裸孔施工的基本操作是:开孔后下入φ146(或φ127)井口管1~3根(7~20米),直接换φ9l钻具施工,同径裸孔至终孔。裸孔施工,保证孔壁安全稳定,护孔是关键。现将几年来施工中探索的点滴经验介绍如下。
1 简化钻孔结构,采用同径钻进,是裸孔施工的重要环节
钻探生产实践证明,采用裸孔施工时,若钻孔结构多变,换径次数多,钻孔呈多阶梯状,在这种情况下,下降钻具时增加了钻具撞击井壁的次数,从而易于破坏井壁的稳定性,又易造成井壁的坍塌、掉块,威胁着钻探安全施工。煤田地质勘探区的岩性较为松软,其可钻
性一般为3~6级,7级以上的坚硬岩层较少,可钻性较高。但是由于岩石物理性质松软,遇水易膨胀,易缩径;倾斜地层井壁易坍塌、掉块,因此应简化钻孔结构,尽可能减少换径次数。
由于简化钻孔结构,采用较小孔径钻进,井壁裸露面积小,易维护,同时孔径小限制了钻具的回转半径。减轻了钻具对井壁的冲击破坏强度,从而减少了井壁坍塌、掉块的可能性,有利于井壁的维护。还由于孔径与钻具之间的环状间隙小,有利于导向和防斜,这对于安全钻进和提高钻效提供了有利条件。
简化钻孔结构,采用裸孔施工,必须下好井口管,以维护井口的安全。下置井口管应达到下述要求: (l)井口管要正:井口管的中心线必须与立轴的中心线一致,不得偏斜(2)井口管牢固:不得松动,并防止脱跑.(3)井口管与井壁间隙要严密:要求在井口管与井壁间隙中不窜水,防止冲塌井口,同时防止岩粉沉淀在环状间隙中造成井口管难于起拔。为达到上述标准要求,具体做法是:开孔前予先以人力在井口处挖出0.5米的深坑,坑中充填粘土,并以水湿润后捣实;开孔至下井口管深度后,提出钻具,再向孔底投入适量的粘土(湿润后的)并捣实;下井口管后,使井口管下端插入粘中,井口管外端用套管卡固定在地梁木处防止跑脱,井口管上部与井壁状间中充填粘土并捣实,防止管外窜水和岩粉沉入。
2 使用优质泥浆,确保孔内安全
使用优质泥浆是保证孔壁安全的重要技术措施。当前以使用“双聚”泥浆效果较好。使用优质泥浆,除能较有效地保持井壁稳定,防止井壁坍塌、掉块的同时,对防止井壁超径或缩径更有要意义。在使用优质泥浆的同时必须加强泥浆管理。为加强泥浆管理,每台钻机均配齐经过专门技术培训的泥浆员,每小班有兼职泥浆员,负责泥浆的泥浆性能测定和调释,以保证泥浆质量性能。实践证明,在厚冲积层、深孔钻进中进行裸孔施工,采用清水或劣质泥浆是很难钻进的。采用粘土粉造浆,其特点是造浆效率高,易搅拌,并能保证泥浆质量。
3 合理使用钻铤,保持钻孔垂直
合理使用钻铤,在裸孔施工中是至关重要的,其有两种意义:一是在正常钻进过程中使用的钻铤总重量应超过钻压的20~30%,在保证满足井底压力的同时,保持钻具的垂直,防止孔斜,并减轻钻具对井壁的撞击;二是在开孔钻进时就使用钻铤,为钻孔垂直延深奠定基础。冲积层钻进虽然不需较大的钻压,而使用足够数量的钻铤有利钻孔垂直和井壁稳定。我们经验做法是:开孔钻进后第一次加尺时就加用钻铤,直至加足钻铤数量,坚持至终孔。一般使用钻铤数量为5~ 7立根(60~90米),重量为1400~2100公斤φ68钻铤)。
4 下钻遇阻时不得盲目钻扫,防止出现岔孔
下钻遇阻现象一般多发生在冲积层中,其原因,一是粘土岩缩径,二是脱落岩芯.由于冲积层的岩层松软,无论遇有那种下钻遇阻时,均不得盲目开车钻扫,否则极易出现岔孔,而一旦出现岔孔又往往很准再找到原孔。处理方法是:下钻遇阻后,开泵以人力回转钻具,同时缓慢提动钻具冲扫,一般缩径不严重或脱落的岩芯较少时,即能解除;采用此法处理无效时必须立即提钻,再下入以原径粗径钻具作导向,下接φ50钻杆(2~3)米引路。边冲扫边提动钻具。但是操作均应缓慢,同时压力要轻。采用此法处理,一般多能凑效,同时能有效地防止岔孔。
5 积极堵漏,防止塌孔
在煤系地层中的各层灰岩均有不同程度的漏水现象,若稍有忽视又极易促使厚冲积层塌孔,以致埋钻,对安全施工造成很大威胁。因此,在遇漏孔层之前必须充分备足堵漏材料(粘土 、锯沫、水泥等)。并采取长槽大池,将替换出来的废泥浆储备起来备用(一般储备30~50立方米)。
对于轻微孔内漏水(冲洗液明显消耗,但井口仍能返水)时。只要加强泥浆管理的同时,适当提高泥浆粘度,控制泥浆比重(比重越小越好),在一般情况下多能止住冲洗液漏失。
在钻进过程中当发现冲洗液突然漏失孔口不返水中断循环时,必须立即提钻,在提钻的同时进行灌孔。如果不引起足够重视,除促使漏失更加严重外,由于井壁失去泥浆柱的压力平衡作用,还会导致上部厚冲积层段的严重坍塌,若钻具停留在孔内,还会造成坍塌埋钻事故。提钻后也必须打消侥幸心理,应立即采用惰性材料积极堵漏。具体做法足:将锯沫和水泥加入泥浆储备池中,搅拌均匀后将锯沫水泥泥浆注入孔内,力争一次使之喝包喝足,恢复正常循环,即达到了堵漏效果。若井口能返水,但仍有较大消耗时,可提高泥浆粘度,继续钻进,适当缩短回次进尺时间和回次进尺长度,当钻过漏水层后(仍有较大消耗)再进行堵漏。堵漏效果仍不理想时,可采取快干水泥止水方法处理。由于采取同径裸孔施工,节省了扩孔下套管的时间和费用,从而须坚定堵漏的信心,扩大止水堵漏的效果。
6 提高钻效,缩短施工周期
提高钻探效率,缩短施工周期,减少对井壁的破坏程度,以利于裸孔钻进安全竣工。实践证明:钻孔施工周期越长,对井壁的破坏程度越严重,井壁越难维护,越不利于裸孔施工。为了提高钻效缩短施工周期,在认真执行上述各项施工的同时,必须对全孔施工周密计划,制订综合施工方案,在保证安全和质量的前提下,力求提高钻效。浅孔岩层较松软,易于技术操作,是提高钻效的量有利的层段。在厚冲积层中施工的关键是防止孔斜,防止岔孔。因此浅孔钻进是提高钻效,缩短施工周期的主要环节。进入煤系层段,多为取芯钻进,对岩、煤芯采取率要求高,并有多层灰岩漏水,又属中深孔施工,因此,不宜单纯要求提高钻效。在煤系地层施工,应以保证钻探质量为重点,防止打丢打薄煤层,并同时作好防漏、堵漏准备。煤系地层下部至终孔为深孔钻进阶段。虽然该层段工程量不多(50米左右),但是由于设备能力、管材强度及技术操作等技术条件的限制,必须确保安全生产,以利裸孔施工顺利竣工。
7 结束语
钻探工程的特点是:冲积层厚、缩径,并伴有不同程度的钻孔漏水,在该地区采用套管护孔显然是不现实的。一是冲积层厚、岩层松软,难以承托套管,二是下入套管数量多,重量大,加之钻孔易缩径,套管难下入,更难起拔,导致套管的大量损耗;三是下入和起拔套管势必占用大量非作业时间,延误施工周期。因此不宜采用套管护孔。裸孔施工的优点是:避免了套管的损耗,增加作业时间,加快勘探速度,降低了钻探成本,遇有特殊水文地质情况,地质孔改为水文孔施工方便,随时可以进行电测,并可获得较完整的地质剖面资料。但是裸孔施工护孔难度大,技术操作要求严格,必须认真执行施工技术措施,保证安全钻进。