旋沖鉆井法
在旋轉(zhuǎn)鉆井的基礎(chǔ)上,再加上一個(gè)沖擊器,使鉆頭在沖擊動(dòng)載和旋轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用下破碎巖石的一種鉆井方法。從實(shí)際使用結(jié)果看,這種鉆井方法適用于鉆硬巖石及深部地層,在淺部及泥頁巖中較旋轉(zhuǎn)鉆井方法效果不明顯,是對旋轉(zhuǎn)鉆井方法的一種補(bǔ)充。
從次開鉆起到鉆完全部井深這一階段的工作。以一定壓力作用在鉆頭上,使鉆頭的刃部吃入巖石,并用接在鉆頭上部的鉆柱帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)以破碎井底巖石,所產(chǎn)生的巖屑通過鉆井流體循環(huán)到地面上來,井就會(huì)逐漸加深。鉆頭加到地層上的壓力叫鉆壓,是靠鉆柱在鉆井流體中的自重的一部分產(chǎn)生的。鉆柱從地面一直延伸到井底,井有多深,鉆柱就有多長。隨著井的加深,鉆柱也逐漸增長,其重量也逐漸加大。過大的鉆壓將會(huì)引起鉆頭、鉆柱、設(shè)備過早的損壞,所以必須將大于所要求鉆壓的那部分鉆柱重量吊懸起來,不使其作用到鉆頭上。下部形成鉆壓的那部分鉆柱處于壓應(yīng)力狀態(tài),上部被吊懸部分處于拉應(yīng)力狀態(tài)。
鉆進(jìn)包括如下作業(yè):
(1)接單根。在鉆進(jìn)過程中,由于井在不斷加深,鉆柱也要及時(shí)接長,每次接入一根鉆桿叫做接單根。通常每根單根長近10m,打一口井要接很多次單根。用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置時(shí)接立根(一般由三個(gè)單根組成)。
(2)起下鉆。在井底破碎巖石的鉆頭會(huì)逐漸磨損,當(dāng)鉆頭磨損到一定程度后,破巖速度就會(huì)很慢,需要更換新鉆頭。為此,需將鉆柱從井中取出(起鉆),更換新鉆頭后再將新鉆頭及鉆柱下入井內(nèi)(下鉆)。這一過程稱為起下鉆。一口井一般要用多只鉆頭才能鉆成,可能需多次起下鉆。有時(shí)為了處理井下復(fù)雜情況和事故,進(jìn)行測井、取心等作業(yè),也需要起下鉆作業(yè)。
(3)固井。一口井在鉆鑿過程所形成的井(筒)壁應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的,才能保證繼續(xù)向下鉆進(jìn)。實(shí)際上,井眼所要穿過的地層性質(zhì)各異:有的地層巖石堅(jiān)硬,井眼形成以后可以維持較長時(shí)間而不致坍塌;有的地層則很松軟、破碎,巖石極易坍塌落入井內(nèi);有的地層內(nèi)含高壓油、氣、水等流體;有的地層強(qiáng)度不高,易被壓裂,造成鉆井液漏失;有的地層含有鹽、石膏、芒硝等成分,對鉆井液產(chǎn)生不良影響等。盡管地層復(fù)雜多變,還是得設(shè)法將這些地層鉆穿。當(dāng)這些地層被鉆穿以后,上述的各種復(fù)雜情況有的可能消失,對以后的鉆井不再危害,有的則繼續(xù)給鉆井工作造成麻煩,也許會(huì)形成隱患。為了保護(hù)已鉆成的井眼和使以后的鉆井工作順利進(jìn)行,或?yàn)樯a(chǎn)造成通路,防止各層間竄通,需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)圻M(jìn)行加固,稱為固井。固井的方法是將套管下入井中,并在井眼與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)灌注水泥漿(在套管的下段部分或全部環(huán)空)從而將套管和地層固結(jié)在一起,隔開某些地層。然后用較小的鉆頭繼續(xù)鉆出新的井段。一口井從開始到完成,常需下入多層套管并注水泥,即需進(jìn)行數(shù)次固井作業(yè)。
(4)處理事故。如物件落入井內(nèi),需進(jìn)行打撈;鉆桿斷在井內(nèi)也要打撈;鉆柱被卡在井內(nèi)時(shí)則要設(shè)法解除卡鉆。井噴失控著火是鉆井的災(zāi)難性事故,處理這種事故難度。
(5)其他作業(yè)。在鉆井過程中要進(jìn)行巖屑錄井、氣測等錄井工作,必要時(shí)還要鉆取巖心、進(jìn)行電法測井等。探井在鉆遇好的油氣顯示時(shí)要進(jìn)行地層測試等。
鉆井直徑和深度大小,取決于鉆井用途及礦產(chǎn)埋藏深度等。鉆探石油、天然氣以及地下水的鉆井直徑都較大。主要功用為:①獲取地下實(shí)物資料,即從鉆井中采取巖心
鉆探取得的巖心、礦心、巖屑、液態(tài)樣、氣態(tài)樣等。②作為地球物理測井通道,獲取巖礦層各種地球物理場的資料。③作為人工通道觀測地下水層水文地質(zhì)動(dòng)態(tài)情況。④用作探、采結(jié)合,開發(fā)地下水、油氣、地?zé)岬鹊你@井。
鉆井通常按用途分為地質(zhì)普查或勘探鉆井、水文地質(zhì)鉆井、水井或工程地質(zhì)鉆井、地?zé)徙@井、石油鉆井、煤田鉆井、礦田鉆井、建筑地面鉆井等 。一口井從開鉆到完成,需進(jìn)行以下三項(xiàng)主要工作:1. 破碎井底巖石;2. 將破碎的巖石(即巖屑)運(yùn)移至地面;3. 鞏固井壁(簡稱固井)。