長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓規(guī)劃配套的中深層地?zé)崮?/a>源站,采用“取熱不取水”技術(shù)為T(mén)3航站樓配套能源中心提供“地?zé)?復(fù)合供能”服務(wù)。通過(guò)已實(shí)施完成的地?zé)?/a>探采結(jié)合井,進(jìn)行地?zé)徙@井技術(shù)分析,為后期的地?zé)峋?/a>鉆井提供經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo),保障鉆井工程順利實(shí)施。通過(guò)區(qū)域地質(zhì)特征、地?zé)岬刭|(zhì)條件分析以及鉆井工藝、鉆井液工藝、鉆探輔助工藝設(shè)計(jì)總結(jié),為后期規(guī)劃的地?zé)峋?/a>群建設(shè)提供技術(shù)參數(shù)指導(dǎo)。

1 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

1)地層。研究區(qū)發(fā)育中生代至新生代沉積序列。 晚白堊世期間,區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)以持續(xù)沉降為特征,形成陸相斷陷盆地內(nèi)的殘余丘陵地貌,堆積了以粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)砂巖為主的紅色碎屑巖系(最大累積厚度達(dá) 620m),構(gòu)成后期沖積階地的基底巖層。至古近紀(jì)—新近紀(jì)期間,地殼歷經(jīng)多期次間歇性隆升,差異升降活動(dòng)顯著增強(qiáng),構(gòu)造形跡以高角度正斷層系為主導(dǎo)。在此背景下,湘江流域發(fā)育五級(jí)階梯狀地貌,而瀏陽(yáng)河沿岸則保留兩級(jí)階地,均屬流水侵蝕與構(gòu)造抬升耦合作用的產(chǎn)物。2)構(gòu)造。本探采結(jié)合井位于湘東北斷隆帶南部。本帶最顯著的特征是強(qiáng)烈隆起,主要出露冷家溪群淺變質(zhì)碎屑巖。南部長(zhǎng)沙地區(qū)出露上古生界,其底部跳馬澗組與冷家溪群或板溪群角度不整合接觸, 該區(qū)褶皺和斷裂相對(duì)較少。3)水文地質(zhì)。長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)坐落于長(zhǎng)沙市主城區(qū)以東約24km處,隸屬于黃花鎮(zhèn),地貌單元屬瀏陽(yáng)河與撈刀河兩大水系的分水嶺區(qū)域。從水文地質(zhì)條件來(lái)看,該區(qū)地表徑流發(fā)育程度較低,第四系松散層持水性差,民間素有“干魚(yú)腦殼” 之稱謂。場(chǎng)址周邊基巖出露為白堊紀(jì)陸相沉積形成的厚層紅色泥質(zhì)砂巖與鈣質(zhì)粉砂巖互層,地層產(chǎn)狀近水平(傾角<5°),構(gòu)造形跡以稀疏節(jié)理為主,區(qū)域性斷裂帶不發(fā)育。

1.2 鉆遇地層分布

鉆遇地層分布情況如表1所示。

1.3 地?zé)岬刭|(zhì)條件

1)蓋層。擬建能源中心位于北東向斷裂與北西向斷裂交匯位置。與F10斷層最近平面距離約230m,與 F12斷層最近平面距離約750m,據(jù)物探成果未見(jiàn)明顯高阻異常,推測(cè)在3000m勘查深度范圍內(nèi)不存在隱伏巖漿巖巖體。但北東向斷裂切割深度較大,存在多期活動(dòng),沉積盆地北緣出露有燕山晚期花崗巖,因此沿北東向斷層深部不排除存在花崗巖的可能性。

2)儲(chǔ)熱層。工作區(qū)位于黃花向斜東南翼,向斜沉積了巨厚層紅色碎屑巖。其基底為冷家溪群板巖,整體呈北端埋深淺、南端埋深大特征。工作區(qū)北部靠近沉積盆地中心,紅層厚度1 700~2300m。據(jù)物探成果推測(cè),巖層傾角7.6°,傾向北西。研究層位屬下白堊統(tǒng)神皇山組下部層位,巖性主體為塊狀至厚層狀灰質(zhì)礫巖層,屬?zèng)_積扇-辮狀河沉積體系產(chǎn)物,具鈣質(zhì)-泥質(zhì)混合膠結(jié)特征。礫巖碎屑組分以板巖巖屑為主導(dǎo)(占比60%~70%),次為灰?guī)r礫石(占比20%~25%)。區(qū)域沉積基底為中元古代冷家溪群板巖,在早白堊世裂陷盆地形成前,長(zhǎng)期暴露于表生風(fēng)化作用,形成古風(fēng)化殼,厚度具顯著空間異質(zhì)性,與古地形起伏呈正相關(guān), 反映了前白堊紀(jì)古地貌對(duì)沉積基底改造的控制效應(yīng)。

2 地?zé)峋@探施工

2.1 鉆井工藝設(shè)計(jì)

采用ZJ40型鉆機(jī),其設(shè)備負(fù)荷能力及配置滿足 4000m井深(根據(jù)實(shí)鉆地?zé)?/a>參數(shù)確定完鉆井深)鉆井的需求。井架總高度為42 m,滿足機(jī)場(chǎng)限高的要求。

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.2 鉆井液工藝

鉆進(jìn)過(guò)程中,采用高黏纖維素、增黏劑、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀配制膠液,及時(shí)補(bǔ)充燒堿確保pH值為 8~9,保持鉆井液具有良好的流變性、較強(qiáng)的抑制能力和護(hù)壁防塌能力;在取心鉆進(jìn)過(guò)程中,控制好鉆井液處理劑的添加速度及配比,確保鉆井液的穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性能,避免鉆井液因性能有較大波動(dòng)而影響取心鉆進(jìn)。根據(jù)實(shí)際鉆遇地層調(diào)節(jié)鉆井液的黏度,確保鉆井液的攜砂能力滿足要求。

2.3 鉆探輔助工藝

1)定向鉆進(jìn)。在施工過(guò)程中,750m之前采用單點(diǎn)井底測(cè)斜,750m以后采用定向鉆進(jìn)實(shí)時(shí)控斜。前期階段由于追求進(jìn)尺進(jìn)度,井深750m處單點(diǎn)測(cè)斜的井斜達(dá)到17°,后期采用隨鉆測(cè)斜糾斜。定向鉆進(jìn)技術(shù)在鉆井施工中工藝已經(jīng)成熟,能夠較好地控井斜、節(jié)約成本、保障工期,避免后期因井斜過(guò)大或糾斜產(chǎn)生狗腿度而引發(fā)鉆井事故。

側(cè)斜鉆進(jìn)。在2 383.77 m段出現(xiàn)鉆具掉落打撈失敗的情況下進(jìn)行了側(cè)斜鉆進(jìn)。在固井段1900~2048m 處完成側(cè)鉆工程,根據(jù)返出巖屑判斷鉆孔下段開(kāi)始進(jìn)入新眼軌跡。側(cè)斜鉆進(jìn)施工工藝是保證完井的重要技術(shù)手段。

3)錄井工程。施工全過(guò)程進(jìn)行綜合錄井,包括工程參數(shù)錄井、氣測(cè)錄井、巖屑錄井等,這對(duì)鉆進(jìn)施工具有指導(dǎo)和輔助作用,做出了多次工程參數(shù)示警,避免了事故的發(fā)生。2 382.00~2 383.77 m段(舊鉆眼已固封)泵壓從10 MPa快速下降至7 MPa,懸重由 774.8 kN降至745.0 kN,示警后起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具斷裂脫落,2 445.00~2 446.28 m段泵壓由12 MPa突降至 10MPa,鉆壓下降,示警后起鉆發(fā)現(xiàn)鉆具刺漏。工程參數(shù)中泥鉆井液的井口出口溫度對(duì)預(yù)測(cè)井底實(shí)際地?zé)釡囟?/a>有重要參考價(jià)值。氣測(cè)錄井未發(fā)現(xiàn)異常。巖屑錄井對(duì)地層劃分及鉆具組合選用有重大意義。

3 井溫成果匯總

根據(jù)井口鉆井液溫度的監(jiān)測(cè)參數(shù)(實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每米記錄1次)及完井后的測(cè)井井溫?cái)?shù)據(jù),長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)探采結(jié)合井的井底地?zé)釡囟?/a>監(jiān)測(cè)成果較好。測(cè)定井溫的傳感器分別安裝在出井口的泥漿罐和入井口的泥漿罐,前期根據(jù)實(shí)測(cè)值進(jìn)行傳感器標(biāo)定,同時(shí)在各個(gè)階段應(yīng)用溫度計(jì)實(shí)測(cè)值對(duì)傳感器進(jìn)行校正,不同電導(dǎo)參數(shù)對(duì)應(yīng)不同溫度值。根據(jù)隨鉆井溫監(jiān)測(cè),以鉆井液出口溫度數(shù)據(jù)得到如圖1所示的井口井溫監(jiān)測(cè)圖。從圖1可發(fā)現(xiàn)本井井溫隨深度加大呈不斷上升趨勢(shì), 不過(guò)由于鉆井液在循環(huán)過(guò)程中受各方面因素影響,隨鉆井溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)僅存在參考意義。

對(duì)比測(cè)井各深度點(diǎn)井溫，1000m之前井口井溫與測(cè)井井溫相差不大，1000m之后鉆井液循環(huán)至井口的溫度損失在10℃以上。隨著深度的增大，測(cè)井井溫與井口井溫的溫差增大，對(duì)比圖如圖2所示。

4 總結(jié)與展望

4.1 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

中深層地?zé)衢_(kāi)發(fā)中,井深2500~3000m段如果地?zé)豳Y源較好,高溫對(duì)鉆井液材料性能會(huì)造成一定的影響。本井施工過(guò)程中出現(xiàn)了正常鉆進(jìn)鉆井液攜砂能力較弱,而劃眼過(guò)程中鉆井液攜砂能力較強(qiáng)的問(wèn)題。 鉆井液材料的組分配比一定要考慮到高溫的影響。鉆井液材料的高溫失效不僅導(dǎo)致攜砂能力弱,還會(huì)造成護(hù)壁能力減弱,一旦出現(xiàn)遇水膨脹的巖層,護(hù)壁能力減弱導(dǎo)致巖層浸水膨脹、井徑縮小。井徑縮小會(huì)給施工帶來(lái)各種問(wèn)題,例如起下鉆卡鉆、井眼塌孔、劃眼造成大肚子,更有可能產(chǎn)生新的井眼軌跡。

二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)在中深層及深層地?zé)?/a>井中有較多不足之處。如果二開(kāi)鉆進(jìn)施工中發(fā)生事故,則停鉆裸眼狀態(tài)下的風(fēng)險(xiǎn)較高,容易發(fā)生孔內(nèi)事故。

鉆進(jìn)施工全過(guò)程應(yīng)控制井斜,避免出現(xiàn)帶狗腿度的軌跡井眼。狗腿度對(duì)后期施工影響很大。在本井施工中,750~800m段帶狗腿度的井段在下鉆過(guò)程中出現(xiàn)多次卡鉆,鉆進(jìn)過(guò)程中該井段多次劃眼,在后期下套管之前進(jìn)行了多趟通井作業(yè)。

應(yīng)加強(qiáng)勞動(dòng)紀(jì)律,定崗定責(zé)。一旦出現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告,工程參數(shù)出現(xiàn)異常要第一時(shí)間報(bào)告給司鉆及井隊(duì)長(zhǎng),避免事故的發(fā)生及惡化。

要及時(shí)結(jié)合鉆遇地層巖屑分析及鉆時(shí)參數(shù)調(diào)整鉆具組合及工程參數(shù)。對(duì)各類事故要有專項(xiàng)處置預(yù)案。 在2048m處發(fā)生1次埋鉆憋泵事故,及時(shí)采用了鉆具組合上端加震擊器的措施,在應(yīng)用震擊器的30min內(nèi), 鉆井液循環(huán)系統(tǒng)恢復(fù),最終提鉆成功。

4.2 地?zé)?/a>成果展望

根據(jù)測(cè)井結(jié)果,井底2 510 m處地溫達(dá)到81℃, 該井區(qū)域具備較好的地?zé)豳Y源潛力,地?zé)?/a>應(yīng)用前景良好。根據(jù)巖性熱物性試驗(yàn)結(jié)果,井下熱儲(chǔ)層巖石物性導(dǎo)熱性良好。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同工況下?lián)Q熱的數(shù)值模擬,單井供熱產(chǎn)能良好。后期進(jìn)行同心管換熱測(cè)試工作,期望取得理想的試驗(yàn)成果,為全面推進(jìn)湖南省中深層地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)和綜合利用,以及后續(xù)生產(chǎn)井施工奠定良好的工作基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙黃花國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目地?zé)?a href="http://sdxhtgg.com/t/探采.html" >探采結(jié)合井的施工實(shí)踐與數(shù)據(jù)分析,系統(tǒng)總結(jié)了該區(qū)域中深層地?zé)?/a>鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。研究表明,針對(duì)白堊系紅層及板溪群地層特征,優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)與鉆井液高溫性能是保障深部鉆探順利實(shí)施的核心;隨鉆測(cè)斜與綜合錄井技術(shù)在復(fù)雜工況下的精準(zhǔn)應(yīng)用,有效規(guī)避了井斜失控與工程事故風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示,完井深度2510m處地溫達(dá)81℃,證實(shí)了該區(qū)域具備優(yōu)良的地?zé)?a href="http://sdxhtgg.com/t/資源.html" >資源潛力和開(kāi)發(fā)價(jià)值。本項(xiàng)目形成的成套鉆井工藝與溫控監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),不僅驗(yàn)證了“取熱不取水”技術(shù)路線的可行性, 也為中南地區(qū)同類中深層地?zé)豳Y源的規(guī)模化勘查與高效利用提供了重要的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。