長沙黃花國際機場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T3航站樓配套能源中心提供“地?zé)?復(fù)合供能”服務(wù)。通過已實施完成的地?zé)?/a>探采結(jié)合井,進行地?zé)徙@井技術(shù)分析,為后期的地?zé)峋?/a>鉆井提供經(jīng)驗指導(dǎo),保障鉆井工程順利實施。通過區(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 620m),構(gòu)成后期沖積階地的基底巖層。至古近紀—新近紀期間,地殼歷經(jīng)多期次間歇性隆升,差異升降活動顯著增強,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)育五級階梯狀地貌,而瀏陽河沿岸則保留兩級階地,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烈隆起,主要出露冷家溪群淺變質(zhì)碎屑巖。南部長沙地區(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)褶皺和斷裂相對較少。3)水文地質(zhì)。長沙黃花國際機場坐落于長沙市主城區(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“干魚腦殼” 之稱謂。場址周邊基巖出露為白堊紀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)物探成果未見明顯高阻異常,推測在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,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,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,屬沖積扇-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), 反映了前白堊紀古地貌對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

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

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

2.2 鉆井液工藝

鉆進過程中,采用高黏纖維素、增黏劑、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀配制膠液,及時補充燒堿確保pH值為 8~9,保持鉆井液具有良好的流變性、較強的抑制能力和護壁防塌能力;在取心鉆進過程中,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)定性和潤滑性能,避免鉆井液因性能有較大波動而影響取心鉆進。根據(jù)實際鉆遇地層調(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。在施工過程中,750m之前采用單點井底測斜,750m以后采用定向鉆進實時控斜。前期階段由于追求進尺進度,井深750m處單點測斜的井斜達到17°,后期采用隨鉆測斜糾斜。定向鉆進技術(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,避免后期因井斜過大或糾斜產(chǎn)生狗腿度而引發(fā)鉆井事故。

側(cè)斜鉆進。在2 383.77 m段出現(xiàn)鉆具掉落打撈失敗的情況下進行了側(cè)斜鉆進。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始進入新眼軌跡。側(cè)斜鉆進施工工藝是保證完井的重要技術(shù)手段。

3)錄井工程。施工全過程進行綜合錄井,包括工程參數(shù)錄井、氣測錄井、巖屑錄井等,這對鉆進施工具有指導(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預(yù)測井底實際地?zé)釡囟?/a>有重要參考價值。氣測錄井未發(fā)現(xiàn)異常。巖屑錄井對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)測參數(shù)(實時數(shù)據(jù)每米記錄1次)及完井后的測井井溫數(shù)據(jù),長沙黃花國際機場探采結(jié)合井的井底地?zé)釡囟?/a>監(jiān)測成果較好。測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)實測值進行傳感器標(biāo)定,同時在各個階段應(yīng)用溫度計實測值對傳感器進行校正,不同電導(dǎo)參數(shù)對應(yīng)不同溫度值。根據(jù)隨鉆井溫監(jiān)測,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, 不過由于鉆井液在循環(huán)過程中受各方面因素影響,隨鉆井溫監(jiān)測數(shù)據(jù)僅存在參考意義。

對比測井各深度點井溫，1000m之前井口井溫與測井井溫相差不大，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，測井井溫與井口井溫的溫差增大，對比圖如圖2所示。

4 總結(jié)與展望

4.1 施工經(jīng)驗總結(jié)

中深層地?zé)衢_發(fā)中,井深2500~3000m段如果地?zé)豳Y源較好,高溫對鉆井液材料性能會造成一定的影響。本井施工過程中出現(xiàn)了正常鉆進鉆井液攜砂能力較弱,而劃眼過程中鉆井液攜砂能力較強的問題。 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,還會造成護壁能力減弱,一旦出現(xiàn)遇水膨脹的巖層,護壁能力減弱導(dǎo)致巖層浸水膨脹、井徑縮小。井徑縮小會給施工帶來各種問題,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。如果二開鉆進施工中發(fā)生事故,則停鉆裸眼狀態(tài)下的風(fēng)險較高,容易發(fā)生孔內(nèi)事故。

鉆進施工全過程應(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程中出現(xiàn)多次卡鉆,鉆進過程中該井段多次劃眼,在后期下套管之前進行了多趟通井作業(yè)。

應(yīng)加強勞動紀律,定崗定責(zé)。一旦出現(xiàn)異常情況及時報告,工程參數(shù)出現(xiàn)異常要第一時間報告給司鉆及井隊長,避免事故的發(fā)生及惡化。

要及時結(jié)合鉆遇地層巖屑分析及鉆時參數(shù)調(diào)整鉆具組合及工程參數(shù)。對各類事故要有專項處置預(yù)案。 在2048m處發(fā)生1次埋鉆憋泵事故,及時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)測井結(jié)果,井底2 510 m處地溫達到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)巖性熱物性試驗結(jié)果,井下熱儲層巖石物性導(dǎo)熱性良好。根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行不同工況下?lián)Q熱的數(shù)值模擬,單井供熱產(chǎn)能良好。后期進行同心管換熱測試工作,期望取得理想的試驗成果,為全面推進湖南省中深層地?zé)峥辈殚_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

通過對長沙黃花國際機場擴建項目地?zé)?a href="http://www.sdxhtgg.com/t/探采.html" >探采結(jié)合井的施工實踐與數(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施的核心;隨鉆測斜與綜合錄井技術(shù)在復(fù)雜工況下的精準應(yīng)用,有效規(guī)避了井斜失控與工程事故風(fēng)險。實測結(jié)果顯示,完井深度2510m處地溫達81℃,證實了該區(qū)域具備優(yōu)良的地?zé)?a href="http://www.sdxhtgg.com/t/資源.html" >資源潛力和開發(fā)價值。本項目形成的成套鉆井工藝與溫控監(jiān)測數(shù)據(jù),不僅驗證了“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。