多种钻井工艺方法在基岩裂隙水井施工中的应用

杨忠彦　赵吉鹏

摘要：天津市宁河北水源地应急开发工程供水井钻井施工中，不同的地层，不同情况采用了不同的钻进方法，上覆松散地层采用泥浆护壁钻进工艺，目的含水层为基岩裂隙地层，溶洞发育，水最丰富，钻进时漏失情况不稳定，上部漏失量小，采用清水顶漏钻进，下部漏失量大，如采用清水顶漏钻进，不能建立循环，且重复破碎，效率低，常发生沉砂卡钻事故，尝试充气钻井技术，这样在单井施工中采用了三种钻井方法，取得了较好的效果。

关键词：钻井工艺方法漏失清水顶漏充气钻井技术

1工程施工情况

该工程项目设计施工15眼开发井，目的水层为奥陶系灰岩，裂隙溶洞发育，涌水量大，设计孔深760m，终孔口径311mm。井身结构如图一1。

1#井、2#井施工过程如下：

1#孔500mm钻头203.69m，下426mm表套，二开394mm钻头559.20m下339.7mm技套，一、二开属松散地层，采用泥浆护壁钻进技术，三开目的水层裸眼完井，559.2m～613m漏量小，采用清水顶漏钻进技术，613m～763.1m漏失严重，不能建立循环，故采用充气钻进技术。

2#孔560mm钻头200.16m下478mm表套，二开444.5mm钻头555.81m，下339.7mm技套，一、二开属松散地层，采用泥浆护壁钻进技术，三开目的水层裸眼完井，555.81m～598.43m漏量小，采用清水顶漏钻进技术，598.43m～762.63m漏失严重，采用充气钻进技术。

2钻井工艺流程

2.1清水顶漏钻进钻进过程中，泥浆泵泵清水循环，由于地层压力低，一部分清水及部分岩屑进入地层裂隙或溶洞中，另一部分则携带部分岩屑返出地面，岩屑经振动筛分离，水进入泥浆罐继续循环。流程图如图2。

技术要求：①钻进时注意井口返水量的变化，如遇循环时不返水，立即将钻具提离井底；②注意钻速的变化，常活动钻具；③接完单根后，一定探砂面，掌握沉砂情况；④必须保证补充水源充足

2.2充气钻井技术这次使用充气钻井工艺设备要求比较简单，只是在清水顶漏钻进设备的基础上增加一台空压机(10m³/5Mpa)，用来通过地面循环管路持续充加压缩空气。钻进过程中，泥浆泵泵清水循环，空压机排出压缩空气在立管与清水混合，经钻柱下行到井底，压缩空气膨胀，压力降低，当地层压力大于还空压力时，泵入清水与地层水沿环空上行，直至返出地面，其空气在井口释放，水进入泥浆罐继续循环，多余的水排掉。由于地层水涌出，又起到了洗井的作用。这是一个边钻进，边洗井，钻进洗井两道工序相结合的过程，减少了洗井工序的工作量。工艺流程图如图3。

特点：工艺简单，可操作性强。

技术要点：①钻头下入井底，先开泵，由于地层压力低，钻井液全部进入地层，待泵压稳定后，空压机送气；②随压缩空气不断到达井底，膨胀，使得环空气水混合钻井液当量密度下降，环空压力逐渐降低，直到地层压力大于环空压力时，环空液面上行，钻头破碎的钻屑，随气水混合钻井液一起上行，直至返出地面；③气水混合钻井液到达井口后，压缩空气释放，钻井液流回泥浆罐，地层水使循环的水量增加，多余的排放掉：④钻进中接单跟使，先停止供气，继续开泵循环5分钟，再停泵，使得钻具内压力大于环空压力，解方钻杆时就不会从钻具内返水。为了防止段塞流的产生，接单根速度要快。

3工艺效果数据对比

下面对两眼井充气与未充气实钻机械钻速数据进行了对比

1#井目的层段施工情况：完钻井深763.10m，目的层段559.2m～763.10m；钻进参数：钻压15t，转数65～70rpm，泵量25I/S，充气压力2.2Mpa(见表1)。

1#清水顶漏钻进井段长53.8米，平均钻速1.485米/4、时：而充气钻进井段长150.1米，平均钻速2.307米/小时，相比提高了55％。

2#井目的层段施工情况：完钻井深762.63m，目的层段555.81m～762.63m；钻进参数：钻压15t，转数65～70rpm，泵量25I/S，充气压力2.2MDa(见表2)。

2#清水顶漏钻进井段长42.62米，平均钻速1.365米/小时；而充气钻进井段长164.2米，平均钻速1.99米/小时，相比提高了46％。

对比可以看出充气钻进技术能够解决顶漏钻进很难施工的问题，同时钻进效率又得到了明显的提高，值得推广。

4钻进工艺方法的选择

之所以在一口井采用三种钻进方法，主要有以下原因：

4.1 1#孔和2#孔根据一、二开的地层情况，都只能采用泥浆护壁钻进技术，由于口径大，地层松散，泥浆性能要求要严格。钻进参数：钻压150～180Kn：转数70rpm；泵压1.5～2.5mpa：泵量25I/S常规泥浆性能：马氏漏斗粘度45s；api失水10～15ml：动切力8～10pa；ph值9～10。

4.2在目的水层的钻进中，由于地层漏失，如果采用泥浆钻进，会造成大量泥浆的损失，成本增加，而且会污染水层，考虑基岩地层井壁相对稳定，首先采用清水顶漏钻进。钻进参数：钻压120～150kn；转数70rpm；泵量25I/s；漏失量10～15I/s。在钻进到目的水层下部时漏失严重，清水钻进不能建立循环，继续顶漏强钻，效果很差，还存在重大的事故隐患，尝试采用充气钻井的方法钻进。通过实际施工，取得了很好的效果。

4.3虽然充气钻井技术机械钻速高，但单位成本相比于清水顶漏钻进高出一倍，因此在目的水层施工中，可以使用顶漏钻进的，仍然采用这种方法。

5结论与建议

对于地层比较复杂，钻进难度大的水井施工中，综合多方面因素，从可操作性、风险的大小、成本的高低、工艺的复杂程度上考虑，采用多种钻进工艺方法相结合是一条可行的途径。充气钻井技术在解决欠压漏失地层的钻进难题有其独特的优势，钻进效率很高。