摘　要：西安深部地?zé)峋?～700 m為Q系地層，低溫層；700～2100 m為R系地層，中高溫層，最高達(dá)93°。采用的護(hù)壁材料為NV-I鈉土，低溫層選用PAC141為泥漿體系的主體聚合物，中高溫層選用PAC142為泥漿體系的主體聚合物，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泥漿性能進(jìn)行連續(xù)維護(hù)。使用PAC泥漿實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)裸眼鉆進(jìn)，出水量大，水溫穩(wěn)定，水質(zhì)潔凈，護(hù)壁效果明顯提高。
關(guān)鍵詞：深部地?zé)峋?；NV-I鈉土；PAC泥漿；護(hù)壁
中圖分類號(hào)：P634.6＋2　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1000-3746(2000)02-0037-02

　　近10年來(lái)，我隊(duì)在西安38口地?zé)峋┕ぶ惺褂肞AC泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，平均井深1712 m,最深達(dá)2105 m，井徑71/2～121/4in(190.5～311 mm)。成井后平均出水量1800 m3/d，最大單井出水量達(dá)3300 m3/d，井口水溫57.5～88 ℃，最高達(dá)93 ℃。因此，我隊(duì)以成井質(zhì)量?jī)?yōu)、合同信譽(yù)高、信息回訪及時(shí)的優(yōu)勢(shì)贏得了西安地?zé)崽讲删拈_發(fā)市場(chǎng)。本文結(jié)合鉆井實(shí)踐對(duì)深層地?zé)峋淖o(hù)壁工藝作一介紹。

1　地質(zhì)特征及熱儲(chǔ)層條件

　　0～700 m為Q系地層，主要由亞粘土、粘土、中粗砂巖與砂礫互層、粉細(xì)砂與粘土互層、局部夾砂礫等構(gòu)成，由于粉砂、粘土成分較多，透水性較差，構(gòu)成穩(wěn)定的隔水頂板。
　　700～2100 m為R系地層，主要由泥巖、細(xì)中粗粒砂巖、砂質(zhì)泥巖與細(xì)砂、中粗砂呈不等厚互層，含礫粗砂巖、細(xì)礫巖構(gòu)成。由于細(xì)、中砂成分較多，透水性較強(qiáng)，是較理想的取水層，其取水層總厚達(dá)80～400 m。
　　深部新第三系(N2-1)砂巖與砂礫含水層中賦存的中高溫?zé)崴?，主要由大氣降水補(bǔ)給，通過(guò)周邊山區(qū)構(gòu)造破碎帶，不斷滲入至基底不透水巖石和巖漿巖的熱傳遞而加溫并儲(chǔ)存于砂巖孔隙間，再通過(guò)斷裂破碎帶垂直向上運(yùn)移至熱儲(chǔ)層中。由于斷裂有利于地下熱水的儲(chǔ)存和運(yùn)移，深部有巖層孔隙熱，上覆有一定厚度的新生代保溫蓋層，因此具備了形成地下中高溫地?zé)峋牡刭|(zhì)構(gòu)造條件。Q系低溫層平均地溫梯度＜2 ℃/100 m；R系中高溫層平均地溫梯度3～4 ℃/100 m，最高達(dá)93 ℃。

2　護(hù)壁工藝技術(shù)

2.1　護(hù)壁材料
　　鈉土NV-I：造漿原料；陽(yáng)離子型磺化栲膠SMK：降粘劑、熱穩(wěn)定劑；腐植酸鉀KHm：頁(yè)巖抑制劑；羧甲基淀粉CMS：降失水劑(中低溫地層，其加量高于PAC142)；復(fù)合離子型聚丙烯酸鹽PAC141：增粘、絮凝、包被劑；乙烯基單元多體共聚物PAC142：降粘、降失水劑；氫氧化鈉NaOH：酸堿度調(diào)節(jié)劑。
2.2　Q系低溫地層護(hù)壁技術(shù)
　　0～700 m選用具有強(qiáng)包被粘土作用的PAC141為泥漿體系的主體聚合物。該井段的泥漿配方(質(zhì)量比，%)；NV-I 4～5，CMS 1～2，PAC141 (3‰水溶液)0.5～0.8，NaOH 1～2，SMK 0.3～0.5，KHm 0.5。性能：密度1.05～1.10 kg/L，漏斗粘度40～80 s，API失水量8～10 mL/30 min，泥餅1.5 mm，pH值7～8.5，塑性粘度23 mPa*s，屈服值13.511 Pa，含砂量≤4%。
2.3　R系中高溫地層護(hù)壁技術(shù)
　　700～2100 m采用具有較強(qiáng)抗剪切稀釋作用的PAC142為泥漿體系的主體聚合物。該井段泥漿配方：NV-I 3～6，SMK 1～1.5，PAC142 (3‰水溶液)1～2，NaOH 1～1.5，CMS 0.8～1，KHm 0.5。性能：密度1.08～1.12 kg/L，漏斗粘度24～36 s，API失水量6～8 mL/30 min，泥餅0.5～1 mm，pH值7.5，塑性粘度19 mPa*s，屈服值10.743 Pa，含砂量≤2%。
2.4　現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)
　　配漿后要連續(xù)進(jìn)行維護(hù)，使其性能基本保持不變。需根據(jù)泥漿性能變化及時(shí)補(bǔ)充各種處理劑或新泥漿，提前2天配制PAC141∶CMS∶NaOH(1∶2∶1)、PAC142∶SMK∶NaOH(1∶1.5∶0.5)復(fù)合水溶液以備用，其加量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，一般按下列技術(shù)措施進(jìn)行維護(hù)。
2.4.1　泥漿大型處理
　　用井內(nèi)泥漿、地面泥漿及新補(bǔ)充漿液進(jìn)行配方試驗(yàn)，并按循環(huán)周期進(jìn)行處理，按配方順序加入處理劑量，并隨時(shí)測(cè)試井口泵入及返出漿液的性能，掌握處理效果。
2.4.2　提高塑性粘度和切力
　　控制NV-I加量，保持泥漿懸浮與攜帶巖屑的能力，以防地?zé)釋?duì)井內(nèi)泥漿產(chǎn)生增稠或固化現(xiàn)象，必須加入抗溫、抗鹽的結(jié)構(gòu)增粘劑PAC-CMS-NaOH。
2.4.3　降低粘度和靜切力
　　當(dāng)泥漿失水量較低時(shí)，可直接加入清水處理，同時(shí)加入抗鈣、抗鹽、抗溫的結(jié)構(gòu)降粘劑PAC142-SMK-NaOH與抑制劑KHm，以防地?zé)釋?duì)井內(nèi)泥漿中的-CONH2-、-OH-、Ca2+等起反應(yīng)，從而改變粘土晶格表面的結(jié)構(gòu)和帶電情況，降低粘土活性。
2.4.4　降失水
　　隨著鉆井加深，地?zé)釋?duì)泥漿中各種粒子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，液相粘度降低，導(dǎo)致流動(dòng)阻力減小，泥漿粘度下降，失水量上升，應(yīng)用PAC142-SMK-NaOH復(fù)合水溶液效果更佳。
2.4.5　防塌
　　遇構(gòu)造斷層帶時(shí)，增大CMS、KHm加量。
2.4.6　除砂
　　為了控制或清除泥漿中的巖屑，可加入PAC141高分子絮凝劑絮凝巖屑(一級(jí)除砂)，同時(shí)利用JSN-2B型泥漿凈化機(jī)對(duì)泥漿中的無(wú)用固相進(jìn)行凈化(二級(jí)除砂)。

3　工藝技術(shù)效果

　　1989～1992年，我們?cè)赬FR1、XJR1、DR504、YDR 四口地?zé)峋┕ぶ?，使用PHP-CPAN雙聚泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)6745 m，平均臺(tái)月效率512 m，時(shí)效2.44 m/h，純鉆時(shí)間利用率為36%，井內(nèi)事故時(shí)間平均占6.3%，成井周期110～135天，單位進(jìn)尺鉆頭費(fèi)用58.5元/ m，泥漿成本為13.5元/m。1993年至今一直使用PAC泥漿實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)裸眼安全鉆進(jìn)，成井率達(dá)100%，水井出水量及井口水溫穩(wěn)定，水質(zhì)潔凈。特別是護(hù)壁工藝效果有了明顯的提高，從而大大地提高了鉆井效率，縮短了成井周期，平均每口井節(jié)約資金30余萬(wàn)元。
3.1　井壁穩(wěn)定，成井周期短
　　PAC泥漿體系中的羧胺基、羥基、磺酸基等活性基團(tuán)在熱力學(xué)狀態(tài)下，加速粘土微粒充分軟化并附著井壁而形成潤(rùn)滑的泥餅，使井壁滑潤(rùn)穩(wěn)定，便于維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)安全高效鉆井。CGR3井成井井深2020 m，成井周期82天；WDR1井成井井深2105 m，成井周期89天；CFR1井成井井深2010 m，成井周期78天；CSR1井成井井深2015 m，成井周期92天。比XFR1、DR504井成井周期平均縮短65.8%，臺(tái)月效率提高63.9%，時(shí)效提高47.5%，時(shí)間利用率提高69.9%，節(jié)約資金1000余萬(wàn)元。
3.2　動(dòng)塑比變化小，牙輪鉆頭碎巖效率高
　　PAC泥漿的塑性粘度與動(dòng)切力基本保持在比較穩(wěn)定的狀況下沖洗井底。一般情況下塑性粘度13～19 mPa*s，屈服值5.382～10.743 Pa，因此該泥漿在環(huán)空中流態(tài)穩(wěn)定，有利于升舉巖屑，增加鉆具的潤(rùn)滑性，降低扭矩，減小摩擦阻力，使牙輪鉆頭在井底能夠充分發(fā)揮水力效率，從而提高鉆頭的碎巖效率。據(jù)鉆井資料統(tǒng)計(jì)，鋼齒(楔形齒)與鑲齒鉆頭在井深800～2100 m砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂、中粗砂互層中鉆進(jìn)的一組數(shù)據(jù)顯示：夾角較小的楔形齒鉆頭最高鉆速5.3 m/h，平均鉆速2.2～4.6 m/h，鉆頭壽命130～460 m；夾角較大的楔形齒鉆頭最高鉆速4.5 m/h，平均鉆速1.4～3.2 m/h，鉆頭壽命80～290 m；鑲齒鉆頭最高鉆速3.1 m/h，平均鉆速1.5～2.7 m/h，鉆頭壽命70～250 m。由此可見，在西安深部地?zé)徙@井中，淺層選用夾角較大的楔形齒鉆頭，深層選用夾角較小的楔形齒鉆頭，鋼齒鉆頭比鑲齒鉆頭更能充分發(fā)揮壓碎、沖擊、剪切碎巖效果，使鉆頭的單位成本降低64.1%，泥漿費(fèi)用也隨之降低16%。
3.3　熱穩(wěn)定性好，井內(nèi)事故率低
　　泥漿性能穩(wěn)定，循環(huán)流型變幅小，一般一個(gè)臺(tái)班小劑量處理一次，10～15天全面調(diào)整一次即可。這充分表明，PAC泥漿中各種粒子的熱運(yùn)動(dòng)較緩慢，粘土表面和處理劑親水基團(tuán)的水化作用維持時(shí)間長(zhǎng)，因此PAC泥漿體系中的分子熱運(yùn)動(dòng)能量較低，使泥漿長(zhǎng)時(shí)間處于熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)中沖洗井底，基本上杜絕了泥包鉆頭、粘卡鉆具及巖屑沉積埋鉆等井內(nèi)事故的發(fā)生。XFR1井于井深1501.35 m、XJR1井于井深1760.70 m均因故鉆具停留井內(nèi)8～10 h，當(dāng)提拉力達(dá)480～560 kN時(shí)，鉆具仍一絲未動(dòng)，經(jīng)過(guò)9～13 h的振擊、泡油才將鉆柱的吸附力解除掉，順利將鉆具提出井外。CGR3井于井深1682.60 m、CSR1井于井深1735.40 m亦因鉆機(jī)故障，鉆具被迫靜置井內(nèi)9～16 h，當(dāng)提拉力達(dá)350～450 kN(僅高于鉆具質(zhì)量8%～15%)時(shí)，鉆柱就有活動(dòng)量了，均用大泵量將巖屑返出井口，鉆柱便可恢復(fù)自由旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)狀態(tài)，因此井內(nèi)事故時(shí)間率下降39.7%。
3.4　固相含量低，水井質(zhì)量高
　　由于粘土顆粒分散細(xì)化，泥漿的固相含量≤2%，水泵工作泵壓＜3 MPa，因此泥漿中的固相顆粒堵塞破壞含水通道的影響小，并易于破壁和清洗，不污染含水層。XFR1、DR504、YDR、XJR1井破壁換漿時(shí)間為22～34 h，洗井16～24 h，井口出水量大、水溫波動(dòng)較大，水頭損失大，抽水試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)10～15天。而CGR3、WDR1、CFR1、CSR1四口超2000 m深井破壁換漿12～18 h，洗井14～20 h，井口出水量、水溫均衡穩(wěn)定，水頭損失小。因此，水井交井優(yōu)良率100%，且使用壽命長(zhǎng)，從信息回訪中得知38口地?zé)峋两裆形闯霈F(xiàn)水井質(zhì)量問(wèn)題。
　　此外，精細(xì)濾水管的制作工藝，優(yōu)化洗井工藝和抽水試驗(yàn)工作，同樣是不可忽略的重要環(huán)節(jié)。