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石盐田钻探中新结构取心钻具的推广和运用

职称驿站所属分类:地质论文发布时间:2022-04-16 09:17:34浏览:

石盐田勘探是河北省这几年的一个新矿种,各方面投入比较大,勘探质量也关系相关地勘单位布局,本文主要介绍勘探中钻探部分,针对取心技术的改进。对于河北省宁晋—辛集石盐田普查区

   摘 要: 石盐田勘探是河北省这几年的一个新矿种,各方面投入比较大,勘探质量也关系相关地勘单位布局,本文主要介绍勘探中钻探部分,针对取心技术的改进。对于河北省宁晋—辛集石盐田普查区,新结构取心钻具的推广和应用,会节约部分钻探成本,提高钻探效率,对钻探行业发展有一定推动作用。

  关键词 : 新结构取心钻具,石盐矿钻探

岩石矿物学杂志

  《岩石矿物学杂志》(原名:岩石矿物及测试),创刊于1982年。自创刊以来始终遵循“百花齐放,百家争鸣”的办刊方针,坚持普及与提高并举的办刊宗旨,开展学术交流和讨论,以广大地学科研、教学人员为主要读者对象,为加速现代化建设服务。

  石盐是一种用途广泛的基础化工原料。在河北省宁晋—辛集石盐田普查区是一个百亿吨级的矿区,而该盐田是河北省井矿盐行业发展的重要布局,从前期勘探情况看,如果要大范围的开采还需要进一步勘探,勘探手段主要以钻探为主,相对于固体矿产钻探,取心就是重中之重,通过采用新结构取心钻具,可以获得就较高的岩心采取率,并对盐层顶底板、厚度、品味及夹石等情况有更清晰详细的了解。

  地质概况

  宁晋—辛集石盐田位于中朝准地台华北断拗之临清台陷中的束鹿断凹中部,向西为宁晋断凸,向东为新河断凸,向南为南和断凸,向北为冀中台陷。本盐田内地层从老到新依次为太古界、元古界、古生界(寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系)、新生界古近系(孔店组、沙河街组、东营组)、新近系(馆陶组、明化镇组)、第四系地层,而区内大部分地区还缺失了其中的元古界和古生界地层,目的层段为沙河街一段岩盐资源。目的层主要为灰绿、棕红、紫红色泥岩,灰、灰白色粉细砂岩,灰白色泥灰岩与石盐、硬质膏盐呈不等厚互层组成;石盐矿体顶板为灰黄色白云质泥岩、灰色泥灰岩或深灰色泥岩;石盐以浅灰色、浅黄色、灰白色为主,局部夹浅锈红色;石盐矿体底板为深灰色、灰色泥灰岩与白云质泥岩、白云岩互层(详见表1)。

  钻孔概况

  根据本区情况,钻进采用固相含量低、相对密度小钻井液配比,进入盐系地层前百米左右更换饱和盐水钻井液(详见表2)。

  一开:一次性配置膨润土浆80m3(密度1.04~1.06g/cm3)使用膨润土浆开钻。保证钻井液具有较强携砂能力。坍塌层掉块严重可适当添加重晶石粉,加重比重,并按不低于2个循环周添加。一开钻完后充分调整好钻井液性能,确保下表套、固井施工顺利。

  二开:将一开钻井液净化后用于二开钻进,裸眼井段长,起下钻摩阻大,而且目的层段盐膏层和软泥层易蠕动变形,因此要保证钻井液性能的稳定性,然后根据起下钻挂卡情况调整钻井液参数,快速钻进进尺与岩屑上返不成正比时,应提高钻井液黏度,避免卡、埋钻,视具体情况适当添加石墨粉润滑钻具。

  盐水段取芯:取心作业之前全面清洗循环罐、循环槽等地面循环系统。下钻到井底,打入5m3清水做前置液,然后将地面配制好的盐水钻井液替完井内的钻井液,换用饱和盐水钻井液。更换完毕后循环泥浆,循环过程中测定Cl-不低于设计要求后,加入1%润滑剂。进行全井密度调整,加重至密度1.35g/cm3,并持续加入胶液,使循环黏度不低于60s。换浆工作结束进行取芯作业。

  井身结构(见图1):一开:孔径Ф346.1mm,钻至535m左右,表层套管Ф273.01×8.89mm下至535m;

  二开:孔径Ф215.9mm,钻至2650m左右,更换取心钻头钻至终孔,0~2100m井段,下技术套管Ф177.8×9.19mm;2100m-首采盐层部,下技术套管Ф177.8×10.36mm。

  取心钻具工作原理及现状

  取心钻取结构包括:外筒;内心筒,在外筒的内腔中,内心筒形成有凹陷状的内壁;卡箍组件,在内心筒的进心端及外筒的内腔中;钻头,在外筒的进心端。岩盐勘探井需在目的层上部约60m出开始岩心采取工作,川7-4、川8-3型取心工具是岩盐勘探钻井中常规取心作业比较理想的取心工具。该型取心工具技术配套完善、先进,适用于岩盐勘探取心。

  在具体施工过程中,为提高回次岩心采取量,采用2节取心器串接使用(串接后长度可获取岩心近18m/回次),串接取心器下钻到井底以后,开泵循环清洗内筒和井底沉淀。取心钻进前,将凡尔球投入钻柱内,开泵送球入座。取心钻进时,内筒悬挂于轴承上不转动;割心时,上提钻具、卡箍与卡箍座锥面产生相对位移卡住并割断岩心,即可完成取心作业。尽管这种取心钻具在施工中被普遍地采用,但还有不可忽视的缺点。例如:矿石矿物主要是岩盐,其次为硬石膏,岩盐常与石膏、硬石膏共生,矿层直接顶、底为硬石膏。岩盐矿心进入取心内筒的同时,伴随着石膏、硬石膏矿层也一并进入内筒,随着矿心进入内筒的增多及钻进时间的累加,内筒矿心发生吸水膨胀发生塞心,堵塞取心器内筒,新可取的岩心无法有效进入内筒,发生推心事故而过早的结束了但回次取心钻进工作;起钻割心时内筒卡箍与卡箍座无法有效卡住岩心完成割心工作、卡箍下的鄂板无法有效打开,使得进入内筒的岩心发生脱落,造成进尺很多,采取率过低的现象,不利于地质资料采取,无形中增加钻探成本。

  新结构取心钻具原理及应用

  新结构取心钻具是针对上述现有技术的不足,提供一种双管单动取心钻具防塞心内筒及卡箍自锁装置,具有结构简单、设计合理、内筒易清洁维护、卡箍自锁易维护更换等优点,可有效保证单回次岩盐矿心采取的完整性。内心筒形成有凹陷状的内壁,凹陷状的内壁能够为岩心提供应力释放、石膏膨胀的空间,尽可能地减少塞心现象,有效地保证单回次岩心采取的完整性(见图2);利用钻头钻取岩心,在岩心进入内心筒之后,上提外筒,利用卡箍组件将岩心割断,完成岩心的钻取工作。

  双管单动取心钻具防塞心内筒及卡箍自锁装置,本装置在取心筒内壁设置阴膛线,管内刻有不同数目的膛线,阴膛线对应的凸线,因岩矿心接触导带的面积相对较小,阻力较小,岩矿心在导带的作用下,更易进入内筒,有一定膨胀空间,防止塞心;起钻割心时内筒卡箍与卡箍座的导向作用下,割断矿心并封闭内筒,使进入内筒矿心得以有效保留,避免了矿心的脱落。

  取心筒内壁设置阴膛线,阴膛线对应的凸线,可以起导带作用,引导岩心进入内筒深部;卡箍可实现内筒全封闭,且易于更换维护。

  卡箍座具有锥度导向,在起拔矿心时,卡箍卡住矿心。在起拔的反向作用力下,下行至岩心与卡箍座导向部位,并在反作用力的作用下沿卡箍座导向继续下行,直至卡箍全封闭内筒。

  采用新结构取心钻具所产生的有益效果在于:新结构简单,设计合理,便于更换维护,内筒膛线直接作用于矿心,有效提高了单回次取心效果,易于实现,对现有取心装置存在的不足进行了优化。改进了双管单动取心钻具,能在利用膛线引导矿心进入内筒,并利用膛线凹槽给予矿心应力释放、石膏膨胀的空间。并通过卡箍自锁保证了内筒矿心不在脱落,解决了岩盐勘探井取心塞心、脱心的问题。

  在宁晋—辛集石盐田我队施工ND1、ND2井都采用新结构取心钻具,两井取心最终采取率分别为95%、94%,高出以往钻孔总采取率,塞心情况比以往减少多次,因此,新结构取心钻具在宁晋—辛集石盐田勘探取心应用成果比较明显,节约了施工成本。

  结语

  (1)新结构取心钻具性能稳定、结构简单、易于清洁维护、使用寿命长等优点,便于广泛在岩盐勘探井取心工艺中应用。

  (2)新结构取心钻具比原有取心钻具成本增加不大,相对于使用,新型取心钻具整体使用方法不变,只是使用细节的改进,易推广,钻探专业技术人员比较易学。

  (3)新结构取心钻具应用于较松软地层,对于坚硬的地层效果一般。

《石盐田钻探中新结构取心钻具的推广和运用》

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