柴达木盆地某钾盐勘探孔高压卤水层固井工艺

毛连义，王悦琪，王磊

（山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州253015）

柴达木盆地某钾盐勘探孔高压卤水层固井工艺

毛连义，王悦琪，王磊

（山东省鲁北地质工程勘察院，山东 德州253015）

本文结合该钾盐勘探孔的施工情况，总结了在此类地区进行勘探施工可行的施工工艺，阐述了该地区高承压卤水井段的固井工艺。

钾盐勘探；施工工艺；高承压卤水；固井工艺

1 引言

钾肥是农业生产的主要生产资料。据统计，我国是一个公认的贫钾国。目前我国绝大多数的钾肥需要进口，且进口量每年都在递增。柴达木盆地大多为卤水盐湖沉积，富含钾、钠、镁、锂、芒硝等稀有矿产。国家对此非常重视，不管是中央还是地方，近几年对有关钾盐方面的投入都有了大幅度提高。我单位自2008年开始进入该地区进行钾盐勘探以来至今已有五年，在该地区施工逐渐摸索出了一套可行的施工工艺，特别是遇到了高承压卤水，使施工无法进行。我们根据实际地层情况选择了固井封隔措施，对此段高承压卤水层进行有效封堵，解决了因涌水造成后续施工无法进行的现状，顺利的完成施工任务，达到了预期目的。本文通过一实际施工情况，介绍在此地施工时，遇到类似情况可以采取的有效措施。

2 工程概况

2.1 地理概况

该钻孔所处地域海拔2700～3200m，属典型的内陆干旱气候，气候寒冷，降雨稀少，蒸发强烈，日温差大，属极度干旱区。全区内土地高度盐化，寸草不生，渺无人烟，属典型的荒漠地带，施工极不方便。

2.2 工程基本情况

该井设计井深1000m，要求全孔取芯，岩芯采取率平均不低于70%，矿芯采取率不低于80%，终孔口径不少于130mm，地层内广泛分布着层间高承压卤水。要求在井深600m下入ф219套管封隔浅部地层。

2.3 工程钻遇地层情况

通过钻探可知该地区所钻遇绝大部分地层为石盐、芒硝、石膏段，但与以下地层相互交替形成互层：含粉砂的石盐；含粉砂、芒硝的石盐；含石盐、粉砂的粘土；纯石盐；含石盐、石膏的淤泥；含淤泥的石盐；含淤泥、芒硝的石盐；含芒硝、石膏的淤泥；含石盐的芒硝；含石膏的淤泥；含粉砂、淤泥的石盐；含粉砂的钾石盐；含石盐的光卤石；含白钠镁矾的芒硝；含白钠镁矾的光卤石；含石盐的淤泥；含白钠镁矾的石盐；含石膏的粘土；含芒硝的白钠镁矾；含石膏的粘土；含芒硝的石盐；含石盐的粉砂；含石盐、石膏的粘土；含钾石盐的石盐；含石盐、石膏的粉砂质泥岩。

3 设备选择

依据工程概况选用主要设备见表1。

表1

（续表）

4 施工工艺

4.1 钻具组合

取芯钻具组合：φ150硬质合金肋骨钻头＋φ127单通取芯管＋φ121弹子接手＋φ89钻杆＋主动钻杆。

表层套管扩孔钻具组合：φ311自制三牙轮组合钻头＋φ178钻挺＋φ89钻杆＋主动钻杆。

技术套管扩孔钻具组合：φ290自制三牙轮组合钻头＋φ285套管导正器＋φ178钻挺＋φ89钻杆＋主动钻杆。

4.2 取芯方法

因该地区地层主要以可溶性盐类为主，硬度相对较低，所以取芯可选用单管干钻烧芯法，如取芯特别困难时可选用自锁取芯钻具进行自锁取芯法。

4.3 钻进参数

为保证取芯效果并结合所用取芯钻具的能力，取芯作业时，钻进参数一般选用，钻压10～30k N，转速40～80r／min，泵量300～600L／min为宜；当进行扩孔钻进作业时，钻进参数一般选用，钻压20～40k N，转速60～100r／min，泵量采用最大泵量。

5 具体施工情况

5.1 表层套管段施工

由于表层套管段有漏失层，加之为了预防下部有涌水层，所以表层段我们设计在井深64m处下入表层套管固井并安装溢流阀门，依据SY／T 5730—1995标准进行固井，具体表层套管结构见图1。

我们选用取芯钻具组合首先完成取芯钻进64米，然后采用扩孔钻具组合完成表层64米扩孔钻进，依据实际情况下入φ245套管后开始固井，固井方法如图1：由钻杆1通过表层套管密封接头2与表层套管3相连接，水泥浆通过箭头6指示方向由钻杆进入套管并经套管底部由套管与孔壁环状间隙返出地面，依据所计算的替浆量准确替出钻杆与套管内的水泥后进行候凝，根据我们的施工经验，在水泥初凝期即可卸开表层套管密封接头，并在继续候凝期间在表层套管上加工溢流阀门4，以防止出现溢流时及时处理。

图1

5.2 井涌段施工

施工完表层并下入64m套管固井后，即开始进入正常钻进。我们开始采用取芯钻具组合进行正常钻进，由于先前对该地层详细情况并不了解，加之该地域下部地层详细情况收集不完全。所以，我们在泥浆处理方面并没有做特殊工作。当我们施工至井深137m时开始出现井涌现象，但起初井涌并不是很大，我们采取用重晶石粉加重泥浆后，井涌现象得到控制。继续钻进至290m后，又出现井涌。由于当班人员松懈未及时对井涌现象进行控制，使井涌加剧，待到井涌量大至一定程度时再进行压井已经无法压制，为了保证工期如期进行，我们只好依据实际情况进行顶涌钻进。在顶涌钻进期间，为了保证施工安全，我们依据实际情况，定期注入稠泥浆以用来携带孔内岩粉，防止孔底岩粉过多而产生埋钻事故。当我们施工至井深626m，取芯困难，孔内岩粉增多，孔底沉淀最多时可达十余米，此时如再不采取措施，孔内埋钻事故时有发生，严重时可能会造成不可避免的钻孔报废事故。通过我们在此段取芯钻进中经验可知，如果涌水段未穿过，钻取岩粉可随井内涌水上返出来，不会造成孔底沉淀过多而埋钻，现出现埋钻现象可证明涌水段已穿过，为保证后续施工安全，可采取下套管封堵该段地层后再进行施工相对就比较安全。经我单位技术人员协商后决定停止施工进行固井。

5.2.1 井涌段一次固井过程

为保证下管顺利，在下入φ219技术套管前先进行扩孔作业，采用扩孔钻具组合扩至井深626m开始下入技术套管。通过在下管时技术套管内外都出现涌水这一现象可判定一次固井不能全部封堵涌水层，为此我们决定采取二次固井方法对该段地层进行封堵。第一次固井方法见图2。

图2

技术套管9通过密封接头2与钻具1相联接后开始固井，水泥浆经由钻具1、密封接头2、技术套管9沿箭头指示方向8流入技术套管与井壁间环形空间并填冲。为保证固井效果，应尽可能多的注入水泥浆，此量可依据井深三分之二进行计算。完成固井后准确替出钻具内水泥进行候凝，可持续候凝36小时后卸开密封接头2进行观察，如技术套管内不再涌水即可证明底部已封死，可进行下次固井对上部进行封堵，如卸开密封接头后，技术套管内仍然涌水，还得继续加固。本次固井，我们第一次固井效果良好，卸开密封接头后，技术套管内并未出现涌水，说明一次固井良好，可进行二次固井。

5.2.2 井涌段二次固井过程

一次固井结束后我们即开始进行二次固井。二次固井方法见图3。

为保证二次固井效果，首先加工密封接头10把技术套管密封好，以防止水泥浆进入，再加工一只密封接头2与表层套管3相联接，然后再由钻具与密封接头2联接好，并关闭溢流阀门4即可开始固井，此时水泥浆经由钻具2沿箭头9方向进入技术套管与井壁所形成的环形空间并依据实际压力情况注入水泥浆，经密闭候凝36小时后开启溢流阀门4检测是否出现涌水，如依然涌水，则再次注水泥浆固井，如不再出现涌水，则可证明固井良好。本次经检测未发现涌水则可证明固井良好，可卸开二次固井工具，进行下部正常施工。

图3

5.3 固井注意事项

为保证盐水固井质量，固井材料宜选用G级高抗固井水泥，泥浆比重达到1.8以上，固井前应对固井设备进行连续试运转，以保证固井的连续性，固井水泥及替浆量应准确无误。

5.4 后续施工

经过二次固井后，把井涌段完全封固，然后再依据正常工艺进行钻进。为保证后续施工安全，我们采取严格的施工措施，特别是泥浆方面加强了检测，制定了如下注意事项：（1）每两小时测量一次泥浆比重，使泥浆比重始终保持1.66，随时填加重晶石粉用以平衡地层压力；（2）提下钻时注意合理运用速度，避免引起压力激动造成井涌再次出现；（3）安排专人对井口液面进行观察，时刻掌握溢流情况；（4）发现异常及时停钻进行压井，避免溢流严重无法压井。

经过以上施工措施后，后续施工顺利完成，终孔顺利施工至1000m井深，未再发生井涌现象，岩芯采取率及抽水试验均达到要求。

6 现场施工图片

图4为涌水溢流阀门，固井前涌水量约为30方每小时；图5为二次固井密封处理。

图4 涌水图片

图5 工人正在进行二次固井密封工作

7 成功经验和教训

成功的经验有两条：

（1）由于合理运用技术套管对涌水段进行封隔，保证了后续施工的安全。

（2）针对高压盐水层的特殊情况采取二次固井方法，有效地封隔了涌水段。

获取的教训也有两条：

（1）由于对井涌认识不够重视，所以在进场时准备压井材料相对较少，因此在井涌出现时未能及时进行有效压井，使井涌出现并导致无法压井被迫进行顶涌钻进致使施工成本增加。提示我们以后在盐湖上进行施工时，进场一定准备足够多的压井材料，以防出现井涌时能及时调制加重泥浆进行有效压井。

（2）在安装技术套管时没有考虑到涌水段的压力，套管间相互联接时仅是用丝扣联接并未进行密封焊接，所以在对技术套管上下部位进行二次固井密封后发现中间涌水段由技术套管丝扣部位渗水，但渗水量不是很大并未影响后续施工，但这也证明在下入技术套管时应该联接后再用焊接方法进行密封处理。

［1］ 鄢捷年.钻井液工艺学［M］.山东东营：石油大学出版社，2001.

TU473.14

A

1009－282X（2013）02－0026－04

2012－10－25

毛连义（1969－），男（汉族），山东金乡人，山东省鲁北地质工程勘察院钻探与设备管理科科长、工程师，探矿工程专业，从事地热井、水井施工技术与设备管理工作，Tel：13573454169，E－mail：sddzmly＠sina.com。