气举反循环钻井技术在超深地热井钻探中的应用

2012-12-08杨凤山

城市地质 2012年3期

关键词：双壁气举井段

杨凤山

(北京市地质矿产勘查开发局,北京 100195)

0 前言

北京地区地质条件复杂,给地热钻井带来了困难.经过地热钻井相关技术人员多年的辛勤努力,北京地热钻井深度已超过4000m,钻井工艺除利用传统的化学泥浆循环液钻探外,还能实施气举反循环等特殊的钻探工艺.

1 工程概况

北京市顺义北小营地区某地热井使用化学泥浆循环液钻井至3600m,其井身结构及钻遇地层岩性详见表1.由于地热井深度计划钻进至4200m,为使成井效果达到预期,采用气举反循环钻井施工工艺.

表1 井身结构及钻遇地层主要岩性

2 气举反循环钻探成井施工情况

2.1 气举反循环施工设备(见表2)

表2 气举反循环施工设备

2.2 气举反循环应用过程

(1)施工准备

将地热井孔内泥浆置换成清水,并将地面气路管线连接好,检查管线的气密性,调试好空压机、钻机等施工关键设备,检查双壁钻具接头的完好程度,更换老化破损的O型圈,检查气水龙头的密封性,排列好施工用钻具,钻具基本组合为:φ152mm专用钻头+φ121mm钻铤10根+φ89mm钻具(若干)+气水混合器+φ127mm双壁钻具(若干)+方保接头+133mm双壁方钻杆+气水龙头.

(2)施工过程简介

第一趟钻进井段为3600～3652m,双壁钻具下入深度为373～425m,随着进尺的增加使用双壁钻具进行加尺,钻头选用HA537/6″牙轮钻头,胎体打-50mm的水眼,双壁钻具下入深度与井深的比值为1:8.6～1:9.7,施工钻压控制在30～50KN,转速控制在60～80r/min,保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为4.1～4.8MPa,正常循环注气压力为3.1～3.7MPa,钻进加排渣时效为1.1m/h.

由于地热井孔内的泥浆被清水置换,使3600m以上的裸眼段有轻微的掉块,造成几次轻微的卡钻事故,用上提下压的简单处理措施解决.施工中出现进尺一根单根(9.6m)加尺后无法排渣的现象.开启泥浆泵打压至12Mpa仍无法正常循环,提钻后发现下部三根钻铤内管全部被岩屑堵死,岩屑多为片状直径一般5cm左右.分析事故原因,其一钻头胎体水眼过大,岩屑颗粒质量过大,造成排渣困难;其二无进尺排渣过程时间过短,应控制在1小时左右,并以岩屑排出量进行辅证.

第二趟钻进井段为3652～3736m,双壁钻具下入深度为332～373m.随着进尺的增加先使用双壁钻具进行加尺,后使用φ89mm钻具加尺,将钻头胎体水眼尺寸改为30mm.双壁钻具下入深度与井深的比值为1:10～1:11,施工钻压同样控制在30～50kN,转速控制在60～80r/ min,保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为3.3～3.8MPa ,正常循环注气压力为2.1～3.0MPa,此井段钻进加排渣时效为1.8m/h.

由于钻头优化改进及排渣过程时间延长,并加强了排渣量计量,本井段施工没有出现岩屑堵钻具的事故,增加了进尺时效.

第三趟钻进井段为3736～3827m,双壁钻具下入深度仍为332～373m,随着进尺的增加先使用双壁钻具进行加尺,后使用φ89mm钻具加尺,仍使用30mm水眼的钻头.双壁钻具下入深度与井深的比值为1:10.3～1:11.3,施工钻压同样控制在30～50kN,转速控制在60～80r/min.保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为3.4～3.8MPa,正常循环注气压力为2.0～3.0MPa,此井段钻进加排渣时效为1.6m/h.

随着井深的增加,为防止岩屑堵钻具事故发生,加长了无进尺排渣时间,导致本井段进尺时效降低.

第四趟钻进井段为3827～3945m,双壁钻具下入深度为294～332m.随着进尺的增加先使用双壁钻具加尺,后使用φ89mm钻具加尺.仍使用30mm水眼的钻头,双壁钻具下入深度与井深的比值为1:11.9～1:13,施工钻压同样控制在30～50kN,转速控制在60～80r/min.保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为3.2～3.8MPa,正常循环注气压力为1.8～2.2MPa,此井段钻进加排渣时效为2.2m/h.

根据前三趟钻进过程中的现象,在此井段钻进过程中果断的减少了双壁钻具下入深度,钻进时效增加的效果比较明显,钻头磨损相当的轻微.

第五趟钻进井段为3945～4098m,双壁钻具下入深度仍为294～332m.随着进尺的增加先使用双壁钻具进行加尺,后使用φ89mm钻具加尺,仍使用30mm水眼的钻头,双壁钻具下入深度与井深的比值为1:12.3～1:13.施工钻压同样控制在30～50kN,转速控制在60～80r/min,保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为2.3～3.1MPa,正常循环注气压力为1.6～2.0MPa,此井段钻进加排渣时效为2.4m/h.

此井段施工中又进一步减小了双壁钻具下入深度与井深的比值,同时空压机的正常循环注气压力有所减小,进尺时效有所增加.

第六趟钻进井段为4098～4200m,双壁钻具下入深度仍为294～332m.随着进尺的增加先使用双壁钻具进行加尺,后使用φ89mm钻具加尺,仍使用30mm水眼的钻头.双壁钻具下入深度与井深的比值为1:12.7～1:13.9,施工钻压同样控制在30～50kN,转速控制在60～80r/min.保持地热井水位在孔口,空压机注气启动压力为2.1～2.8MPa,正常循环注气压力为1.6～1.9MPa,此井段钻进加排渣时效为2.1m/h.

其井段施工中进一步减小了双壁钻具下入深度与井深的比值,施工过程中无明显异常情况,顺利地施工至4200m.