东濮凹陷盐矿普查区ZK0403孔钻探工艺

张秋冬，邢向渠，李利彬，严珊珊

(河南省地矿局第二地质环境调查院，河南　450053)

东濮凹陷盐矿普查区ZK0403孔钻探工艺

张秋冬，邢向渠，李利彬，严珊珊

(河南省地矿局第二地质环境调查院，河南450053)

摘要：：东濮凹陷是一个以中、古生界地层为基底，新生界地层为盖层，多沉积韵律的新生带含盐盆地，地层复杂。某盐矿普查区为了获取较详细的基础地质数据，了解本区盐矿床的赋存情况、岩盐特征、空间分布规律等，在该矿区不同区域设计钻孔若干。ZK0403孔是其中深度最大、取心工作量最多的一个勘探孔。特别是该孔要钻遇连续近200m的岩盐地层，在东濮凹陷地层压力梯度大等复杂地质条件下，长时间裸眼取心钻进，对钻井液的要求非常高。本文结合该孔施工面对的实际情况，对钻孔结构设计、钻井工艺、钻井液工艺、取心技术等关键工艺进行了较详细的介绍。

关键词：普查；岩盐矿；钻探；工艺

中图分类号：P634.52

文献标识码：A

文章编号：1009-282X(2015)06-0038-04

收稿日期：2015-10-10

作者简介：张秋冬(1972-)，男，汉族，河南新安人，探矿工程专业，河南省地矿局第二地质环境调查院高级工程师，主要从事科学钻探、盐井、地热井及水平定向对接井等钻探技术管理与科研工作，河南省郑州市南阳路56号，E-mail：zqd1030@sina.com。

0前言

ZK0403孔位于河南省濮阳县境内。井别：勘探井，井型：直井，设计井深：3600m。钻探目的：(1)获取该孔基础地质数据，了解本区盐矿床的赋存情况、盐岩特征等。(2)通过取心钻探、地质录井、测井、试验等直接和间接资料，以便进一步研究盐层的空间分布规律。(3)检验地质模型，深化对本区盐岩矿床分布特征的认识。

1地质概况

东濮凹陷是一个以中、古生界地层为基底，新生界地层为盖层，多沉积韵律的新生带含盐盆地。第三系地层在其沉积序列上突出两期大的沉积旋回，即沙四段—沙三段—沙二下，沙二上—沙一段—东营组，第一旋回较第二旋回规模要大，两个旋回沉积地层的颜色均呈红—灰—红的变化规律，而几套盐层大都发育在灰色地层中，红层中少见，仅在个别地区发现沙二上亚段有泥膏盐沉积。

ZK0403孔位于东部洼陷带前梨园洼陷。东部洼陷带是东濮凹陷最重要的沉积洼陷，是主要的成盐中心。钻孔自上而下钻遇地层为：新生界第四系平原组，上第三系明化镇组、馆陶组，下第三系东营组，沙河街组的沙一段、沙二段地层。具体地层情况见表1。

表1　钻孔地质分层一览表

3钻孔结构设计

根据钻遇地层情况，第四系平原组地层较松散，为了保证长裸眼钻孔的稳定性，为长井段取心准备，并考虑到勘探孔的性质，终孔水泥封孔，降低生产成本，不下入生产套管，钻孔设计为二次开钻。两次开钻层位为：一开钻穿新生界第四系平原组，下套管固井；二开钻至设计孔深层位完钻。钻孔结构及套管程序如表2。

表2　钻孔结构及套管程序

4主要设备及工具

4.1　主要设备

根据钻孔深度及地层特点，选择的主要钻探设备为：ZJ40钻机、F-1300钻井液泵、TSZY280B-3P振动筛、ZQJ300×2除砂器、ZQJ100×10除泥器、LW450-900N离心机等。

4.2　主要钻探工具

主要钻探工具为：Φ127mm钻杆4000m、Φ178mm钻铤54m、Φ159mm钻铤90m、川7-4取心筒两条，以及各种打捞工具若干。

5钻井工艺

5.1　钻具组合

一开钻具组合：Φ394mm三牙轮钻头+Φ178mm钻铤+Φ127mm钻杆+主动钻杆。

二开全面钻进钻具组合：Φ216mmPDC钻头+Φ165直螺杆+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆+主动钻杆。

二开取心钻具组合：Φ216mmPDC取心钻头+Φ159mm钻铤+Φ127mm钻杆+主动钻杆。

5.2　钻井参数

一开：钻压20～80kN，转速100r/min，排量50L/s。

二开全面钻进孔段：钻压60～80kN，转速复合，排量24～26L/s。

二开取心孔段：钻压20～40kN，转速60r/min，排量20～24L/s。

5.3　取心技术

采用川7-4取心筒单筒取心。为了保证取心率，单次取心长度不超过5m。取心段为3400～3600m，累计取心工作量200m。

取心钻进操作要点：

(1)取心工具入井前，要检查内外筒是否弯曲、变形，内外岩心筒内不得有泥砂异物，岩心爪弹性适宜，碳化钨颗粒均匀平整，自由状态内径比钻头内径小2～3mm，方可使用。

(2)检查悬挂轴承是否转动灵活，检查岩心座端面与钻头内扶正器的间隙，调整在8～15mm。

(3)出现下列情况之一时，不准下取心工具：

①井下不正常、有阻卡、掉块、井底有落物；

②钻井液性能不符合要求；

③岗位工人对取心工具结构、性能不熟悉，未贯彻取心设计和未制定取心措施；

④设备有问题，不能保证连续取心施工；

⑤取心工具装配质量不合格；

⑥指重表和泵压表不灵；

⑦对上筒岩心没有分析出收获率低的原因和未制订出下筒取心措施。

(4)下钻过程中要控制下钻速度，不得猛刹猛放，取心钻头不得划眼。

(5)下钻遇阻不超过40kN，否则接方钻杆开泵循环，慢转下放钻具，若遇阻严重，及时起钻，换牙轮钻头通井。

(6)下钻距井底3～5m提前开泵，到底后大排量冲洗井底。有动力钻具时应先启动转盘，后送浆。

(7)树心时钻压10～30kN，排量控制在10～15L/s。转速1挡，树心0.2～0.3m，然后逐渐加大钻压到设计值。

(8) 取心钻进中，操作要平稳，送钻均匀，严禁跑钻，不能猛增猛放。如有蹩跳等情况时，应优选合适的钻压、转速；若严重蹩钻无法消除时立即割心起钻，发现进尺缓慢，要分析原因，若非地层原因则视为堵心，也应立即割心起钻。

(9) 取心进尺完，刹住刹把，磨心3～5min，待恢复悬重后，再上提钻具割心。加强钻具管理，建立健全钻具记录，严禁带伤钻具入井，接头在井下工作300h，必须更换。起钻时应重点检查钻具。凡下井钻具、接头、工具，井队技术员应做好记录，绘好草图。

(10) 起钻操作必须平稳，起钻遇卡，不得硬拔，不得猛提猛放，必须接方钻杆循环。起钻时应连续向环空灌浆，若灌入量大于或小于应灌入量，均应停止起钻作业，进行观察，如有溢流，应及时关井求压。

(11) 取出的岩心要按顺序摆放好，并做好记录。取出的岩心见图1。

图1　取出的岩心

6钻井液

6.1　钻井液体系的优选和论证

根据本孔地下特点和钻井工程中对钻井液性能及使用的要求，聚合物钻井液体系具有较强的抑制性，有利于优质快速钻井；聚磺钻井液体系具有较强的抗高温能力和抑制性，有利于井壁稳定和控制井径扩大率； 饱和盐水能够满足深井盐层段钻探的要求。因此本孔二开非含盐段采用聚合物钻井液体系、聚磺钻井液体系，含盐段采用饱和盐水钻井液体系。

6.2　各段性能参数及维护处理要点

6.2.1一开(0～330m)

钻井液类型：低固相聚合物钻井液

配方：膨润土50～60kg/m3

纯碱 3～5kg/m3

HV-CMC2～5kg/m3

80A512～5kg/m3

维护处理要点：维持适当的黏切，以利于带砂。

6.2.2二开非含盐段(330～3400m)

钻井液类型：聚合物钻井液、聚磺钻井液

聚合物钻井液配方：

膨润土35～45kg/m3

LV-CMC5～10kg/m3

80A512～5kg/m3

CMS3～5kg/m3

NH4HPAN5～10kg/m3

聚磺钻井液配方：

膨润土20～30kg/m3

NH4HPAN10～20kg/m3

SMP10～20kg/m3

SMC10～20kg/m3

80A513～5kg/m3

NaOH3～5kg/m3

下完表层套管固井后,用如下方法转化钻井液：

(1)彻底清理循环系统泥砂,往循环罐内加入所需清水；

(2)在地面循环的同时,经混合漏斗依次加入如下成份处理剂(按配浆总量计):LV-CMC0.5%～1.0%、80A51 0.5%、NH4HPAN: 1%、充分循环溶解均匀；

(3)将钻具下入井内, 根据其性能情况决定井浆留用量，将所配胶液均匀混入,同时用固控设备清除有害固相；

(4)用上述处理剂调整好性能,性能达到设计要求后方可继续钻进。

6.2.3二开含盐段(3400～3600m)

由于本井裸眼段较长，为保证井下安全和取心要求，取心段使用饱和盐水钻井液，密度为1.35～1.39g/cm3，Cl-含量为170400～181050 ppm。

A.饱和盐水钻井液的配制

钻井液配方：

膨润土 20～30kg/m3

NH4HPAN10～20kg/m3

SMP20～30kg/m3

SMC20～30kg/m3

SMT10～20kg/m3

80A515～10kg/m3

NaOH3～5kg/m3

NaCl饱和

淡水钻井液转换为盐水钻井液时，随着钻井液中Nacl含量的增加，钻井液性能有着显著的变化：Nacl含量小于1%时钻井液黏度，切力和失水量的变化不大，属淡水钻井液的范围；钻井液中含盐量大于1%后，黏度、切力和失水量都随含盐量增大而迅速上升，当含盐量达某一值时，黏度、切力达到最大值；含盐量超过这一值后，黏度和切力又会随含盐量的增加而下降，失水量则继续增大；pH值随着含盐量的增加一直是逐渐下降的。钻井液性能的这种变化，可以用双电层原理解释：随着NaCl加入量的增加，钻井液中的Na+增多，这样黏土吸附层中阳离子数目增多，由此ξ电位下降，扩散层厚度减小，钻井液由细分散向聚结方向转变，水化膜变薄，黏土颗粒间形成聚结结构，因而黏度、切力上升。由于聚结，水化膜变薄，自由水增多，失水量也上升。当NaCl超过某一值时，黏土颗粒聚结明显，分散度下降，致使黏度切力下降，失水量继续上升。淡水钻井液添加NaCl后的性能变化如图2所示。

按照胶液+搬土浆配制饱和盐水钻井液。具体配浆过程如下：

图2　淡水钻井液加Nacl后的性能变化曲线

(1) 在5#罐配制10%搬土浆30m3倒至2#罐，水化24h；

(2) 胶液的配制

100m3清水中先后按比例加入0.12%～0.4%Na2CO3+0.2%LV-CMC1%+SMT1%+SMC5% +SMP2.5% +NaOH1%+NaCl36%，开启搅拌机搅动6h以上；

(3) 井眼准备：带大水眼牙轮钻头，下钻到底，待命；

(4)待胶液完全水化后，在胶液中加入盐，至Cl-含量在130～140g/L；

(5) 将预水化搬土浆15m3混入盐水胶液中，充分循环，搅拌均匀；

(6) 待水化搬土浆、盐水胶液混匀后，使用饱和盐水胶液调整钻井液量；

(7) 开泵，替出孔内钻井液，继续边循环边加盐，最终将钻井液中Cl-含量提高到170g/L。

B．饱和盐水钻井液的维护

(1) 钻井过程中及时补加饱和盐水胶液，配方为：1m3清水+0.24～0.3吨SMP+0.24～0.3吨

SMC+3吨NaCl+0.35kg抗盐聚合物；

(2) 严格控制钻井液滤失量小于5mL，避免盐层溶解，导致大肚子井眼，造成井下复杂；

(3) 及时补加烧碱，维持钻井液pH值在9～10之间；

(4) 防止污水和雨水流入循环系统稀释和污染钻井液；

(5) 处理钻井液时必须保持多次、少量、微调的原则，禁止对钻井液进行大的调整，以保证孔内安全。

7结论

(1) 深孔钻探要遵循“大马拉小车”的原则，为孔内复杂情况的处理储备设备能力；

(2) 施工前要综合分析地层情况，设计合理的钻孔结构；

(3) 淡水钻井液转化为饱和盐水钻井液过程要快，配浆量要足够，争取一次性转换完成；

(4) 钻井液在日常钻进中，要勤维护。避免对钻井液进行大处理，以防孔内事故的发生；

(5) 饱和盐水钻井液中添加抗盐处理剂，以免钻进中钻井液盐侵变差。可加入1%的Kg-1来维护；

(6) 取心钻进严格按照操作规程精心操作，保证取心率；

(7) 长裸眼井段施工要适当控制上、下钻速度，防止形成大的压力波动或抽吸，造成钻孔事故。

参考文献：

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[4]乌效鸣, 胡郁乐, 贺冰新, 等. 钻井液与岩土工程浆液[M]. 武汉：中国地质大学出版社, 2002.

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