江苏淮安杨槐盐矿段勘探6#钻进和取芯工艺技术

李志强，黄忠高，谢志翔，万童安

（江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西鹰潭335000）

1 地层和钻井基本情况

江苏省淮安市杨槐盐矿段勘探工程6#钻井施工任务是：1口勘探盐井，设计井深2100～2500m左右（含600m取芯）。

1.1 地层基本情况

上部为第四系（Qd）：0～155.0m，厚度155m，岩性上部主要为灰黄色、土黄色粉砂质粘土，下部主要为褐色含砾粘土层并含有大量钙质充填,与下伏地层呈不整合接触。

中部为新近系盐城组（Ny）,155.0～470m，厚度225m，岩性上部为灰黄色夹灰白色粉砂与中粗砂互层，靠近下部夹粘土薄层，中部紫红色粘土夹粉细砂，下部以中细砂为主，接近底部为砾石层，砾石主要由石英及硅质成份组成，与下伏地层不整合接触。

下部为白垩系上统浦口组（K2p）：该组地层可分为三段，根据区内勘探等资料，只揭露浦三段和浦二段上部地层。浦三段（K2p3）上部以紫红色泥岩、粉砂岩及粉砂质泥岩为主，局部见钙泥质胶结，含硬石膏团块，下部以灰褐色泥岩夹粉砂质泥岩为主，含钙质，局部夹钙芒硝条带。浦二段（K2p2）岩性以烟灰色岩盐、钙芒硝岩、泥岩为主，成频繁韵律层产出，根据区内钻探等地质资料只揭露上亚盐段的二、三、四岩性组合，且随井深增加，盐质变纯变厚，有很好的开采价值。

1.2 钻井设备与配套

钻井设备见表1。随后的使用中发现：

（1）甲方提供的630kVA变压器安装位置太低，下大雨基础即积水，只得在旁边挖坑引水，水泵外排，但完全满足了满负荷工作的F500水泵和XD-40DB转盘钻机等设备施工的电力需要。

（2）F500水泵在取芯段长期处于满负荷工作状态，有“小马拉大车”之嫌，需更换大的。

（3）泥浆固相控制循环系统与钻进地层匹配似乎存在问题。

2 钻进工艺技术

2.1 钻头和钻进方法

见表2。一开用的是钢齿三牙轮钻头，转盘回转钻进，钻进效率不错。二开前期用的也是钢齿三牙轮钻头，钻进效率也可以，但808.21m卡钻事故处理后，9月10日孔深1231.47m发生轻微卡钻，至9月18日1283m开始螺杆配复合片钻头钻进前，20d的有效时间，进尺不到480m，这其中用了镶齿钻头，还用过螺杆。表面看可能是地层变硬不好打，实际上是泥浆工作没跟上，孔内不干净而造成的。后期全部用的是复合片钻头。1654.42m取芯前，螺杆配复合片钻头钻进效率很高，1725.37～1919.93m（其中1899.29m处卡钻）复合片钻头钻进效率也不错。取芯孔段1654.43～1725.37m和1919.93～2686m用了12翼、8翼、6翼和锯齿复合片取芯钻头，前期效果非常不佳，后随着孔深和含盐纯度的增加，钻进效率才明显提高。其原因可能是：取芯孔段1654.43～1725.37m孔段含盐非常低，岩石主要是较硬而致密泥岩，石英质成分偏高，矿物粒度很细，具有很好的弹性，常规复合片钻头很难切入其中，即所谓的“橡皮层”，已成为钻探行业难以攻克的技术难题。

归纳起来就是一句话：钢齿牙轮钻头不行换复合片钻头，转盘回转钻进不行用螺杆复合钻进。

有必要谈谈钻头泥包问题。钻头泥包是指钻头表面为泥团所包被，在钻进、起下钻过程中都会发生。发生钻头泥包后，钻头牙齿受泥包影响“吃入”地层程度减小，导致其攻击力不能正常发挥、钻速变慢，严重时包死钻头、堵死水眼，导致泵压升高，甚至无进尺，如果是在起下钻时发生，还有可能造成环空阻塞。钻头泥包问题往往主要是由于泥浆中固相含量过高、钻井液排量小不能有效清洗钻头、地层本身胶质泥岩含量大易粘附钻头所致。处理泥浆时控制分散不好的粘土和

磺化沥青加量，钻进中及时开动固控设备清除泥浆中微小有害固相颗粒含量，更换钻头下钻中途要大排量循环及时清除下钻粘附钻头的泥巴，到底后尽可能先大排量循环几分钟后再钻进，把握好这几个关键环节可有效防止钻头泥包。本井一开和二开1000m左右孔深，多次发生钻头泥包现象，后采取以下措施，收到明显效果：①停止钻进，提高泵量加强水力冲洗效果；②上提钻头脱离井底，提高转速增大离心力使泥块易于甩出来，并上下大幅度活动几次；③将钻头大钻压下放井底,低速开动转盘循环5～10min；④将钻头0t钻压下放井底不开转盘循环5～10min；⑤重复操作一遍①～④。

表1 主要施工设备、管材配置一览

表2 钻头和钻进方法

2.2 钻孔结构与套管程序

本井2级口径成井。一开∅311mm开孔，钻深480.07m，下∅244.5mm×8.89mm套管并固井。二开∅216mm口径钻进至终孔，不下管。见表3。

2.3 分段钻进技术参数

表3 钻孔结构与套管程序表

见表4。明显的认识是水泵偏小，泵压基本达到额 定最大值。

表4 钻进技术参数表

2.4 关于压差卡钻

钻井中由于井眼不可能完全垂直，当井下钻具静止不动时，在井下压差作用下，钻柱的一些部位会贴于井壁，与井壁泥饼粘合在一起，静止时间越长则钻具与泥饼的接触面积越大，由此而产生的卡钻称为压差卡钻，也称之为粘附卡钻或泥饼卡钻。

产生压差卡钻的原因主要是钻井液性能不好，密度过高造成井内压差太大；失水量大，泥饼厚，粘滞系数大。一旦停止循环，不活动钻具，钻具有一部分就会贴到井壁上与泥饼接触，时间增加则会使接触面积和深度增大，泥饼对钻具的粘滞力增加，导致钻具无法上下活动和转动，但能够开泵循环，且泵压正常稳定。压差卡钻的预防措施主要是调节好钻井液性能，尽可能降低钻井液的密度，提高钻井液的润滑性能，降低泥饼的粘滞系数；并要尽可能简化钻具结构、加强活动钻具或采用加扶正器的方法使钻具居中。

8月23日孔深808.21m发生压差卡钻详细经过是：正常钻进中，加单根后对上方钻杆，开泵正常，但方钻杆上提、下放均遇阻不动（另，上个班出现卡钻征兆：钩载10t多提拉不动，下放钻压20t解卡）；处理方法是：①多次强拉、下压无效；②割短地表部分钻杆再焊接后回转亦转不动；③用7%粘土、1%磺化沥青和纯碱、黄原胶配新浆保持泥浆循环；④在联系好震击器并准备去租借时，一直处于100t悬拉状态的钻具钩载不知何时下降到了41t，钻具解卡了；起钻后情况：起钻最后1根∅159mm钻铤和∅178mm钻铤出现断续而严重泥包现象并夹有碎石。10月26日孔深1899.29m第二次发生压差卡钻详细经过是：在结束不取芯复合片钻头配螺杆高效钻进后换取芯筒钻具下钻时被卡。在970m处对上方钻杆通水，泵压4MPa不变，上提和下放钻具均不动（此前840m左右，下钻阻力大，通水1h泵压由5MPa下降到2MPa）；处理方法是：①调浓泥浆；②强拉、强压、强行回转，不见效；③用地面震击器也不行；④清水冲孔不到100min解卡；起钻后情况：起钻发现钻铤和取芯筒外壁光亮，但取芯筒内管下部堵塞1m长泥渣。

图1 压差卡钻起出的钻头和钻铤

图1 是压差卡钻起出的钻头和钻铤实物照片。不难看出：对卡钻发生前的明显征兆缺乏专业技术知识应对，对卡钻发生后的处理措施太过侧重上提(下放)和转动钻具以解卡这种手段，对浴井解卡方法的应用不及时，入井钻具组合如∅178mm钻铤不恰当，以及泥浆技术水平存在不少问题等。

3 取芯工艺技术

采用大庆市达美石油装备制造有限公司生产的型号为SYQX186-115-60FT-250P（双节）取芯筒（见图2）钻进取芯。该取芯筒主要由安全接头、旋转总成、悬挂总成、外筒、内筒、岩芯爪组合件、取芯钻头和辅助工具等部分组成。实践表明，取芯效果良好，但未配套岩芯卡断器，在长孔段钻进取芯中总是有所不足的。

图2 大庆达美取芯筒

取芯基本情况见表5和图3。

应该说，本井的取芯工作中，取芯效率即平均时效前期太低，后期尚可，可能地层是主要影响因素；但包括取芯厚度远超600m和采取率高达99%的取芯成绩也显而易见，这与采取如下正确的取芯工艺技术密不可分。

表5 取芯基本情况

图3 不同取芯孔段的平均时效

一是取芯前的准备工作。

包括井眼的准备和工具检查及准备两方面。

井眼的准备：取芯起钻前要充分处理好井内泥浆，使泥浆性能稳定，保持泥浆具有良好的流变性和润滑性，保证井眼清洁、畅通，无垮塌，无沉砂，能顺利下钻到底，同时保证井下无落物。特别注意必须充分保证井眼畅通，对起下钻遇阻遇卡井段，消除阻卡后方可下钻取芯。

工具检查及准备：①取芯前，保养取芯工具，认真检查取芯筒内、外筒的弯曲度；外筒母扣与公扣情况；岩芯爪的弹性是否良好；密封圈损伤情况；悬挂轴承保养、润滑情况（确保其转动灵活），钻头状况（特别注意测量钻头齿内径及内孔包径合金比较接近，钻头布齿的对称情况）及内、外筒的间隙；内筒锁紧套、定位套情况及内筒接箍处完好情况；钢球是否匹配等。②检查取芯工具附件是否齐全，检查卡箍自由张开直径小于岩芯直径2～3mm，完全收缩时内径以不出卡箍座为准。③调整内外筒间隙在8～12mm范围内。

二是下钻操作方面。

取芯筒上钻台时，注意防碰。取芯筒入井时，必须在井口卡好安全卡瓦，严防取芯筒滑脱落井。

下钻操作要平稳，不得猛刹、猛放，复杂井段应控制下放速度；不允许用取芯钻头划眼，下钻遇阻不得超过5t，经上下活动不能下入时应接方钻杆开泵循环泥浆，如需划眼，应采取点划通过，严禁强行划眼通过。

下钻到底，大排量循环正常后，缓慢下放至离井底0.5～1m处，上下活动，慢转正常后，即可开始投球取芯钻进。

三是取芯钻进时。

（1）投球后开始方入树芯时，以0.5～1t钻压（转速50r/min；排量20L/s）造芯0.3～0.5m后，造芯完毕，逐渐加大参数至规定钻压钻进：钻压4～6t，转速60～80r/min，排量20～22L/s。

（2）送钻要平稳均匀，不得顿溜钻，无特殊情况中途不得停泵及上提钻柱，发现憋钻跳钻等井内不正常时，应认真分析原因，采取有效措施，不得蛮干，钻进中随时注意泵压变化及岩屑返出情况，认真分析井下情况。

（3）树芯、割芯、套芯及取芯起钻等作业，必须由司钻或大班司钻亲自操作。

（4）有异常情况，必须认真分析，及时汇报采取措施：

①进尺逐渐变慢且立压升高，上提钻具立压恢复。在同地层情况下一般为钻头磨损，应割芯提钻。

②钻时忽高忽低，立压不稳，一般为地层软硬交替，所以要及时调整参数。

③钻速快且有放空现象，一般为钻遇裂隙地层，应适当降低所有参数以防堵芯。

④立压升高，钻速明显下降，上提钻具立压不变情况下一般为堵芯。这时应降低钻压至0.5～1t转动，或者将钻具下压至正常钻压的2倍循环后现象仍未消失，要及时割芯提钻。

（5）加单根程序为：一提、二锁、三冲、四压，即：上提割芯；锁紧转盘；下放冲孔3～5min；加单根后下压比正常钻压大5～8t以顶开岩芯爪后月正常参数取芯钻进。

四是割芯操作时。

钻完取芯进尺，磨钻压，待钻压恢复到0t后，即可上提钻具割芯，割芯后应上提钻具至开始方入，转动不同方向，缓慢下放1～2m以探查岩芯是否割断，或井内有无余芯。

割芯成功后起钻。

五是起钻。

起钻控制速度，操作平稳，不得猛刹、猛拉、猛顿及猛放，严禁使用转盘卸扣，防止岩芯掉入井内。

起钻中要有专人负责及时向井内灌浆，保证井内充满钻井液。

六是其他注意事项。

（1）起下钻过程中，防止取芯筒粘卡。

（2）起完钻不得在井口出芯。

（3）取完芯恢复钻进时，严防小井眼卡钻。

（4）割芯时应考虑井内磨阻。

4 结束语

在不超过3000m深度盐井取芯钻进中，选用衡阳生产的XD-40DB转盘钻机和大庆制造的SYQX186-115-60FT-250P（双节）取芯筒，完全可行；但F500水泵小了应用大泵；钢齿牙轮钻头+转盘钻进方法适用钻孔浅部施工，复合片钻头+螺杆钻进方法适用钻孔深部施工。

今后施工建议：深刻认识地层特点这个基础，正确选用钻进工艺方法，充分发挥起决定性作用的人的主观能动性这个关键作用，建立并执行岗位责任制度和业务学习制度，在硬而致密泥岩“橡皮层”，开展螺杆+取芯筒复合钻进试验研究。