科鉆一井鉆遇地層及鉆孔結構的要求

  科鉆一井采用的鉆進(jìn)方法主要有取心鉆進(jìn)、擴孔鉆進(jìn)和全面鉆進(jìn)，不同的鉆進(jìn)方法需要采用不同性能的鉆井液，以保證鉆進(jìn)工藝的實(shí)施。擴孔鉆進(jìn)和全面鉆進(jìn)采用的是牙輪鉆頭，產(chǎn)生的巖屑顆粒較大(2～5mm)；而取心鉆進(jìn)采用金剛石鉆頭，產(chǎn)生的巖粉非常細(5～lOOμm)。在全面鉆進(jìn)和擴孔鉆進(jìn)時(shí)采用轉盤(pán)驅動(dòng)，轉速較低(30～60r/min)，而取心鉆進(jìn)主要采用井底螺桿馬達和液動(dòng)錘驅動(dòng)，轉速較高(160～200r/min)。全面鉆進(jìn)時(shí)鉆井液的泵排量為25～35L/s;取心鉆進(jìn)的鉆井液排量為9～IIL/s。鑒于上述情況，不同的鉆進(jìn)方法對鉆井液性能的要求相差較大，全面鉆進(jìn)和擴孔鉆進(jìn)要求泥漿的攜帶性能要好，能將鉆進(jìn)形成的較大顆粒巖屑及時(shí)排除，以提高鉆進(jìn)效率；取心鉆進(jìn)要求鉆井液性能不僅有利于攜帶巖屑，停止循環(huán)時(shí)要能夠懸浮巖屑，同時(shí)還要滿(mǎn)足作為井底動(dòng)力系統驅動(dòng)介質(zhì)的要求。從現場(chǎng)鉆井液制備和管理的角度考慮，要求制備簡(jiǎn)單、性能調整容易和管理方便；從節約成本，減少排放的角度出發(fā)，現場(chǎng)最好采用單一的鉆井液體系，鉆進(jìn)工藝變化時(shí)，不需要更換鉆井液體系，僅通過(guò)簡(jiǎn)單的性能調整就能夠滿(mǎn)足鉆進(jìn)工藝變化的要求?？沏@一井采用了專(zhuān)門(mén)研究和設計的LBM-SD鉆井液體系，完成了取心鉆進(jìn)、擴孔鉆進(jìn)和全面鉆進(jìn)。
 
  科學(xué)鉆探采用的鉆井液除滿(mǎn)足鉆探施工的基本要求外，還需滿(mǎn)足科學(xué)實(shí)驗、測井和錄井方面的要求，總體要求如下：①不能含有影響科學(xué)試驗、測井和錄井的化學(xué)成分；②對環(huán)境安全影響??；③潤滑性能優(yōu)良、成本低；④能夠有效地減緩井下的復雜情況，包括高溫和高壓；⑤具有較強的加重承載能力，包括轉化成鹽類(lèi)鉆井液體系；⑥固相含量低，減少對測井、聲波傳遞和圖像接收的干擾，避免堵塞鉆具；⑦攜帶巖屑能力強，形成的泥皮薄而韌性好。
 
  在科鉆一井的鉆遇地層中，主要以榴輝巖類(lèi)、副片麻巖、正片麻巖類(lèi)為主。上述巖性均為非水敏性巖石，且滲透率極小，除一些破碎井段有坍塌和掉塊外，鉆井液對水敏地層的抑制性沒(méi)有特殊的要求。但上述巖石的硬度和研磨性很高，在取心鉆進(jìn)中形成的巖粉粒度非常細，且密度高(3.5～3. 8g/cm3)，要求鉆井液應具有良好的潤滑性能，以減小井壁對鉆具的磨損；由于巖粉的密度高、粒度細，要求鉆井液應具有良好的攜帶能力和懸浮能力，及時(shí)將鉆進(jìn)中形成的巖粉輸送到地表，通過(guò)固控設備清除，以提高鉆進(jìn)效率，防止埋鉆和卡鉆。采用石油鉆井常規的固控設備是不能有效清除金剛石鉆進(jìn)形成的巖粉，因此，必須選用高效的固相清除設備和方法。
 
  鉆遇的大部分井段是完整的，在這些完整的結晶巖地層中是不存在地層壓力的，但在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到了數個(gè)破碎帶和漏失層位。雖然采用惰性材料堵漏，解決了漏失問(wèn)題，可以維持鉆井液的循環(huán)，但這些被封堵的漏失井段的漏失壓力仍然較小，容易在鉆進(jìn)中造成重復漏失。因此，必須嚴格控制鉆井液的密度和流變參數，盡可能減小鉆井液的循環(huán)壓力。
 
  在鉆進(jìn)施工中，鉆孔結構關(guān)系到鉆井液的性能和鉆進(jìn)工藝參數。施工中要盡可能保持鉆井液的流動(dòng)狀態(tài)一致，應避免局部流動(dòng)狀態(tài)的突變。通常不能“一徑到底”，往往要下人幾層套管，在套管與裸眼的變徑部位鉆井液容易形成渦流，導致巖屑的堆積，當堆積到一定量后會(huì )突然塌落，造成埋鉆或卡鉆，引起井內事故。在鉆柱與井眼之間的環(huán)空里，鉆井液的流動(dòng)狀況對鉆井工況的影響也非常突出。不僅關(guān)系到巖屑的懸浮和攜帶，而且關(guān)系到井壁的穩定、鉆井液的循環(huán)壓力損失和井底動(dòng)力鉆具的工作狀況。
 
  在先導孔取心階段，為了保障巖屑的攜帶，在Φ339. 7mm 的套管內下入了一層Φ244. 5mm (95/8in)活動(dòng)套管，主要目的是為了改善鉆井液的流動(dòng)狀況，提高上返速度。盡管如此，取心鉆進(jìn)的井眼直徑是Φ157mm，而Φ244. 5mm活動(dòng)套管的內徑是Φ222. 4mm，采用Φ89mm鉆桿取心鉆進(jìn)，在兩種不同直徑的井眼內，鉆井液的上返速度相差2.5倍。在主孔取心鉆進(jìn)階段，2019m以上井段下入了Φ193. 7mm 活動(dòng)套管，仍存在較大的鉆井液上返速度差。
 
  因此在設計鉆井液的性能時(shí)，必須要考慮在不同井眼條件下，保證巖屑的攜帶。