喀斯特地區(qū)的鉆井“保護(hù)傘”
——跟管鉆井技術(shù)
? ? ? ◎? 遲煥鵬 苗淼
四川盆地及其周緣地區(qū)是我國頁巖氣勘查開發(fā)的主戰(zhàn)場,。然而,，這些地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是喀斯特地貌分布廣泛,，淺表地層碳酸鹽巖發(fā)育,，容易因水的長期溶蝕產(chǎn)生許多裂縫,、洞穴。因此,，鉆遇此類地層時(shí),，鉆井液極易大量漏入地層裂縫或者溶洞，造成惡性井漏,。惡性井漏已經(jīng)成為制約鉆井工程提速提效的“卡脖子”問題,。目前常用的解決辦法是采用清水作為鉆井液，快速鉆穿后下套管封隔,。但是,，如果惡性井漏引起了井眼的垮塌，那么清水快速鉆進(jìn)的方法便是“杯水車薪”了,，一般需要對發(fā)生惡性井漏的位置用各種方式進(jìn)行封堵,，或者填井重鉆，甚至更換井位,。這種惡性井漏伴隨井眼垮塌的情況常見于我國西南山地頁巖氣鉆井施工,，堵漏往往需要耗費(fèi)大量的物力、人力和時(shí)間成本,，且成功率較低,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中石油川渝地區(qū)二開斷層漏失段一次堵漏成功率低于10%,。
跟管與底部鉆具
跟管鉆井技術(shù)又稱“空氣錘跟管鉆井技術(shù)”,，是應(yīng)對這種復(fù)雜井漏情況的“利器”。其關(guān)鍵在于“跟”,，顧名思義,，就是在向下鉆井的過程中，鉆頭后面有根鋼管（套管）一直“跟著”,，以確?？梢詫Φ貙有纬蓪?shí)時(shí)封隔。此技術(shù)融合了空氣鉆井的優(yōu)點(diǎn),，可以實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)和封隔地層同步進(jìn)行,，已廣泛應(yīng)用于水文水井鉆探施工、地質(zhì)鉆孔,、抗旱救災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害治理、巖土掘進(jìn)等工程領(lǐng)域,。將該技術(shù)引入到石油天然氣井淺表地層的鉆進(jìn)中,，可以有效應(yīng)用于溶洞、大型裂縫發(fā)育,、易垮塌地層以及漏垮同層的鉆進(jìn),。
其基本原理是，中心空氣錘沖擊鉆頭與沖擊器相連接,，鉆進(jìn)時(shí),，沖擊器使空氣壓縮產(chǎn)生能量，驅(qū)動底部的沖擊鉆頭產(chǎn)生高頻震動沖擊,，在沖擊器和轉(zhuǎn)盤扭矩的作用下實(shí)現(xiàn)對井底巖石的沖擊,、回轉(zhuǎn)、鉆進(jìn),。是實(shí)際應(yīng)用的底部鉆具組合的照片,。鉆進(jìn)時(shí)，鉆具正轉(zhuǎn),，偏心跟管鉆具的偏心鉆頭伸出,，在中心鉆頭形成破巖形成井眼后，緊接著偏心鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔,，形成容許套管通過的井眼,；鉆完井眼后將鉆具反轉(zhuǎn)一定角度，偏心鉆頭收攏,，可將鉆桿,、沖擊器、鉆頭等一并起出,，套管和管靴則留在井中,。同心跟管鉆具鉆進(jìn)的原理與偏心跟管鉆具的原理類似，使用同心跟管鉆具鉆進(jìn)時(shí),，鉆具正轉(zhuǎn)時(shí),，中心鉆頭的擴(kuò)眼齒伸出，使鉆頭直徑大于收攏狀態(tài)的鉆頭直徑,，在鉆頭的沖擊下直接形成容許套管通過的井眼,。鉆完井眼后將鉆具上提反轉(zhuǎn)一定角度，鉆頭收攏,，最后可將鉆桿,、沖擊器、鉆頭等一并起出,，套管和管靴則留在井中,。底部沖擊鉆頭本體側(cè)面設(shè)計(jì)有巖屑排泄的流道,，鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生的巖屑由高速空氣攜帶，經(jīng)凹槽上返至鉆桿和套管之間的環(huán)空,，最后帶出地面,。
喀斯特發(fā)育地區(qū)的地面溶洞
跟管鉆井具有效率高、成本低,、不需額外的復(fù)雜裝置的優(yōu)點(diǎn),，可完成200米深度以內(nèi)的同步鉆進(jìn)和地層封隔。該技術(shù)已成功在貴州西部六盤水地區(qū)頁巖氣鉆井中進(jìn)行了應(yīng)用,，在不到半天的時(shí)間內(nèi)就成功解決了之前采用空氣鉆井,、清水鉆井、水泥堵漏,、混凝土堵漏等工藝或措施近一個(gè)月沒有解決的惡性漏失和井眼垮塌共存的難題,，證明了跟管鉆井技術(shù)在應(yīng)對淺表地層溶洞、大型裂縫發(fā)育,、易垮塌地層以及漏垮同層等復(fù)雜情況的安全鉆進(jìn)中應(yīng)用效果良好,，為我國四川盆地及西南喀斯特地貌發(fā)育地區(qū)安全高效鉆井提供了一種有效技術(shù)，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值,，對保障國家能源安全,、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、助力長江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展具有重要意義,。
（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心）
評論
已有條評論