湖南澧縣芒硝礦采鹵井建井施工工藝

1、湖南澧縣芒硝礦采鹵井建井施工工藝探礦工程(巖土鉆掘工程)2007年第11期湖南澧縣芒硝礦采鹵井建井施工工藝?yán)钣演x,李立明(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四.三隊,湖南石f-i415300)摘要:介紹了澧縣芒硝礦采鹵井建井施工工藝,針對建井施工中極易引起的鉆進(jìn)孔斜,垮塌,漏漿,巖礦心易破碎,環(huán)境污染等問題,采取了相應(yīng)的處理措施,取得了良好的效果.關(guān)鍵詞:芒硝礦;建井;鉆進(jìn);固井中圖分類號:p634.5;td265.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:b文章編號:16727428(2007)l1003005constructiontechnologyofbrineextractionwellofglaubermineinlj

2、countyofhunanprovince/llyou-hui.liliruing(no.403brigade,hunanbureauofgeologicalandmineralexplorationanddevelopment,shimenhunan415300,china)abstract:thepaperintroducedconstructiontechnologyofbrineextractionwellofglaubermineinlicounty,satisfiedresuitwasreceivedbysomecountermeasuresadoptedaccordingtoth

3、eseriesofdimcuities.suchasboreholedeviation.collapse,leakage.corebrokenandenvironmentpollutionetc.keywords:glaubermine;wellconstruction;drilling;cementing1工程概況澧縣芒硝礦礦區(qū)位于湖南省澧縣縣城以北9km,澧水下游沖積平原澧陽平原,是湖南省發(fā)現(xiàn)的第一個無水芒硝礦床,礦體呈層狀,似層狀,產(chǎn)狀平緩.無水芒硝主要礦體三礦組礦層累計厚6.5013.03in,平均厚l0.66in,平均品位62.39%,含礦率50%72%,無水芒硝礦儲量1342萬t.

4、自2001年7月投資進(jìn)行開采,開采方法采用鉆孔水溶法,每組采鹵井由3口井組成,開采采用單井對流與兩井對流工藝.2礦區(qū)地質(zhì)情況2.1地層情況地層自上而下描述如下.(1)全新統(tǒng)上更新統(tǒng)(q,+):粘土層,底部含砂,層厚4.913.85in.(2)中更新統(tǒng)(q):以砂礫(卵)石為主,局部地段的頂部或底部為細(xì)砂層,礫(卵)石粒徑0.215em,多數(shù)大于5em,含少量粒徑2030em的漂石,砂礫(卵)石層結(jié)構(gòu)松散,含孑l隙承壓水,層厚9.051.0in.(3)下更新統(tǒng)(q):上部為粘土,含砂粘土,含部分礫石,粒徑0.22em;中部為礫石,局部含綠色粘土;底部為礫卵石,粒徑0.215em不等,是礦區(qū)主要孑

5、l隙含水層之一.層厚23.0158.0in.(4)新溝嘴組上互層段(e):紫紅色粉砂質(zhì)泥巖夾灰綠色泥巖,含稀少石膏;中下部為紫紅色砂質(zhì)泥巖與灰綠色泥巖不等厚互層.層厚52.0123.0in.(5)新溝嘴組含鹽巖段第五亞段(e卜):含泥質(zhì)鈣芒硝巖,鈣芒硝巖,頂部及底部為云質(zhì)泥巖.下部部分鈣芒硝具硬石膏外形,呈球粒狀.層厚40.050.0in.(6)含鹽巖段第四亞段(e卜).三礦組頂板:含泥質(zhì)鈣芒硝巖,鈣芒硝巖夾云質(zhì)泥巖,部分鈣芒硝具硬石膏外形,呈球粒狀產(chǎn)出,層厚3.56.5in.三礦組:無水芒硝礦夾含泥質(zhì)鈣芒硝巖,層厚16.522.5in.三礦組底板:含泥質(zhì)鈣芒硝巖,鈣芒硝巖,部分地段分布23層

6、含硬石膏或含鈣芒硝的云質(zhì)泥巖,白云巖或瀝青質(zhì)頁巖.2.2工程地質(zhì)特征(1)第四系屬松散軟弱多層狀巖組,其粘性土潮濕飽和,粘性較好好,呈軟塑硬塑狀態(tài);砂及砂礫(卵)石層結(jié)構(gòu)松散,飽水,施工中易垮塌.(2)下第三系屬軟弱半堅硬層狀巖組,粉砂泥巖及泥質(zhì)粉砂巖,質(zhì)地軟弱,鈣芒硝屬難溶礦物,收稿日期:2007一o4一l5作者簡介:李友輝(1968一),男(漢族),湖南石門人,湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四.三隊,探礦工程專業(yè),從事樁基施工,礦產(chǎn)勘查技術(shù)和管理工作,湖南省石門縣澧陽東路4號,lyh.403163.corn.2007年第11期探礦工程(巖土鉆掘工程)31數(shù)量多的云泥質(zhì)薄層屬質(zhì)地軟弱層,穩(wěn)固性較差

7、.(3)礦區(qū)主要含水層為第四系孔隙承壓含水層,以潛流形式向東排泄,水位埋深<10m,第四系中的粘性土層為極弱不透水層,為相對隔水層;礦層,圍巖及其頂?shù)装鍢O弱不透水,為相對隔水層.3井身結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求3.1井身結(jié)構(gòu)采鹵井采用垂直井型,三段式井身結(jié)構(gòu).一開井徑425mm,表層套管0377mm,混凝土固井;二開井徑311mm,止水套管0219mm,a級油井水泥固井;三開井徑190mm,技術(shù)套管0139.7mm,g級油井水泥固井;中心管為073mm,掃孔終孔井徑為110mm,終井孔深240275m.其井身結(jié)構(gòu)如圖1所示圖1井身結(jié)構(gòu)示葸圖3.2技術(shù)要求3.2.1鉆井質(zhì)量要求(1)鉆井深度:鉆穿礦層

8、并超深5m,以滿足測井要求.(2)深度誤差:完井深度,取心層位與電測深度對比,誤差1%o.(3)井斜:井底最大水平位移4m,井斜度變化率0.5m/30m.(4)井徑擴(kuò)大率10%.3.2.2錄井技術(shù)要求3.2.2.1巖屑錄井撈屑間距:設(shè)計要求e層段以上為5m,e2x3-5層段為3m,e2x層段為1m:取屑質(zhì)量500g;巖屑采集后,洗凈晾干,裝袋保存,并在樣袋上填寫井號,編號,井深度;在巖屑鑒定分出各巖類百分比的基礎(chǔ)上,進(jìn)行分層描述,并及時編制1:200現(xiàn)場錄井剖面柱狀圖.3.2.2.2鉆時錄井鉆井錄井間距e層段為2m,e2x3-4層段為1m.3.2.2.3巖心錄井一般一組井只對兩端井進(jìn)行取心,巖

9、心采取率80%.巖礦心從巖心管取出洗凈,按巖心出管順序擺放在巖心箱內(nèi),經(jīng)檢查無誤后,對巖礦心進(jìn)行編號.巖礦心均按1:50分層精度進(jìn)行巖礦心編錄描述.編錄及時,定名嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確,描述全面,重點突出.3.2.2.4簡易水文觀測要求每班2次,時間間隔30min.在鉆井過程中,如遇涌水,漏水,孔內(nèi)坍塌,放空等,都要詳細(xì)記錄井深,層位,涌漏量,配合巖屑錄井,對其作出初步判斷.3.2.3測井要求鉆至三礦組底板以下5m要求對全井段進(jìn)行常規(guī)電測井,比例1:500,具體測井項目為:人工伽瑪,自然伽瑪,井徑,井溫(井底).3.2.4固井質(zhì)量要求(1)套管下至鉆井深度.(2)水泥漿返至地表.(3)套管柱密封良好,水泥膠

10、結(jié)良好,套管不斷不破,管外不冒水,氣.(4)試壓合格:止水套管試壓1mpa,技術(shù)套管試壓3mpa,試壓達(dá)到規(guī)定值后,30min后壓力下降0.5mpa.(5)測井曲線解釋:全井段全部合格,隔水層為優(yōu)良段.4施工工藝根據(jù)開采工藝要求,設(shè)計采用垂直井型,三段式井身結(jié)構(gòu).4.1完井方式取心井采用先期完井,不取心井采用裸眼后期完井.其成井工藝流程如圖2所示.4.2鉆進(jìn)施工工藝4.2.1鉆進(jìn)方法采用正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方法,無心鉆進(jìn)用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁,取心鉆進(jìn)用鹵水飽和液護(hù)礦鉆進(jìn).4.2.2鉆進(jìn)難點(1)鉆孔較深,砂礫(卵)石層厚且粒徑大,鉆孔易彎曲;32探礦工程(巖土鉆掘工程)2007年第11期圖2成井工藝流程

11、圖(2)砂礫(卵)石層易垮塌,漏漿,漂石易掉落卡鉆;(3)粉砂泥巖及泥質(zhì)粉砂巖易擴(kuò)徑和垮塌;(4)無水芒硝易溶蝕且可鉆性為25級,極易破碎,取心難度大.4.2.3鉆進(jìn)設(shè)備礦區(qū)為農(nóng)田保護(hù)區(qū),沒有較好的施工便道,這要求機械設(shè)備便于拆卸搬運.根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)條件,設(shè)計要求,綜合本工程的特點,選用國產(chǎn)xy一45型鉆機,配3pnl型泥漿泵和bw一250型泥漿泵.4.2.4鉆具結(jié)構(gòu)(1)一開采用0425mill三翼硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn),89mm鉆桿.(2)二開采用311l/un三翼硬質(zhì)合金鉆頭,三牙輪鉆頭鉆進(jìn),配6.0m長273mm導(dǎo)向管,89mm鉆桿.(3)三開采用190mm三翼硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn),配6.0m長1

12、80mm導(dǎo)向管,89mm鉆桿.(4)110mm井段采用金剛石鉆頭鉆進(jìn),配4.5m長108mm巖心管,50mm鉆桿.4.2.5鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)和沖洗液性能(見表1)表1各層鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)和沖洗液性能表4.3固井工藝4.3.1管材安放(1)管材用xy一45型鉆機的卷揚起吊安放.(2)表層套管(377mmx8mm)為20號卷管,止水套管(219mmx8mm)為(j55)api石油管材,技術(shù)套管(139.7mmx7.72mm)為(n80)api石油管材,中心管(3mmx5.51mm)為(n80)api石油管材.(3)止水套管,技術(shù)套管,中心管均采用接箍絲扣連接,絲扣刷白厚漆進(jìn)行密封防銹.(4)止水套管,技術(shù)

13、套管安放時,在井口下約0.5m處及往下每隔4050m井管處各焊一組護(hù)正板,以保證套管居中.4.3.2固井和試壓(1)因施工交通不便,使用了便于拆卸搬運的設(shè)備:2m自制攪拌機2臺套攪拌水泥漿,2臺bw一250型泵并聯(lián)注漿.(2)表層套管采用管外普通水泥和砂,石料攪拌的混凝土固井;止水套管用a級油井水泥攪拌的水泥漿(密度1.8g/cm)固井,技術(shù)套管用g級油井水泥攪拌的水泥漿(密度1.8g/cm)固井.水泥漿方量通過井徑曲線計算,保證有充足的漿量連續(xù)注入并返出井口.(3)使用密度1.25g/cm的稀水泥漿替換套管內(nèi)濃漿,替漿時首先計算并準(zhǔn)備好替漿方量,使止水套管,技術(shù)套管管內(nèi)水泥柱心長度均大于15

14、m.(4)孔口返漿密度1.65g/cm,關(guān)井候凝期間,在上部空隙部分用水泥漿補灌至井口.(5)止水套管固井候凝48h后試壓,試壓壓力1mpa,30min壓力降<0.5mpa;技術(shù)套管固井候凝72h后試壓,試壓壓力3mpa,30min壓力降<0.5mpa.4.3.3測井(1)測井設(shè)備:jjz41a型四筆全自動測井記錄儀2臺套;jfs一1a型單道閃爍輻射測井儀2臺套;jjx一3a型測斜儀2臺;jjy一1a型井徑儀2臺;jw一1型井溫儀2臺.(2)測井內(nèi)容:人工伽瑪檢查止水套管,技術(shù)套2007年第11期探礦工程(巖土鉆掘工程)33管固井質(zhì)量;天然伽瑪,人工伽瑪,井徑曲線綜合對比定量解釋三

15、礦組里各自然無水芒硝礦層的井深位置及厚度9?天然伽瑪曲線檢查下第三系巖石中放射性賦存情況;每鉆進(jìn)30m測斜1次;止水套管和技術(shù)套管固井前各測井徑1次;鉆進(jìn)終井洗井后測井溫1次.5施工技術(shù)措施5.1防斜保直措施因鉆孔較深,地層軟硬不均,第四系結(jié)構(gòu)松散且卵石粒徑大,極易造成孔斜,因此施工中采取了以下防斜保直措施:(1)重視設(shè)備安裝.鉆機平臺地基提前半個月經(jīng)過清淤碾壓,使地基堅固;鉆機安裝時,塔上滑車,鉆機立軸和孔位做到三點一線,然后把鉆機立軸準(zhǔn)確地固定.機座用地腳螺釘固定在枕木上,避免鉆機移位.堅持每天檢查鉆機三點一線和移位情況,發(fā)現(xiàn)問題及時糾正.(2)把好開孔關(guān).開孔時,檢查鉆具的同心度,確保開

16、孔的垂直性.(3)正確選擇鉆具結(jié)構(gòu).使用不彎曲,不偏心,不扁的鉆具,連接后檢查其軸線的同心度;使用0108mmx7.1mm厚壁剛性好的巖心管,不易變形,防斜效果好;導(dǎo)向管長為6.0m,較長且與井壁間隙較小,提高了鉆具的導(dǎo)正性,以利防斜.(4)選擇好鉆進(jìn)參數(shù).地層由軟換硬時,軸心壓力適當(dāng)減輕,轉(zhuǎn)速降低;由硬換軟時,壓力減小到正常壓力的1/3;在松散地層鉆進(jìn)時,使用粗徑鉆具,適當(dāng)減少鉆進(jìn)液量,以保護(hù)孔壁,減小間隙,增強防斜能力.5.2護(hù)壁堵漏措施(1)控制下鉆速度,升降機操作平穩(wěn),減少慣性效應(yīng),以避免破壞孔壁.(2)隨時調(diào)整沖洗液的性能,保持孔底清潔,避免造成泥包.細(xì)砂易塌地層實行快速通過,使用密

17、度稍大的泥漿以穩(wěn)定孔壁,開泵要穩(wěn),防止沖垮地層.(3)彎曲的鉆桿不能用,以免造成對孔壁的碰撞和敲打.(4)漏漿層鉆進(jìn)時,升降鉆具要慢要穩(wěn);3pnl型泵用三通控制,開泵要慢,用小泵量循環(huán);泥漿密度降至1.2g/cm左右,加入聚丙烯酰胺和惰性材料如鋸木粉等,泵人孔內(nèi)堵漏.(5)泥質(zhì)砂巖地層鉆進(jìn)時,泥漿中加入cmc降失水劑,控制孔徑擴(kuò)大和垮塌.5.3保證取心率措施(1)使用110mm金剛石鉆頭單管取心,巖礦心直徑較粗,易于卡取;機械鉆速快,對巖心的破壞小.(2)鹵水飽和液配制:鹽+泥粉+cmc.此飽和液中懸浮有鹽顆粒,這能隨時補充因井底溫度升高所需鹽量,不使沖洗液失去飽和性,保證巖礦心不被溶蝕,提高

18、巖礦心的完整性.(3)回次進(jìn)尺控制在34m,回次時間控制在30min內(nèi).(4)采用卡料卡心方法,卡料使用25mm的碎石和長度為15cm的1o號鐵絲.(5)提鉆方法:慢速提升,起鉆剎車穩(wěn),回繩穩(wěn),插放墊叉穩(wěn),擰卸鉆桿穩(wěn).(6)提前做好取心工具的準(zhǔn)備,每次使用前后對取心工具進(jìn)行檢查.(7)堅持見礦預(yù)報制度和守礦制度,堅守崗位和遵守規(guī)章制度,避免人為因素對取心質(zhì)量的影響.5.4污漿處理措施采鹵井施工有大量的化學(xué)污漿物產(chǎn)生,這些污漿物對農(nóng)田的污染特別嚴(yán)重,采取了以下治理措施:(1)設(shè)置排污池:每口井均圍筑了一個約80m的污漿池,池底和四周均鋪上彩條布以防止污漿滲漏.(2)外運污漿物:每口井施工完畢后,

19、待排污池內(nèi)的污漿沉淀,水分蒸發(fā)后,用渣土車將沉淀物運至指定地點排放并集中處理.5.5保證固井質(zhì)量措施(1)止水套管,技術(shù)套管及中心管均采用api石油管材,降低了套管在服務(wù)年限內(nèi)被銹穿的可能性.止水套管和技術(shù)套管安放時分別安置3個和5個扶正板,使套管居中,避免水泥環(huán)單邊現(xiàn)象.(2)固井采用油井水泥,提高水泥漿的強度和抗鹽能力.(3)固井段的實際孔徑略大于設(shè)計孔徑,提高水泥環(huán)的厚度.(4)鉆進(jìn)和擴(kuò)孔時,加強鉆井液性能管理和提高操作水平,減少超徑,防止固井時水泥側(cè)流現(xiàn)象.(5)固井時水泥注入設(shè)計量充足,確保每次固井時水泥漿均返出地面.6施工效果評價6.1鉆進(jìn)工藝探礦工程(巖土鉆掘工程)2007年第1

20、1期就已完成的前五期采鹵井的鉆進(jìn)效果來看,第一期完成建井需40天左右,而從采鹵井第二期開始,采用現(xiàn)在的施工工藝完成建井只需1517天;早期取心鉆進(jìn)使用硬質(zhì)合金鉆頭,取心率80%左右,但后兩期使用金剛石鉆頭取心,取心率均在95%以上.現(xiàn)階段的鉆進(jìn)設(shè)備,技術(shù)參數(shù)的選擇,鉆頭選擇,鉆井液的配制已e1趨完善,效果明顯.6.2固井工藝第一期選用20號無縫鋼管,但由于材質(zhì)軟,施工中絲扣容易損壞,止水套管和技術(shù)套管經(jīng)常無法緊箍到位,往往要重新加工,造成極大的時間和財物浪費;從第二期開始,止水套管,技術(shù)套管,中心管均采用石油管材,施工中省力省時,也充分保證了下管質(zhì)量.注漿時,因礦區(qū)道路不適宜使用固井車,但充分

21、利用自制設(shè)備,做到了優(yōu)質(zhì)高效固井.6.3存在問題(1)鉆桿絲扣銹蝕嚴(yán)重,受力不均,接箍材質(zhì)和加工有問題,鉆進(jìn)中鉆桿斷扣和滑絲經(jīng)常發(fā)生,今后應(yīng)引起重視,加強管理.(2)第四系鉆進(jìn)時牙輪鉆頭磨損嚴(yán)重,應(yīng)加強泥漿的管理和鉆進(jìn)參數(shù)的選擇,減少鉆頭磨損;磨損鉆頭也要重新加工利用以降低成本.7結(jié)語通過澧縣芒硝礦前五期采鹵井(132口)的施工,使用國產(chǎn)xy一45型鉆機,三翼硬質(zhì)合金鉆頭和三牙輪鉆頭泥漿正循環(huán)鉆進(jìn),取心鉆進(jìn)用金剛石鉆頭和鹵水飽和液施工,成井質(zhì)量和取心質(zhì)量完全能夠達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求;固井管材的安放,固井的質(zhì)量從測井的效果看均達(dá)到設(shè)計要求;化學(xué)污漿的排放和處理效果良好,未造成礦區(qū)環(huán)境污染.從澧縣芒

22、硝礦的采鹵井的開采情況看,沒有出現(xiàn)固井管材斷裂和鹵水滲涌地表的現(xiàn)象.實踐證明澧縣芒硝礦的采鹵井建井施工工藝是成熟的,取得了很好的效果,獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,為施工同類采鹵井提供了可以借鑒的經(jīng)驗.l】美聯(lián)合非開控工程研夯l】心在武漢成立本刊訊2007年1o月10日,中美聯(lián)合非開挖工程研究中心在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)成立,它是由中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)與美國路易斯安娜工業(yè)大學(xué)美國國家非開挖工程研究中心,美國德克薩斯大學(xué)地下設(shè)施研究與教育中心以及普渡大學(xué)聯(lián)合共同成立的一個以非開挖工程及地下基礎(chǔ)設(shè)施為主要研究對象的一個中美聯(lián)合學(xué)術(shù)機構(gòu).中國地質(zhì)大學(xué)校長張錦高和美國普渡大學(xué)教授tomiseley博士為中心成立揭牌.中國地質(zhì)大學(xué)副校長唐輝明教授任該中心主任,原國際非開挖協(xié)會主席sterling博士,美國非開挖領(lǐng)域的創(chuàng)始人和開拓者iseley博士以及美國德州大學(xué)的najan博士分別被聘請為中國地質(zhì)大學(xué)客座教授并擔(dān)任該中心的聯(lián)合主任,中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)馬保松教授任常務(wù)副主任,主持