多层位超深试验观测井施工技术

2010-11-21陶天才石玲娣

钻探工程 2010年3期

陶天才,石玲娣

1 概述

鄂尔多斯盆地西南部的甘肃平凉—泾川一带,位于区域大向斜——天环向斜的西翼。富含承压水的下白垩系志丹群的 6个岩组在这里分布俱全,它们自上而下依次为:泾川组 (K6lzh);罗汉洞组 (K5lzh);环河组 (K4lzh);华池组 (K3lzh);宜君组 (K2lzh);洛河组(K1)。查明该区志丹群各组的地层特征、各层承

lzh压水的埋藏、运移、赋存及水化学特征、各层承压水之间的互相联系及动态变化规律,对陇东盆地、乃至整个鄂尔多斯盆地的地下水系统分析具有十分重要的意义。B5号观测井就布设于本区的花所镇附近。

2 地层岩性及承压含水岩组的划分

2.1 地层岩性综述

第四系 (Q)覆盖层厚度约 20 m,其下为巨厚的志丹群各组地层,岩性均以泥岩、砂岩、砂质泥岩为主,胶结中等,颜色有青灰、兰灰、暗紫、棕红等,杂乱无序,若没有较直观的对比资料,极难分层,然而各层所含的承压水水质差异极大,承压水头亦不相同,一般在 0～45 m之间。各层的厚度分别为:厚约280 m,厚约 260 m,厚约 220 m,厚约210 m,基底为侏罗系 (J)泥岩。

2.2 含水岩组的划分

根据地层岩性、赋水特征及物探资料等地质信息,专家们把白垩系志丹群划分成了 3个承压水含水岩组,自上而下分别为:泾川罗汉洞含水岩组);环河华池含水岩组 ();宜君洛河含水岩组(。

3 B5井主要地质技术要求与质量指标

(1)设计孔深:1000 m;

(2)岩心采取率:白垩系、侏罗系地层全孔段取心,采取率≮70%,且必须在取心钻孔的基础上成井;

(3)钻孔弯曲度:钻孔顶角误差每百米不超过1°;

由此可见,B5号井实际上具有水文地质勘探和长期观测的双重意义。

4 井身结构与施工工序

4.1 井身结构设计

井身结构必须完全满足技术要求,其复杂程度显而易见。井身结构如图 1所示。

图1 井身结构示意图

分层抽水试验共进行 4次,均为裸眼试验,其成败的关键是在抽水过程中井壁保持完整,不垮不坍,且止水可靠。成井后,可自 Ø168 mm管内观测层水位,自 Ø273 mm套管与 Ø168 mm管环状间隙观测层水位,自 Ø426 mm套管与 Ø273 mm套管环状间隙观测,实现了多层位观测。

4.2 施工工序流程

多次分层抽水与多层位观测,决定了工程施工的工序将非常复杂。工序多、流程单一、关键质量点多是工程的主要特点。工序流程为:开孔钻进→下套管固井→取心钻进→测井→第一段扩孔→止水、洗井→第一次抽水试验→第二次扩孔→止水、洗井→第二次抽水试验→第三次扩孔→止下部水→下Ø273 mm套管止水→洗井→第三次抽水试验→第四次扩孔→洗井→下 Ø168 mm套管止水→第四次抽水试验→封闭井口。

除上述工序外,在实际施工过程中,每次止水后的效果检查也是必不可少且相当复杂的。

5 施工工艺

5.1 施工设备和主要钻具

钻机:TSJ-1000型水源钻机;

泥浆泵:TBW1200/7B型泥浆泵 1台,TBW850/50型泥浆泵 1台;

空压机:英格索兰 XHP750型;钻塔:AJ-24型;

钻杆:Ø89 mm摩擦焊;

钻铤:Ø177 mm、Ø159 mm、Ø121 mm。

5.2 钻进与扩孔工艺

5.2.1 取心钻进

采用 Ø150 mm/Ø127 mm肋骨硬质合金钻头、Ø127 mm岩心管组成单管取心钻具。Ø121 mm、Ø89 mm钻铤加压钻进。岩心管长度 6～8 m,但回次进尺不得超过 5 m。岩心卡取方法,视地层而分为干钻取心法和卡料卡取法。岩心管上部加投球接手,即用投球加卡料 (干钻)法采取岩心。实际施工过程中,用此法取心,岩心采取率达到了 90%以上。

取心孔段的钻孔弯曲度对于整个工程来说至关重要,它不止要达到≯1°/100 m的地质技术要求,同时因为要进行近千米的扩孔成井,扩孔时钻孔能否延原孔轨迹向下延伸,这与原钻孔的弯曲度有极大关系,之所以采用钻铤,实现孔底加压和加长岩心管的工艺方法,就是为了降低钻孔的弯曲度,保证垂直度。在实际施工过程中,通过坚持加长粗径钻具、孔底加压“提拉吊打”的原则,全孔最大孔斜仅3.6°。

5.2.2 扩孔工艺

6 洗井与止水工艺

6.1 洗井

洗井其实均在裸眼段进行,加之承压水水头都较高,一般先换浆,再冲孔,刷孔,最后抽水洗井均能达到洗井要求,为了防止换、冲、刷、抽达不到洗井要求,预备了焦磷酸钠洗井方案,在实际施工中,只需冲、抽即能达到洗井要求,备用方案未被启用。

6.2 止水

在取心钻进之前,第四系地层应先下 Ø426 mm表层套管并管外用水泥封固,所以不再考虑第四系潜水的止水工作。第一、二试验段抽水试验前分别做下部止水工作,第三试验段抽水前,须做和两层止水、第四试段抽水前做两层上部水的止水工作,所以,总计止水 4次,6个部位,同时应指出的是,下部止水均为临时止水,而上部止水均为永久性止水。

6.2.1 下部止水方法

预制锥形水泥塞,用钻杆将其送到止水位置,转动钻杆、使之与塞体脱离提出钻杆,向孔内投红土球并下钻捣实,止水工作即告结束。红土在孔内的高度在 2 m左右,多则有可能堵塞含水层。每次抽水试验结束后,扫掉水泥塞即可。

6.2.2 上部止水方法

共两次上部止水,分别采用 Ø273 mm和 Ø168 mm套管止水,管脚带压缩式止水器、以保证止水效果。

6.2.3 止水效果检查

下部止水的效果检查采用泵压法,即下粗径岩管至止水部位,加压使岩心管底唇进入红土、然后开泵送浆,泵压将很快上升,达到一定值后停泵憋压,注意观察泵压变化,如果在 1 h内泵压下降 0.5MPa以内,说明止水质量合格,否则应重新止水。上部止水的效果检查采用压差法即可。在实际施工中,每次止水均一次成功,止水质量完全达到要求。