采卤老区“填缝补齐”钻完井工艺技术研究.pdf

2023年9月第5期第54卷Vol.54中国井矿盐CHINA WELL AND ROCK SALT采卤老区“填缝补齐”钻完井工艺技术研究彭智敏1，皮正如2，申建柱1，王琼1，朱永志1（1中煤浙江地质集团有限公司，浙江杭州 310021；2中盐新干盐化有限公司，江西新干 331300）摘要：为了提高矿区盐岩资源的回采率，最大限度的开采地下盐岩矿藏，在采卤老矿区“填缝补齐”布井，利用原有采卤井场改建定向对接连通生产卤井。老采区存在地下裂隙、溶腔发育等异常复杂的地下地质状况，钻完井施工中极易发生井漏、卡钻等复杂情况。本文对以上重难点问题及解决办法进行了介绍，包括井眼轨迹设计及井漏失返、冒落掉块等内容，有助于技术工作者加深对采卤矿区地层的认识，从而提高处理问题的应急能力。关键词：老采区；钻完井；井漏中图分类号：TS32文献标识码：A文章编号：1001-0335（2023）05-0021-03Research on Drilling and Completion Technology of“Filling And Mending”in Old Brine Mining AreaPeng Zhimin1,Pi Zhengru2,Shen Jianzhu1,Wang Qiong1,Zhu Yongzhi1(1 China Coal Zhejiang Geological Group Co.,Ltd.,Hangzhou,Zhejiang,310021;2 CNSIC Xingan Salt and Chemical Co.,Ltd.,Xingan Jiangxi,331300)Abstract:In order to improve the recovery rate of salt rock resources in the mining area and maximize the exploitation ofunderground salt rock deposits,the wells are“filled and repaired”in the old mining area of brine mining,and the original brine miningwell site is reconstructed to connect the production brine wells.There are extremely complex underground geological conditions such asunderground cracks and cavity development in the old mining area,and complex conditions such as leakage and stuck drilling are easyto occur during drilling and completion.This paper introduces the above important and difficult problems and their solutions,includingwell trajectory design,well loss return,falling block,etc.,which is helpful for technical workers to deepen their understanding of theformation of brine mining area,so as to improve their emergency ability to deal with problems.Key words:Old mining area,drilling and completing wells,leakage该矿区，前期水平对接井都采用先固井，后从套管口处开始造斜，导致造斜段全程裸露。这一裸眼井段为顶板、夹矸和岩盐，岩盐和夹矸交互出现，在岩盐部分溶解、夹矸垮塌不充分的条件下，其过流通道为串珠形状，夹矸处为过流瓶颈，容易被落石堵塞和矿渣埋没。还有可能产生大量跨塌，堆集在溶腔中，而埋没和堵塞盐层中的通道。正常通道被堵塞后，注入水向阻力小的部位运动，破坏顶板岩石结构，向裂隙流动，直到产生地面冒卤，同时也导致资源回采率低。造成了采矿区出现第三系与第四系裂隙串通卤水污染现象；后进行了泄压升级改造，布置了几口潜卤井，负压开采，目前矿区处于负压状态，存在井漏、冒落掉块等复杂地质风险。采区已有卤井采动了矿层顶板的裂隙盐，部分已有卤井通过裂隙带串通，导致矿层顶板裂隙带非常发育，且存在与第四系地层连通的可能性，新建卤井钻进通过裂隙带的施工过程中可能会出现掉钻、掉块、涌水和泥浆漏失等现象。1地质概况1.1 地层该矿区钻遇地层自上而下为：第四系（Q）、古近系渐新统临江组（El）、古近系始新古新统清江组（Eq）（未穿透）。图1布井图1.1.1第四系（Q）井深031.60m，黄色、黄棕色亚粘土、亚砂土，灰白色砂层及砾石层组成。中上部为亚粘土，下部为砂层和砾石层，为第四系赣江冲积松散沉积物。1.1.2古近系临江组（El）作者简介：彭智敏(1984-)，男，安徽萧县人，大专，助理工程师，从事盐井施工、开发与研究、地热、煤层气管理工作。21SEP 2023 No.5彭智敏等：采卤老区“填缝补齐”钻完井工艺技术研究井深自31.60356.00m。上部深灰-灰绿色块状泥岩夹少量灰色薄层状泥灰岩，及暗棕色泥岩，产较多的介形虫，轮澡化石及植物碳化碎片，见星点状黄铁矿；下部为棕褐色，棕色块状粉砂质泥岩、粉砂岩下部夹薄层细砂岩及砂砾岩，产螺化石见较多不规则状钙质团块。1.1.3古近系清江组（Eq）井深356.00井底，分三段，具体如下：清三段（Eq3）：井深356.00488.60m，上部为紫红色、灰色细粉砂岩，深灰、紫红色、砖红色泥岩，夹薄层深灰泥岩，灰色细粉砂岩；下部为紫红色、深灰色、棕色泥岩，细粉砂岩夹多层薄层灰深灰色泥岩及灰白色细粒、粗粒粉砂岩。清二段（Eq2）：井深488.60819.90m，为深灰色、暗紫红色、棕色泥岩夹灰色、灰白色细粉砂岩。中下部泥岩中含硬石膏及钙芒硝。清一段（Eq1）：819.90井底（未钻穿），顶部为灰色、深灰色含硬石膏、钙芒硝泥岩夹薄层灰色泥灰岩及数层暗紫红色泥岩；上部为灰、深灰含硬石膏、钙芒硝泥岩与乳白色、灰色、灰黑色盐岩、含泥盐岩呈不等互层，夹薄层紫红色泥岩；下部为灰、深灰色含钙芒硝、硬石膏泥岩与棕褐色、暗紫红色泥岩、粉砂质泥岩互层，夹钙质泥岩、薄层泥灰岩。1.2地质构造该矿区处于清江岩盐矿床的南部边缘，清江盆地位于萍乐坳陷带南侧，北与鄱阳盆地相连，南靠萍乡广丰断裂带与武功山复式背斜毗邻。清江盆地沉积盖层，主要由白垩系、下第三系及第四系组成。矿区地层产状平缓，褶皱不发育，地层走向约NE60，地层倾角一般为57。矿区内断裂十分发育，主要以北东、北北东向两组最发育，控制着矿区岩盐矿床的沉积。该矿区位于赣江冲积平原I级冲积堆积阶地上，地表河流有赣江、龙溪河。矿区范围地势低洼，大小池塘星罗棋布，部分水塘下切较深，使之与第四系潜水层沟通。总的构造形态呈一开阔平缓的不对称向斜。含盐系地层中水平层理、缓波状层理极发育，构造裂隙较发育。Eq1地层中局部见不规则张性裂隙，开启半开启，多呈高角度或垂直近垂直状态，内均为无色、棕红色纤维状次生盐全充填。1钻探施工情况2.1井身结构井身采用四开结构：表1井身结构数据表开次一开二开三开四开钻头尺寸(mm)444.5311.2215.9152.4所钻井深(m)5030010101240套管尺寸(mm)339.7244.5177.8裸眼套管下深(m)5030010002.2钻具组合及防斜措施2.2.1钻具组合（1）直井段（0850m），用塔式钟摆钻具组合，有效地保证了井身质量要求。（2）定向水平井段（8501240m），采用105无磁钻铤，钻进过程中采用较小钻压和较慢转速轻压吊打。表2各井段的钻具组合表井段（m）05050300300101010101240井径（mm）444.5311216152钻具组合110110方钻杆127mm钻杆159mm钻铤178mm钻铤444.5mm牙轮钻头110110方钻杆127mm钻杆159mm钻铤178mm钻铤311mm牙轮钻头110110方钻杆127mm钻杆159mm钻铤+216mm牙轮钻头110110方钻杆89mm钻杆+73mm钻杆105mm无磁钻铤105mm定向接头120mm螺杆钻具152mmPDC造斜钻头2.3正常钻进泥浆体系2.3.1非含盐井段泥浆类型、性能与处理0750m使用不分散低固相淡水泥浆，采用优质膨润土配制基浆，用碳酸钠、水解聚丙烯酰胺（PHP）、水解聚丙烯腈（HPAN）调整泥浆性能。该井段上部（0300m）地层松软，可钻性好，且井壁稳定，泥浆着重清洗井底及携带岩粉能力，防止泥包钻头及泥饼卡钻。其泥浆性能为：比重：1.08g/cm3漏斗粘度：2025s失水量：15mL/30min泥饼厚：1mmpH值：813含砂量：3%该井段下部（300750m），局部不稳定，泥浆中应加入适量防塌剂（K31），以提高泥浆防塌能力，同时起下钻具要慢、稳，防止井内压力激动，引起井壁坍塌，其泥浆性能为：比重：1.101.15g/cm3漏斗粘度：2025s失水量：10mL/30min泥饼厚：0.5mmpH值：99.5含砂量：3%2.3.2含盐井段泥浆类型、性能与处理：750m以后，将孔内淡水泥浆全部排出，更换盐水泥浆，用卤水、凹凸棒抗盐土配制基浆，加CMC、SMP、纯碱、烧碱、FCLS、Na-CMC、K31等调整泥浆性能，将泥浆加盐至饱和状态，即氯离子含量1718万ppm。含盐段泥浆性能为：比重：1.251.30g/cm3漏斗粘度：3035s失水量：8mL/30min泥饼厚：0.5mmpH 值：910含砂量：2%测井前在泥浆中加入适量润滑剂，确保测井工作的顺利进行。2.4井漏失返处理1 号井钻至 831m 失返，随钻堵漏钻至 837m,有222023年9月第5期彭智敏等：采卤老区“填缝补齐”钻完井工艺技术研究30cm的落空段；配制堵漏浆11m3（6t土粉、15袋高粘CMC、15袋高粘堵漏剂、15袋聚丙烯酰胺、5袋PAC-141、3袋纯碱），注入井内，未见液面，未堵住；再次强钻至841m，有50cm落空。接着制作黏土球，材料为：10t土粉、10袋稻壳、10袋高粘CMC、10袋高粘堵漏剂、8袋聚丙烯酰胺、5袋PAC-141、3袋纯碱，拌和均匀加少量水，搓成团，将黏土球丢入井内，接着注入稠泥浆做承压试验，压力越来越大，憋压5MPa,静止12h后开井，下钻扫孔，扫至10m，失返。之后丢胶泥约4.5m3，下钻，低泵量扫塞，糊井壁，扫至830m，再次漏失，堵漏失败。最后清洗井壁，采用水泥浆封堵，使用水泥7t，早强剂6袋，配置比重1.65g/cm3水泥浆7.3m3注入井底，侯凝48h,扫塞，塞高17m，失返，固井堵漏失败；以上堵漏四次均无效，可以知道下部溶腔太大，堵漏是无意义的，之后强钻至979.40m，进行地球物理测井后，发现井段830850m处井径值极大，存在大溶腔，井内液面在839m,下入N80 177.8mm9.19mm技术套管 977.73m，分级固井，侯凝 72h 后，采用152mm牙轮钻头正常钻进至井深1021.52m处完钻。2.5冒落掉块处理一方面井漏失返，井内液面低，不能平衡地层压力，造成井壁失稳掉块；另一方面井下溶腔顶板失稳，冒落掉块。井漏失返，岩屑返不出来，沉砂易埋钻，同时加尺困难；掉块极易造成卡钻，通过配置粗分散钻井液，将掉块携带至裂隙溶腔内，稠浆材料：土粉、乙烯基多元共聚物PAC141、高效增粘降失水剂SL-、聚丙烯酰胺PAM、丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物80A-51、高黏羧甲基纤维素CMC、纯碱、防塌剂K31、光谱护壁剂、稻壳等，比重1.151.20 g/cm3,粘度3845s，每钻进一个单根，使用稠浆携带一次，为下次加尺做好准备。2.6绕障造斜对接施工井场附近已有多组卤井生产多年，卤井之间预留矿柱空间较小，地下采矿溶蚀范围未知，对钻井轨迹严格要求。设计原则：提前位移，避开采动区，同时要确保最大限度的穿越首采石盐层，提高采取率。表3钻井轨迹参数井号：2井井底垂深m1016.00磁倾角50.00井口：X=3095027.253 Y=38645427.497 H=71.8名称靶点垂深m1016.00井底闭合距m142.27磁场强度T50.59纵坐标(X)3095148.11横坐标(Y)38645502.63轨道类型：直增稳增稳井底闭合方位31.87磁偏角-4.39闭合位移(m)142.27造斜点m585.57收敛角0.69方位角()31.87最大井斜角90.00方位修正角-5.08靶心半径(m)52.7完井分级固井老采区井漏失返对固井施工造成了很大的挑战，现场采用分级固井，确保了固井质量。图2水平投影一级固井封固漏点及漏点以下管内外井段，采用自然平衡法，不替浆，敞压侯凝；二级固井封固漏点以上管外井段，从井口环空灌入水泥浆，水泥浆上返至地表，计算实际灌入量与理论水泥浆量是否一致；需注意缓慢均匀地灌入水泥浆，防止中途架桥，水泥浆下不去，造成固井质量不合格。三级固井，静止2h，环空液面下降后，再次从井口环空灌入水泥浆，之后侯凝72h，进行扫塞等下步作业。图3分级固井原理图3结论及建议3.1在盐井开采老矿区完成的“填缝补齐”意义重大，期间进行的绕障对接采卤，极大提高了矿山生产能力，重建地层关系以及矿层与溶腔的空间关系，为矿区后续布井提供了有效的施工经验；3.2利用老井场，在老采区最大限度开采了地下矿藏，提高了矿产回采率，充分利用了资源，延长矿山服务年限；3.3建议布井前，对临井溶腔进行测量，轨迹设计时避开采动区。参考文献1李中社,李雪琴.新干盐矿新矿区开采技术条件评价J.企业技术开发,1006-8937(2009)16-0155-01.2游云武.对接连通水平采卤井钻井工艺技术J.江汉石油职工大学学报,1009-301X(2006)04-0026-04.3王琼,彭智敏,申建柱,皮正如.泄压井施工改造技术研究J.中国井矿盐,1001-0335(2021)03-0013-04.（收稿日期：2023-03-24）（编 辑/林梅影）23