diào)配是定向施工的又一難點(diǎn),定向井對(duì)鉆井液的要求很高,要求泥漿能夠起到非常 好的潤(rùn)滑鉆具、冷卻鉆頭、維護(hù)井壁的作用,這樣才能減小井下危險(xiǎn),保證施工安全順利地 進(jìn)行。

 (l)一開井段地層:第三系。 巖性:豁土、砂層、砂紙鉆土、泥漿用拌土漿。 

(2)二開井段鉆遇地層:第三系。 巖性:砂巖、泥巖、砂泥巖。 井眼尺寸:價(jià)3nmm;鉆井液類型:聚合物防塌鉆井液。 本井段難點(diǎn):井壁穩(wěn)定、大井眼攜砂、潤(rùn)滑防卡。 1鉆井液性能密度1.05一1.089/cm“、豁度35一385、API失水成smL、塑性乳度 7~10mPa·s、動(dòng)切力3~6Pa、105切力0.5一1.oPa、10min切力1.0~3.OPa、pH值 8.5~9。 o二開鉆水泥塞時(shí),加人適量的純堿,避免水泥對(duì)鉆井液的污染。定向鉆進(jìn)前,加人 極壓潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑防塌劑、胺鹽等鉆井液材料,保證鉆井液性能穩(wěn)定。 ?上部地層機(jī)械鉆速較快,及時(shí)排放沉砂,鉆進(jìn)過程中保證固控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,降低 劣質(zhì)固相對(duì)鉆井液的污染。由于第三系明化鎮(zhèn)組地層本身具有造漿性能,因此增加大分子抑 制劑的含量,保持鉆井液具有低戮高切的特性,從而保證井眼清潔。 ?根據(jù)機(jī)械鉆速、進(jìn)尺和鉆井液性能的變化及時(shí)補(bǔ)充各種鉆井液處理劑,保證鉆井液 具有較好的流變參數(shù)和穩(wěn)定性。 ?根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)的實(shí)際情況及時(shí)采取短起下鉆及其他工程措施。起下鉆過程中控制速度, · 256·避免引起井下復(fù)雜。 ?完鉆前50m調(diào)整好鉆井液各項(xiàng)性能,保證電測(cè)和下套管施工的順利進(jìn)行。

 (3)三開井段鉆遇地層:古生界寒武系地層。巖性:泥質(zhì)灰?guī)r、泥葉巖、泥巖、灰 巖。井眼尺寸:價(jià)215.gmm。鉆井液類型:抑制性防塌鉆井液。本井段難點(diǎn):泥巖防縮徑、 井眼凈化、潤(rùn)滑防卡、防漏。 1鉆井液性能:密度1.10一1.159/e時(shí)、豁度35一485、”I失水鎮(zhèn)12n1L、塑性勃度卜 15mPa·S、動(dòng)切力5一SPa、105切力1.0~2.oPa、10而n切力2.0一4.oPa、pH值8.5~9。 o鉆水泥塞時(shí),加入適量的純堿,避免水泥對(duì)鉆井液的污染。鉆進(jìn)過程中,補(bǔ)充極壓 潤(rùn)滑劑、防塌護(hù)壁劑、高溫降濾失劑等鉆井液材料,保證鉆并液性能穩(wěn)定。

本井段泥巖地層易縮徑,造成井壁不穩(wěn)定,加強(qiáng)鉆井液的抗溫性和性能穩(wěn)定性,必 要時(shí)可提高鉆井液密度平衡地層壓力。失水應(yīng)小于smL,茹度45~505,加入防塌護(hù)壁劑和 高溫降濾失劑。并根據(jù)情況進(jìn)行短起下鉆,及時(shí)修復(fù)井眼,同時(shí)加強(qiáng)鉆井液的造壁性能,減 少地層的吸水量和時(shí)間。 ?根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)的實(shí)際情況及時(shí)采取短起下鉆及其他工程措施,保證施工安全順利。起 下鉆過程中控制速度,避免引起井下復(fù)雜。 

(4)四開井段清水鉆進(jìn)。 5根據(jù)地層情況采取的堵漏措施 SR19D、SR20D兩井相距很近,但在施工中發(fā)現(xiàn)兩井鉆遇地層相差較大。尤以古生界 寒武系地層最為突出,SR19D井寒武系地層厚度為164m,其中府君山組地層缺失,井底沒 有出現(xiàn)異常。SR20D井的寒武系地層厚度355m,其中府君山組地層厚78m。當(dāng)鉆進(jìn)至 1526m時(shí)進(jìn)尺開始加快為3m/min,當(dāng)鉆進(jìn)至1534m時(shí)出現(xiàn)大漏,基本不返漿,上返的少量 巖屑中含有大量的風(fēng)化的灰?guī)r,滴酸起泡劇烈,作者果斷采取了措施,甩掉三個(gè)扶正器,保 證了下面鉆進(jìn)沒有發(fā)生重大井下事故,繼續(xù)鉆進(jìn),1558m再次出現(xiàn)大漏不返漿,提鉆,實(shí) 施靜止堵漏。3天的堵漏過程中,多次出現(xiàn)井下危險(xiǎn),但由于采取措施及時(shí)、妥當(dāng)保證了生 產(chǎn)的安全進(jìn)行,為后期的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過對(duì)1526一156om上返巖屑的對(duì)比研 究,確定為下古生界寒武系府君山組地層,裂隙發(fā)育,為以后對(duì)該地層的研究提供了可靠的 現(xiàn)實(shí)依據(jù)。 

6結(jié)論 天津市地?zé)豳Y源十分豐富,作為可再生能源,它的勘探開發(fā)利用對(duì)天津市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā) 展、人民生活的提高和環(huán)境改善具有十分重要的意義。定向井技術(shù)在地?zé)峋碧?/a>開發(fā)中的應(yīng) 用舉足輕重,而天津地質(zhì)地層情況十分復(fù)雜,因此相對(duì)一般意義上石油定向井技術(shù)工藝有較 大的區(qū)別。作者對(duì)SR19D、SRZoD定向井施工工藝的分析研究,對(duì)天津地質(zhì)基巖定向井施 工乃至于華北地區(qū)基巖地?zé)岫ㄏ蚓┕ぞ哂兄笇?dǎo)意義。