气举反循环钻进技术在大连交流岛地热井施工中的应用

2014-12-11马秀民陈岳

地质装备 2014年5期

马秀民，陈岳

（河北省煤田地质局第四地质队，河北宣化 075100）

随着地热井钻进深度的加大，采用何种钻进技术施工确保高效率、低成本，是地热井施工单位面临的难题。目前，气举反循环钻进技术已成为地热井施工必不可少的钻井方法，岩屑通过双壁钻杆中心通道上返至地表，可有效地解决因井深、钻孔直径大造成孔内岩屑上返难的问题。我公司在辽宁省大连地区地热井施工中，采用气举反循环钻进技术在漏失地层施工取得了良好效果。

1 地热井工程概况

施工的地热井位于辽宁省大连市交流岛。该井设计井深2200m，一开Φ311mm，孔深500m，下入Φ244.5mm 石油套管，二开 Φ215.9mm，孔深2200m。2013年4月20日开孔，采用牙轮钻头正循环钻进工艺，施工至633m出现涌水现象，涌水量达到70～90m3／h，上返岩屑最大颗粒直径达到70mm，清水顶漏钻进至844.64m处，岩屑仅少量上返，换钻头后下钻，孔内沉淀5～6m，无法接单根钻进。现场分析认为，840m至700m段孔径扩大率太大，造成泥浆上返时速不够，岩屑无法携带出井，决定使用水泥浆封孔，进行人工二次造壁，候凝72h后钻进至982.12m，孔口能正常返砂。因甲方原因停钻待命三天，再次下钻至890m遇阻，孔内沉淀92m，清水循环岩屑无法上返。后又重复使用水泥浆二次造壁两次，均未达到目的，工程停滞，此间涌水量达80m3／h。

为解决孔内沉渣问题，改用气举反循环施工工艺，钻进至孔深1300m，下入Φ178mm套管封闭涌水层，三开孔径Φ152mm完井。

图1 大连交流岛地热井施工现场

2 钻井设备及钻具

2.1 钻井设备

403钻机1台；空压机：使用LG·VF－10／60型高压空气装置，该装置由 KB－100A－1.0mpa皮带式螺杆空气压缩机和VF－1／10－60型活塞式空气压缩机复合而成，额定压力6.0MPa，公称容积流量10.0m3／min，轴功率149kW，螺杆空气压缩机完成一级压缩空气至1.0MP，活塞式空气压缩机完成二级压缩空气至6.0MPa。

2.2 气举反循环钻具

中国地质科学院勘探技术研究所研制的Φ114双壁钻具：气盒子、108mm×108mm×12.2m双壁主动钻杆、Φ114mm×9.6m双壁钻杆、气水混合器、反循环取样装置；配套Φ178mm、Φ159mm钻铤，Φ114.3mm、Φ89mm 单壁钻杆，Φ152mm 气举反循环牙轮钻头。

钻具连接：Φ152mm三牙轮钻头＋Φ178mm钻铤＋Φ159mm钻铤＋Φ114mm钻杆＋Φ89mm钻杆＋气水混合器＋Φ114mm双壁钻杆＋双壁主动钻杆＋气盒子＋水龙头＋反循环取样装置。

3 施工过程

（1）2013年7月13日开始气举反循环施工。首先把专用钻头接起，按预定的钻具组合下钻至离孔底250m，接起气水混合器，接双壁钻杆，在距离孔底100m时遇阻，孔内沉淀100m，去掉一根钻杆，接双壁主动钻杆，钻头下放距离遇阻位置300mm，启动空压机，随着压力增加，钻杆内液柱喷出，随后气水混合液匀速流出，循环建立。

（2）此时缓慢下放钻具并慢速启动转盘，控制压力匀速给进，气水混合物携带大量岩屑出井，至7月15日循环至井底后正常钻进。正常钻进使用钻井参数和正循环时基本一致。8月4日钻进至1306m提钻。准备Φ178mm套管封闭500～1306m孔段。

（3）8月5日下钻扫孔准备下套管，至890m遇阻，上部涌水处坍塌严重。用气举反循环冲孔排砂至1306m循环后提钻，二次下钻，依旧至890m遇阻，再次冲孔排砂至井底。

（4）8月10日，经分析，认为此井段井壁不稳定，易坍塌，井内全部是清水，应想办法在涌水段下部注入优质泥浆稳定孔壁。决定扫冲孔至井底后封堵气盒子进气通路，利用正循环向孔内注入泥浆进行封闭。泥浆使用膨润土调配，并加入无荧光润滑防塌剂、PAC－141、羧甲基纤维素钠盐等泥浆材料。泥浆密度1.13g／m3、粘度58s、PH8.0。停用反循环设备，接BW1200A泥浆泵，采用正循环方式注入泥浆50m3。井口上返泥浆，涌水量降低。8月12日再次下钻至井底，无遇阻现象，达到了预想目的，提钻至1100m，二次调配泥浆，注入25m3，井口仅少量涌水。8月13日，成功下入Φ177.8mm套管810m至井底后固井候凝。

（4）套管固井水泥凝固后，采用气举反循环钻进技术继续施工，钻头直径Φ152mm，终孔深度2200m。

4 施工中的问题及处理方法

4.1 双壁钻具的密封性

使用过程中，要注意检查好内管的O型密封圈。每个内管接头上有三个O型密封圈，每次下钻，必须严格检查，如有破损，必须更换，否则造成气路短路，影响钻井液上返速度，甚至无法建立循环。

表1 LG·VF－10／60型高压空气装置数据统计

图2 气盒子现场连接

图3 反循环取样装置

4.2 双壁钻具中心通道的堵塞

下钻后井底有沉砂，钻头距离沉砂面300mm为宜，开动空压机，随着循环建立下放钻具，钻头缓慢接触砂面，开动转盘，平稳排出沉砂。如下放过快，大量沉砂涌入反循环通道，极易造成堵塞。如发生堵塞，可采取如下措施：

（1）关闭进气风管阀门，使空压机压力升高，再突然打开阀门，反复开关几次，可解除堵塞。

（2）关掉空压机，上下窜动钻具，再开空压机，反复几次，可解除堵塞。

（3）关闭进气风管阀门，停止空压机工作，排砂口高压管接泥浆泵，适当打入泥浆，并加适当压力，可解堵塞。

（4）以上三个措施未有效解堵，可打开回水管，上下窜动钻具，反复开泵窜动几次可解除堵塞。

5 应用气举反循环技术效果

通过交流岛地热井的施工，气举反循环钻进技术所取得的经济效益是显而易见的，对处理复杂情况，加速热水井钻探进程，缩短施工周期起到了推动作用。其突出表现在以下几个方面。

（1）钻进效率高。由于气举反循环钻进冲洗液在钻杆内上返的速度高出常规钻进30倍，因而排渣速度快。从各地使用后的资料看出，钻进第四纪砂黏土层，最高时效超过12m／h，平均可达6.3m／h，砂层可达20m／h，钻进卵砾石地层达1～1.5m／h，钻进4～6级基岩地层达1～3m／h。本井地层为白云岩，最高钻速可达2.5m／h。同正循环钻进相比，时效提高1.5～2倍。

（2）能减少成井时间，且质量高。采用气举反循环钻进工艺施工的水井，井径规则，井底干净，孔斜率小，出水量大，成井时间短。

（3）钻探成本低。因气举钻进工艺比常规钻进成井质量好，效率高，钻头寿命长，事故少，材料消耗低等，所以钻探成本大为降低。

（4）复杂地层及复杂情况处理能力强。本井井底沉砂达100m，常规处理办法费时费力，又极易埋钻，事故隐患无穷。反循环技术解决了这个问题，及时排出大量沉渣，确保了孔内安全。