景谷凹陷钾盐地质调查JG-2井钻探施工技术.pdf

钻探工程Drilling Engineering第 50卷增刊2023年 9月Vol.50 Sup.Sep.2023：358-364景谷凹陷钾盐地质调查 JG-2井钻探施工技术易强忠1，王应科1，黎光朋1，喻忠伟2，汪林2，李启彪1（1.云南地质工程第二勘察院有限公司，云南 昆明 650200；2.中国地质调查局昆明自然资源调查中心，云南 昆明 650100）摘要：JG-2井是为进一步查明云南思茅盆地勐野井组钾盐资源而布置于景谷凹陷的调查井，地层岩性主要为泥岩、砂岩、泥砾岩和石盐等，在施工中存在井壁坍塌、缩径、钻头泥包、超径、岩心溶蚀、石盐矿层中机械钻速低、砂岩裂缝性漏失等问题。通过使用“无钾镁基饱和盐水钻井液”关键技术、改进钻头结构及使用 PDC 钻头、采用桥塞堵漏方法，较好地解决了岩心溶蚀、漏失、钻头泥包、钻探效率低等问题，最终完钻井深 1829.44 m，完钻口径 133 mm，盐层矿心采取率 97.38%，取得了优质的钾石盐岩心和钻井质量。其施工技术经验可为以后同类工程提供借鉴。关键词：钾盐地质调查；岩心溶蚀；钻头泥包；无钾镁基饱和盐水钻井液；桥塞堵漏；绳索取心中图分类号：P634;TD87 文献标识码：B 文章编号：2096-9686（2023）S1-0358-07Drilling and construction technology of Well JG-2 of potash geological survey in Jinggu sagYI Qiangzhong1，WANG Yingke1，LI Guangpeng1，YU Zhongwei2，WANG Lin2，LI Qibiao1(1.Yunnan Geological Engineering Second Prospecting Institute Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650200,China；2.Kunming Center of Natural Resources Survey,China Geological Survey,Kunming Yunnan 650100,China)Abstract：Potassium salt mine is one of the minerals urgently needed in our country.JG-2 well is a geological data survey well arranged in Jinggu sag in order to further identify the potassium salt resources of Mengyejing Formation in Simao Basin，Yunnan Province.The formation lithology is mainly mudstone，sandstone，breccia and stone salt，etc.During the construction，the hydration expansion and spalling of mudstone and breccia caused the safety hazards of shaft wall collapse，diameter reduction and bit balling.Potassium salt rock layer is easy to dissolve，dissolution leads to super diameter，core dissolution，diamond bit in stone salt layer mechanical drilling rate is low，sandstone fracture leakage and other problems.By using the key technology of“Potassiummagnesiumbased saturated brine drilling fluid”，improving the bit structure，using PDC bit and using bridge plug plugging method，the problems of core dissolution，leakage，bit balling and low drilling efficiency are better solved.The drilling depth is 1829.44m and the drilling diameter is 133mm.Salt bed core recovery rate of 97.38%，obtained high quality potassium rock core and drilling quality.This paper summarizes the technical experience and existing problems in the smooth implementation of JG-2 well，which can provide reference experience for similar projects in the future.Key words：geological survey of potassium salt;core dissolution;bit balling；potassiumfree magnesiumbased saturated brine drilling fluid;bridge plug plugging;wireline coring0引言钾盐矿是被列入我国急缺的矿种之一。云南思茅盆地中唯一的工业钾盐矿床是勐野井组盐矿1-2，景谷含盐带位于思茅盆地最北端，景谷地区收稿日期：2023-02-27；修回日期：2023-05-29 DOI：10.12143/j.ztgc.2023.S1.056基金项目：中国地质调查局地质调查项目“重点含盐盆地锂钾资源调查评价”（编号：DD20221913）第一作者：易强忠，男，汉族，1971 年生，钻探副总工程师，高级工程师，从事地质与钻探工程管理与研究工作，云南省楚雄市固业路 809 队（675000），。引用格式：易强忠，王应科，黎光朋，等.景谷凹陷钾盐地质调查 JG-2井钻探施工技术 J.钻探工程，2023，50（S1）：358-364.YI Qiangzhong，WANG Yingke，LI Guangpeng，et al.Drilling and construction technology of Well JG-2 of potash geological survey in Jinggu sag J.Drilling Engineering，2023，50（S1）：358-364.第 50卷增刊易强忠等：景谷凹陷钾盐地质调查 JG-2井钻探施工技术目前尚未发现工业钾盐矿，但存在较好的钾矿化特征，1967 年完钻的 ZK-15（井深 550.87 m）和近期完钻的 JG-1 井（井深 1706 m），皆因设备能力不足未钻穿含盐层及勐野井组层位，在研究区尚有深部的含盐、含钾情况未详细了解。2022 年，中国地质科学院矿产资源研究所在以往地质、钻孔资料基础上于景谷凹陷芒卡盐矿近盐丘中心布置了 JG-2 井钻井任务，目的为钻穿含盐层及勐野井组层位，获取盐层真实厚度、钾矿化及分布、盐层成因等基础地质资料。JG-2 井 设 计 井 深 1800 m，最 终 完 钻 井 深1829.44 m，全井平均岩心采取率 97.5%。取全、取准了盐岩矿层顶、底板岩心，在 1776.16 m 时钻穿勐野井组，顺利完成了施工任务，达到了设计目的，为确立景谷含盐带文卡矿区钾盐成矿模式提供了详细、可靠的基础地质资料。本文针对 JG-2 井施工中采用的钻井工艺和可溶性钾盐矿地层钻井液技术进行了分析与总结，重点分析了岩心溶蚀、钻头泥包和机械钻速低、裂缝性漏失等问题产生的原因，对解决上述问题取得的成功经验与方法进行了总结，为类似可溶性钾盐矿地层钻孔施工提供相应的技术参考。1钻井概况1.1地质概况项目区位于思茅凹陷盆地北西端的景谷中生界凹陷盆地内，夹持于澜沧江断裂和无量山-营盘山断裂之间。JG-2井钻遇地层情况如下：第四系（Q）：020.10 m，棕红色、棕黄色风化粘土夹碎石。白 垩 系 上 统 曼 宽 河 组（K2mk）：20.10299.22 m，厚 279.10 m，岩性以浅灰紫灰紫色粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩为主。勐 野 井 组（K1me）：299.221776.16 m，厚1476.94 m，岩性为石盐矿层夹泥质粉砂岩、泥砾岩，粉砂质泥岩。景星组（K1j）：1776.161829.44 m，岩性为棕红色、青灰色泥岩，粉砂质泥岩夹少量白色砂岩。1.2钻井设计设计井深 1800 m，直井，全井段取心，钻穿勐野井组目的层后，钻入下白垩统扒沙河组 40 m即可完钻。设计质量要求：（1）全井取心率85%，盐岩段及盐岩段顶、底板的岩矿心取心率90%；完井岩心直径70 mm。（2）深度 01000 m 井斜角5，深度 1800 m 井斜角10，采用防磁陀螺仪进行井身质量监控。（3）平均井径扩大率15，最大井径扩大率20。（4）完井井深误差率:215.9mm70.00m194mm171.50m:#FQ81:311mm30.00m245mm131.00m:#FQ81:311mm31.06m245mm131.06m:#FQ8:215.9mm201.17m194mm1201.17m:#FQ8:171mm470.67m146mm1468.00m:#FQ8:133mm1829.44m?-J:133mm1800.00m?-J图 3JG-2井完钻井身结构3612023年 9月钻探工程钻井液配方：45%镁盐卤水 1 m+0.5%LBM+0.5%抑 溶 剂+1%增 粘 剂 GTQ+1%接 枝 淀 粉GSTP+5%降 滤 失 剂 GPNA+0.2%包 被 剂 GBBJ+0.4%磺 化 沥 青+0.1%有 机 硅 抑 制 剂 GSY-114+3%润滑剂 GLUB+5%消泡剂。性能指标：密度 1.301.36 g/cm，粘度 3443 s，失水量 69 mL/30 min，pH 值 67，动切力 68 Pa，静切力 0.52.5 Pa。一开前期采用高分子聚合物钻井液钻进取心，至 66.40 m 出现石膏脉盐层标志时更换为“无钾镁基饱和盐水钻井液”。对钾盐矿岩心的保护和井壁稳定起到了至关重要的作用，在 470.67 m 以深长裸眼钻进中，井壁无明显坍塌、溶蚀扩径情况发生，完钻物探测井平均井径扩大率为 12.2%，符合设计要求。镁基饱和盐水钻井液的无固相特点使其具有良好的流变性能，可满足绳索取心小环空钻进的大排量循环排屑要求，充分发挥了金刚石绳索取心采心率高的优势。在 330.39 m 时顺利取到盐岩层顶板岩心，后续施工中取出完整石盐、钾石盐矿心，其表面光滑，未发生溶蚀（见图 4）。2.7井控管理要求设计井深未满足地质目的时需加深钻进，直至钻穿勐野井组目的层，为应对钻遇含气层安全风险，必须安装井控装置，井控设备采用 2SFZ18-35型防喷器组、FS0705型四通、TF8-5/87-35型套管头、井控管汇等15，同时定制安装了 114.5 mm 绳索取心钻杆半封闸板解决防喷器闸板与绳索钻杆的配套技术问题。3存在问题及解决方法（1）428.29 m 后石盐岩、砂岩、泥岩及泥砾岩互层分布频繁交替出现，由于纯石盐岩研磨性极弱和特殊粒晶结构的原因，孕镶金刚石钻头钻遇石盐岩时机械钻速严重下降（由砂岩地层的 3.5 m/h 降至1.5 m/h），在定制使用了八刀翼双错齿 PDC 钻头后机械钻速提高至 3.0 m/h（见图 5a），石盐岩层较厚井段取得了单日进尺 38.0 m 的效率。但 PDC 钻头钻遇砂岩时机械钻速又降至 1.5 m/h 左右，而 PDC钻头在钻进泥砾岩时出现岩心表面泥砾崩落、岩矿心粗细不均的质量缺陷，如钻进过程中频繁更换钻头则增加了较多的提下钻辅助时间，严重影响施工进度。通过对孕镶金刚石钻头与 PDC 钻头钻进效果比对分析，在岩层厚薄不一、互层分布频繁交替出现，无法准确预测地层岩性厚度时，应当考虑孕镶金刚石钻头具有适应性强、取心质量好的优点。在 133 mm 孕镶金刚石钻头结构基础上改进为宽水口、大斜齿结构（见图 5b），通过减小金刚石切削面积提高钻头切削、破岩效果，增大过水断面以提高钻头水功率达到很好的排屑、冷却效果，同时达到减小钻头泥包的机率。通过钻头的改进，在后续深孔施工中达到平均机械钻速 1.701.76 m/h的稳定效果。（2）在泥岩、泥砾岩井段钻进，泥岩岩屑产生水图 4完整石盐岩（矿）心表 2JG-2井钻进参数配合开序导管一开二开三开钻头直径/mm152152152133类型复合片金刚石金刚石金刚石PDC取心工艺单管无泵反循环绳索取心绳索取心绳索取心绳索取心钻进参数钻压/kN3567141612151113转速/(rmin-1)119240240484240338119338排量/(Lmin-1)155190155190155300155300泵压/MPa1.52.01.52.52.53.52.53.5上返流速/(ms-1)0.530.650.530.650.721.120.721.12钻井液密度/(gcm-3)1.051.321.301.321.331.371.331.37362第 50卷增刊易强忠等：景谷凹陷钾盐地质调查 JG-2井钻探施工技术化 膨 胀 粘 附 于 钻 头 与 卡 簧，导 致 钻 头 与 卡 簧 泥包16，对机械钻速和岩心质量产生较大的影响。为此，在钻井液中添加润滑油改变钻头亲水性，添加有机硅抑制剂 GSY-1提高抑制钻头泥包的能力，而在钻进过程中采用起钻前增加循环时间、钻进倒杆间隙时间使用大排量（300 L/min）冲洗钻头水道与井底，通过使用以上方法，很好的解决了钻头与卡簧泥包的危害。（3）石盐岩层钻进中，因温差变化导致盐析重结晶产生了粗颗粒盐屑沉砂17，粗颗粒盐屑大部分聚集粘附于 150500 m 井段钻杆外壁，经分析为钻井液切力不足，通过添加适量的低粘增效粉（LBM），提高钻井液悬浮及携带石盐钻屑颗粒的能力，有效缓解了粗颗粒盐屑聚集粘附的问题。（4）在 1715.04、1736.15、1759.04 m 泥质粉砂岩井段发生了严重的失返性井漏，漏失量最大达 7 m3/h，漏失井段岩层纵、横向裂隙比较发育18（见图 6），通过采用膨润土、锯末、松树叶、植物胶、Aus-Plug膨胀堵漏剂19等惰性材料做成泥球送至漏失井段，再利用钻具碾压、钻扫进行桥塞封堵成功，后期循环过程中加入 801随钻堵漏剂并适当提高钻井液粘度加以巩固，有效解决了漏失问题，顺利进行了后续施工。4钻井完成情况4.1完钻质量完钻井深 1829.44 m，获取岩（矿）心长 1784.02 mm，平均岩心采取率 97.51%；完钻口径 133 mm，岩心直径78 mm；完钻井斜误差 4.19，井深校正误差 0.06 m，井身轨迹向南偏移-21.42 m；二开井径扩大率 14.03%，三开井径平均扩大率 12.2%。全部满足设计要求。4.2钻探目的完成情况地质设计完钻层位是扒沙河组，钻进中未见扒沙河组，实际完钻层位为景星组（K1j）（钻入 53.28 m未钻穿），岩性为粉砂质泥岩夹少量白色砂岩、棕红色构造角砾岩。井深 1348.07 m 时钻穿含盐层底板，盐矿层平均采取率 97.25%，采取了优质的盐层(a)133mmPDCJb)133mmUH.J图 5绳索取心金刚石钻头与 PDC钻头$P%$PF%$P%F)/PLQ图 6井漏岩心图片3632023年 9月钻探工程岩心，井深 1776.16 m 时钻穿勐野井组（K1me）目的层，设计目的与各项指标均优质完成。4.3钻探效率自 7 月 8 日开钻至 12 月 9 日 1829.44 m 完钻，平均台月效率达到 487.70 m。共用时 3624 h，其中纯钻进时间 1045.79 h，占比 28.86%；起下钻 1250.62 h，占 比 34.5%，占 比 较 高；扩 孔 401.24 h，占 比11.07%，占比略高20。由于绳索取心目前口径最大为 152 mm，在 大 井 眼 扩 孔 方 面 花 费 了 较 多 辅 助时间。5经验与建议JG-2 井在钾盐矿地质调查取心方面取得了一定的经验，但仍然存在以下问题与不足之处需要改进。（1）第四系采用无泵反循环钻进取心，达到了较好的岩心采取率，但钻时较慢、回次数量多、井内安全系数低，占用较多起下钻、出心辅助时间，今后类似钻孔在第四系松散土层无矿情况下可考虑降低采取率要求或分段满足采取率的设计。（2）一、二开井段逐级扩孔占用时间较多，应根据钻井情况及时调整钻井设计口径、结构。（3）石盐岩与砂岩、泥岩、泥砾岩互层频繁交替出现、层厚小，给钻头的选择带来较大的困难，频繁更换钻头严重影响了施工进度。应结合绳索取心工艺、借鉴石油系统 PDC 钻头经验，提前储备多种齿型、水口及相应胎体的钻头，以应对此类地层。（4）绳索取心钻杆接头壁厚小，在强研磨性（砂、粉砂岩）地层磨损较快，需经常提钻检查、更换，增加了较多的辅助时间与施工成本。在钻头外径、环空增大情况下，可考虑适当增大钻杆接头外径以延长其使用寿命。参考文献：1 苗忠英，郑绵平，娄鹏程，等.云南思茅盆地钾盐矿床的深源浅储成因模式来自于 Sr同位素的证据 J.中国地质，2022，49（6）：1923-1935.2 岳维好，高建国，李云灿，等.云南省勐野井式钾盐矿找矿模型及预测 J.地质与勘探，2011，47（5）：809-822.3 栾国栋，山东莱州吴一村 ZK01 科学钻孔钻探施工技术 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（4）：36-39，45.4 吕利强.滇西南钾盐调查 MK-3大口径超深井绳索取心钻进工艺 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（3）：53-585 周策，刘一民，罗光强，等.存储式光纤陀螺测斜探管研制 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（10）：147-159.6 易强忠，郎学伟，周兴华，等.云南金平长安金矿大倾角钻孔绳索取心施工技术 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（4）：48-55.7 岳永东，谭春亮，宋殿兰，等.基于绿色勘查的浅钻技术在浅覆盖区填图中的应用研究 J.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（12）：5-11.8 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