螺杆钻进技术在长段未固结井管下的应用

2015-12-17王玉军赵华宣

西部探矿工程 2015年9期

关键词：井管井径井段

王玉军，赵华宣，陈涛

（贵州省地矿局114地质大队，贵州遵义563000）

螺杆钻进技术在长段未固结井管下的应用

王玉军*，赵华宣，陈涛

（贵州省地矿局114地质大队，贵州遵义563000）

介绍并总结了长段未固结井管下的钻进技术，通过实施螺杆钻进技术，减少和避免了钻进中钻具对井管的碰撞、扰动，有利于未固结井管的稳固和钻进效率的提高。

螺杆钻进；未固结井管；井管稳固

1 概述

地下热矿水资源赋藏在深部的岩溶裂隙中，地热井钻井施工中常遇未终孔井段的复杂不稳定地层存在热储含水层，需下管护壁和在热储含水层设滤水管以便于热储层中的热矿水入井，滤水管以下井段不能水泥固结。未固结井管的强度较低和稳固性差，在下部井段钻井作业中，钻具旋转碰撞、扰动井管易引发井管断脱事故，采用螺杆钻进技术，上部钻具不转动，减少和避免了钻进中钻具对井管的碰撞、扰动，有利于未固结井管的稳固，同时钻头转速的提升提高了钻进效率。

2 工程实例

贵州某地热勘探井井深2410.68m，终孔井径Ø152mm，采用四开钻井结构。三开井段为不稳定的碎屑岩和较稳定碳酸岩互层,碳酸岩类地层有9段必须保留的热储含水层，在下管及水泥固结护壁时，需确保热储含水层及以下井段不得有水泥浆侵入,以防水泥封堵来水通道，下管护壁后进行四开井段钻井作业。

2.1 三开井段井径及地质条件

三开井段井径为Ø 216mm，井深 1035.21～2135.13m，地层结构：1035.21～1425m段为不稳定的吴家坪、梁山组的泥页岩和低温裂隙水的茅口栖霞灰岩，1425～2135.13m段为黄龙马平、独山组的白云岩及大塘组泥页岩夹灰岩，地层结构及特征如表1所示。

表1 三开井段地层结构

2.2 三开井段物理测井及要求

三开井段钻井后的物理测井揭示:井底温度61.9℃，1427～2135.13m井段有9段必须保留的热储含水层、超径105%～175%（表2）。要求1427m以上下无眼管及水泥固结护壁和封闭低温含水段、1427m以下的热储水层段下滤水管（以便热矿水经滤孔入井）且不进行水泥固结。

2.3 三开下管固结措施及存在的问题

表2 测井热储含水段（未固结段）井径表

根据要求，采用部分井段分隔固结技术，1425m以上为无眼管及水泥固结护壁和封闭低温含水段；1425m以下采用滤水管与无眼管相结合的方式，在测井揭示的热储含水段和钻井异常显示段设滤水管（以便热矿水经滤孔入井）、其它井段为无眼管，且不进行水泥固结。

分隔固结技术：在热储含水段以上的井径规则部位设管外封隔器以防注入的水泥浆从管与井壁的间隙下行进入热储含水层，管外封隔器以上2～3m处的管内设止浆设施（止浆座、止浆球）防水泥浆从管内下行进入热储含水层，在管内止浆设施以上2～3m处割旋流孔，注入的水泥浆从经旋流孔从管与井壁的间隙上行固结管外封隔器以上井段（图1）。

图1 分隔固结示意图

存在的问题：该井管下部有710m未固结，且该井段超径严重，井管与井壁间隙大、支撑点少，未固结井管柱的整体强度低、稳定性差，在下部四开井段的钻井作业中，在钻具的旋转扰动、碰撞作用下，井管丝扣处易断脱而引发井管断脱事故。

3 螺杆钻进技术

3.1 钻进技术的选取

三开井段下部未固结井管的强度较低、稳定性差，常规的上部转盘转动的钻进工艺，钻具的旋转扰动、碰撞井管易导致井管断脱事故，为减少和避免后续钻进中钻柱回转对管柱的碰撞破坏，后续四开井段采用螺杆钻进技术。

3.2 钻进工艺和技术措施

（1）钻具组合：Ø152mmPDC钻头+5LZ120螺杆+ Ø121mm钻铤5柱+Ø89mm钻杆+Ø127mm钻杆+ 133mm主杆；

（2）钻进参数：钻压：30～40kN；流量:18.7L/s (3NB350泵的140mm缸径、最大压力12.5MPa)；

（3）钻井作业中只用单转（钻头旋转），上部转盘只合补芯、不转动，使钻进过程中整个钻柱不转动，尽可能减少钻柱对井管的碰撞和扰动；

（4）钻进中遇井底异物卡钻头致钻头不转动、泵压异常升高时，上提钻具0.2～0.3m，开动转盘（复合钻）解卡，解卡后恢复单转；

（5）螺杆钻进过程中每进尺5～8m或2～3h上下活动钻具，每进尺50～80m短起钻上提80～100m。

3.3 应用效果

（1）钻进效率明显提高：四开井段井径Ø152mm，地层为独山组的白云岩夹灰岩地层，采用螺杆钻进技术，从2135.13～2410.68m，进尺275.55m,平均钻速2.7m/h，是三开井段的同地层的0.6m/h的4.5倍；（2）钻进中的单转，减少和避免了钻具对井管的扰动和碰撞，实现了钻进中的井管稳定；

（3）终孔后的洗井抽水试验，水量500m3/d、水温55℃，实现了地热井勘探的目的。