深大断裂中钻探事故处理的工艺创新应用.pdf
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1、2023年8 月第43卷增刊第1期四川地质学报Vol.43Suppl.No.1Aug.,2023深大断裂中钻探事故处理的工艺创新应用夏可成,王锐,沈和明(四川省第七地质大队,四川乐山6 140 0 0)摘要:一般深孔钻探(50 0 m以上)中遇断层、软弱带,出现孔内事故是很正常的事,但是连续遇到多个断层破碎带、且厚度又特别大(30 m以上)出现事故套事故,处理起来就异常困难。墨守成规处理事故,往往难以凑效。具创新性、针对性的改进孔内事故处理措施就显得非常必要。针对某深地资源勘查项目中ZK01孔,在8 90 10 56 m段遇6 2 m厚大断层,反复出现卡钻、抱钻事故。经过深入分析每次事故原因,
2、不断探索创新改进工艺,总结出水泥封孔、跨口径钻头等新工艺,终处置成功,并顺利完成设计工作量。以期为同类钻探事故处理提供参考与借鉴。关键词:深钻;事故;创新中图分类号:P634.5;P6 34.8DOI:10.3969/j.issn.1006-0995.2023.S1.0251地质背景钻探施工所在勘查区地处南北向延伸的扬子地台康滇地轴中段东缘、东西向会理-东川坳拉槽的北部、河口复式背斜北段。勘查区地质构造复杂,具多期次、多方向叠加活动的特点,整体构造形迹呈近南北向,并向北东偏转,小型局部褶曲较为发育。区内主要出露前震旦系因民组、落雪组、黑山组。因民组岩性主要为绢云千枚岩、炭质板岩、石英(炭质)白
3、云石大理岩,夹石榴白云片岩。落雪组岩性主要为石英(条带状硅质、砂质)白云石大理岩,间夹炭质千枚岩、绢云钙质千枚岩、石英白云片岩。黑山组主要岩性为炭质板岩、炭质绢云千枚岩,夹(条带状硅质)白云石大理岩、凝灰质变砂岩、含铁变粉砂岩。白果湾组主要岩性为砾岩,次为砂页岩、砂砾岩。勘查区岩浆侵人作用以活动频繁、规模小、基性超基性岩发育为特征,多呈岩枝、小岩床、岩墙成群产出。岩浆岩以晋宁期辉长岩和海西期闪长岩为主,其余如煌斑岩,均呈规模较小的岩脉状产出。ZK01钻孔穿越的地层岩性复杂多变,软硬不一,且出现多层、规模较大断层,构造碎裂岩、断层泥发育,都是钻探施工的重大不利因素。地质条件如表1。序号埋深(m)
4、0.00 222.00222.00 229.00229.00 744.00744.00 751.00751.00890.00890.00 917.00917.00 1057.001057.00 1119.001119.00 1130.001130.00 1138.00团1138.00 1182.001182.00 1187.001187.00 1203.0文献标识码:A表1钻孔地质条件厚度(m)222.07.0515.07.0139.027.0140.062.011.08.044.05.016文章编号:10 0 6-0 995(2 0 2 3)S1-0128-05岩性特征岩体,块状、片状构造,
5、较完整断层,深灰色,以角砾、断层泥组成,极破碎;层状、块状岩类,较完整;断层,以角砾、断层泥组成,极破碎;层状、块状岩类,较破碎;断层,以石墨化角砾、软塑的断层泥组成。极破碎;层状、块状岩类,较破碎;断层,以角砾、软塑的断层泥组成。极破碎;层状、块状岩类,较破碎;断层,以角砾、断层泥组成。极破碎;层状、块状岩类,较破碎;断层,以角砾、断层泥组成。极破碎;层状、块状岩类,较完整。收稿日期:2 0 2 3-0 6-0 9作者简介:夏可成(197 2 一),男,四川双流人,工程师,研究方向:水工环地质通讯作者:王锐(197 3一),男,四川石棉人,高级工程师,研究方向:水工环地质128深大断裂中钻探
6、事故处理的工艺创新应用2钻孔情况为了探索该勘查区深部资源潜力,设计了一个超千米深的验证钻孔,孔号:ZK01;设计孔深:12 0 0 m。为了保证施工任务的顺利完成,钻探专项方案中拟采用XY-6A立轴式岩芯钻机,绳索取芯钻进工艺。设计钻孔结构:一开150mm单管钻具开孔,钻进至孔深8 0 m后下入井口管;二开采用PQ(12 2 mm)钻进至孔深30 0 m,以PQ钻杆作为套管下管隔离;三开采用HQ(91mm)钻进至孔深8 0 0 m,以HQ钻杆作为套管下管隔离;四开采用NQ(7 6 mm)钻进至设计孔深12 0 0 m。该孔0 2 2 2 m比较完整。2 2 2 10 57 m,出现3层断层,单
7、层最厚2 7 m,总断层厚度41m,也曾出现漏浆、掉块、缩径等事故,按常规处理成功。施工至10 57.48 m,遇第4层断层时,事故套事故,常规处理均失败。于是针对性的进行了一系列工艺革新,顺利穿过6 2 m厚的断层破碎带,后面遇到的构造破碎带,就迎刃而解,最终达到设计要求。3事故经过ZK01钻孔钻进至8 40 m时下入HQ套管,换NQ钻进至8 90.8 6 m时发生抱钻,刚进人第3条断层0.8 6m,发生了第一起孔内事故。于是先将NQ钻杆留在孔内,起拔HQ套管;再采用HQ跟管钻头扩孔到8 90.8m,将NQ钻杆全部成功取出。为了防止断层缩径,立即调整泥浆配比。泥浆配方为:钠土:水:SM植物胶
8、:纯碱=4 6:10 0:0.2 1:0.2 0.6;泥浆性能达到:粘度2 3 2 5(s),比重1.0 2 1.0 5g/cm,含砂率 2%,失水量10 15mL/30min,p H 值8 9(刘广志,1991)。通过合适的泥浆调整,采用HQ钻具、91mm钻头施工至930 m,此时岩芯比较完整,下入HQ钻杆(外径89mm,内径77.8mm)作为护壁管,换NQ继续钻进。此次事故处理成功,穿过厚2 7 m(井深8 90 917 m)的断层。在采用 NQ(7 6 mm)钻进至10 57.48 m,刚进入第4条断层0.48 m,发现进尺突然变快且孔内负荷急增,迅速提钻1m,倒杆时即被抱钻、水泵泵不通
9、,发生第二起孔内事故。通过强行反取钻杆后,孔底遗留NQ钻杆及钻具约30 m。按照第一次事故处理的成功经验,即起拔HQ套管,下HQ钻具、96 mm的加大钻头,从9 30 m处开始扩孔(水文水井地质钻探规程,2014),扩至950 m时扩出新孔。由此继续钻进,至1065m又发生抱钻事故,期间出现了泵压异常跳动,反映出环状间隙在变化。于是,将HQ就地做套管,再换径NQ削掉HQ钻头,采用多循环泥浆,等泵压低于6 8 MPa后,继续采用短进尺、高提钻等措施钻进。当NQ(76)钻进至10 8 1.2 5m,进人第4条断层2 4.2 5m,再次孔底负荷急增,迅速提钻,钻头离孔底9m抱钻(图1)。随后反取钻杆
10、未果,孔内钻杆完全抱死。孔深岩性()花纹0.0m50.0m2.0229.02480.0m744.0751.0840.0m890.0930.0m9917.01057.01119.0钻孔结构0122-0103.2-91-077.8-NQ(7 6 mm)钻进断层0.48 m抱钻第二次出事故时钻孔结构图1第二次孔内事故套事故的钻孔结构图岩性简单孔深岩性花纹描述(m)花纹0.0m五50.0m岩体断层厚7 m层状、480.0m块状岩类断层厚7 m断层厚27m930.0m917.01057,断层厚62m钻孔结构222.0229.0744.0751.0840.0m890.0原孔遗留30m钻杆HQ950m扩出新
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