效果很好。
4.5.3 用Φ50mm普通钻杆排除坍塌物
当孔内坍塌严重,形成砂桥、砂床,扫孔困难时。由于绳索取心钻进环空间隙小,泵压高,不利于大排量排除孔内坍塌物。我们换用Φ50mm普通钻杆,增大钻具的环空间隙,采用普通钻进工艺的方法,冲扫到孔底后再换成绳索取心钻具。2008年有5个钻孔采用此方法,分别是1~1、49~16、69~22、73~23、113~37号钻孔,收到了较好的效果。
5. 认识和建议
(1)由于复杂漏失地层较厚、段长、点多,有的钻机在施工中见漏就堵,堵了钻进时又漏,漏失后又再堵,所钻进尺都不多,反复处理堵漏,浪费较多的堵漏时间和材料。建议在今后的施工作业中,见漏后尽量顶漏钻进,或加深漏失孔段,减少堵漏次数的数量,节约堵漏材料的浪费。
(2)孔身结构上有的钻孔不太合理,不能千遍一律,增大了施工的复杂性,未发挥好绳索取心钻进工艺的优势,建议一定要认真分析所钻钻孔的地质构造和地层特征,结合已施工的钻孔经验,因地制宜采取一些有效技术措施,制订符合于本孔的钻孔结构,发挥绳索取心钻探的优势,提高钻进效率。
(3)在扩孔方面,一定要按扩孔钻具的有效组合,下部导向的直径要合理,上部的导向长度要长于6~8m,以保证所扩孔孔径能顺利下入套管。
(4)在钻井液的选型和使用上,一定要根据地层岩性特征和构造破碎程度,煤层厚度等因素,合理选择钻井液类型(或配方),确保钻孔安全,防止孔壁坍塌,杜绝孔内事故是绳索取心钻进工艺提高钻进效率、降低成本的有效途径。建议在钻井液的管理工作中,要加强对循环系统的规范化,在使用上的制度化,在配制上的科学化。
例3:沉积岩松软地层深孔绳索取心钻探技术实践 2006~2007年,我队在吉林省几个区块的油页岩钻探项目中,采用配套完善的钻探设备,完成钻孔15个(孔深500~1005m),累计工作量9499 m,平均钻月效率达810m,平均岩矿心采取率达95%,健康、安全、环保管理工作得到壳牌公司高层管理者认可并受到嘉奖,在钻探工艺上采取了一些新的技术措施,分述如下。
1. 沉积岩地层特点
主要为第三系、白垩系地层,岩石以泥岩、页岩、砂岩、砂卵砾岩为主,蕴藏有石油、天然气、油页岩、煤等矿种,可钻性Ⅲ一V级,岩石松软,胶结性差,在钻孔施工中,易发生钻孔超径、孔壁坍塌、局部缩径、涌水、漏水等现象,造成钻杆折断、孔壁粘卡钻杆、挤夹钻具等事故。另外,泥岩地层自然造浆给冲洗液的性能维护带来许多困难,冲洗液中的粘土颗粒不易分离出去,致使冲洗液粘度增高密度增大。抑制钻孔超径,控制冲洗液中的粘土含量是本项工程的一个关键技术环节。
2. 主要钻探装备配备
2006年施工使用的主要设备有:XY—44、XY—5、XY—6型立轴式钻机(开动3台钻机);BW—250型、BW—320型泥浆泵;16米A型、SGl8型钻塔;ZQl90—2型除沙器;150t手动液压起重机;S95绳索取心钻具;Φ89mm、Φ71mm可退式捞矛;90kW柴油发电机组。2007年,为了提高整体装备技术水平,将立轴式钻机改配为性能更先进的全液压动力头式钻机,并增配了离心式除泥机,满足了钻进工艺的需求。具体配备主要设备有:YDX—3、HYDX—5型全液压动力头式钻机(开动一台钻机);BW—250型泥浆泵;LW—400NJ型离心式除泥机;ZQl90—2型除沙器;150t手动液压起重机;PQ、HQ、NQ绳索取心钻具;Φ89mm、Φ71mm可退式捞矛;50kW柴油发电机组。
3. 钻进方法选择
根据地层条件和壳牌公司的要求以及地层特性采用HQ($95)规格绳索取心回转钻进为主的钻进方法,该种方法具有效率高,对孔壁破坏作用小,岩矿心的采取率高、完整度好,劳动强度低等优点,为进一步保证岩矿心的完整度,选用宝长年Q系列三层管(内壁管为半合管,长度3m)钻具总成。
2006年初选用了金刚石复合片钻头,但由于金刚石复合片刃角不锋利,且为负前角镶焊,在泥页岩层钻进中钻速较低,一般在2~3m/h,还需要很大的钻压,对孔壁的破坏作
用和对钻杆损耗也增大。在经过几种不同类型钻头试验对比,后期选用了人造金刚石聚晶尖环槽式钻头(见图1)。
图1 人造金刚石聚晶尖环槽式钻头
该型钻头具有钻进速度快、地层适应性强等优点,钻速在4~6 m/h之间,平均寿命达130m/个以上。在砂岩层段可以考虑采用PDC钻头,而砂卵石层则使用孕镶金刚石钻头。
4. 钻孔结构设计
开孔钻进采用Φ150mm口径,一般钻进6.20m深,下入Φ146mm孔口管,然后换Φ131mm口径至较完整较硬的岩层中,深度在50~80m,下入Φ127mm套管,然后采用Φ100mm口径钻进至终孔。
如设计钻孔深度较大,超过800m以深,且上部地层松软,超径现象严重时,则先用Φ100mm口径取心钻进约300~400m,再采用Φ13lmm钻头扩孔钻进下人Φ127mm×4.5mm套管,如深部孔段在冲洗液护壁仍难以控制孔壁稳定时,可用9113 mm钻头扩孔,下入Φ108mm套管护壁(理想套管尺寸是Φ96 mm×5mm,但我国无此规格管材)。采用NQ系列绳索取心钻具(Φ80mm)口径钻进至终孔。
关于钻头外径问题。考虑页岩地层有缩径现象,要保证
冲洗液有足够的外环呵隙。一般提钻取心钻探在泥页岩层中钻头外侧加有肋骨,钻头外径扩大一级,但绳索取心钻进不宜加到那么大,在2006年初从标准的Φ96mm加大到Φ98 ㎜,但在个别层段钻进中冲洗液排粉还是不够顺畅,时常有憋泵现象发生,将冲洗液压人地层而漏水,所以在后面的施工中均采用了Φ100mm口径。从钻进过程来看,冲溃液排粉顺畅。而在2007年从事本项工程施工的外省某钻探队在第一个钻孔(设计孔深1005m)施工时,选择的是常规标准直径HQ(096 mm)钻头、NQ(076 mm)钻头,设计的钻孔结构是孔口管下好后采用PQ(钻头外径Φ122 mm,钻杆Φ114.3 mm×5.55 mm)钻具钻进300m左右,下入Φll4 mm×6mm钻杆作为护壁套管,然后换HQ(钻头外径Φ96mm,钻杆Φ88.9mm×5.55 mm)钻具钻进700m左右,下入HQ钻杆作为护壁套管,再换NQ(钻头外径Φ76 mm,钻杆Φ69.9 mm×4.8 mm)钻具钻进至终孔。这种钻孔结构是国外通常的选择,适应于硬、碎地层,但在松、软、散地层不适用,结果当钻进到610m时HQ钻具由于外环间隙不够,造成钻具粘夹事故,处理无效,被迫将HQ钻杆作为套管,提前换NQ钻具钻进,当钻进到660m时NQ钻具又被粘夹,几经处理不果,钻孔报废。采用机械式内割刀将粗径钻具上部钻杆割断,将孔内作为套管的钻杆全部取回,但此时他们并没有认识到是钻孔结构设计问题,认为是意外事故。换新孔位重新开孔钻进,仍然采用原钻孔结构和技术方法(没有配备离心式除泥机),结果重复了第一个钻孔