苏南地区复杂地层地热钻井冲洗液研究与应用.pdf

第49卷第6期
地与探
2013年11月
GEOL,OGY AND EXPLORATION
November 2013
,:。顺
苏南地区复杂地层地热钴井冲洗液研究与应用
张益
(江苏省南京工程高等职业学校,江苏南京211135
摘要]为了制定适合苏南地区复杂地层地热钴井冲洗液体系,通过对苏南地热钴井经常遢到的
复杂地层即煤系、破碎泥质砂岩地层和凝灰岩、泥岩、页岩地层及高温地层特征进行研究分析,利用实
验、实践和对比分析调整的方法,提出冲洗液方案,并对此冲洗液的作用机理和特点进行分析。在苏南
临湖、完平和石湖等地复杂地层地热钻井施工中,冲洗液的应用效果较好,孔壁稳定,钻孔质量好,钻进
效率高,可以作为苏南地区复杂地层地热钻井冲洗液应用参考。
关键词]苏南地区复杂地层地热钴井冲洗液
[中图分类号]P634.6[文献标识码]A[文章编号]0495-5331(2013)06-1170-6
Zhang Yi-fei. The research and application of geothermal drilling flushing fluid to complex forma
tions in South Jiangsu[ J]. Geology and Exploration, 2013, 49(6): 1170-1175
苏南地区地处北纬30°00~32°30。根据众多堆积,地形地貌上表现为广阔的堆积平原。
的钻孔(井)资料,其恒温带埋深为20m,温度为1.2区域地层岩性
8℃。与苏北相比,苏南的地热梯度低于苏北,地热
研究区属江南地层区苏州-长兴小区的江苏部
梯度为25℃/km,千米深地温一般为36~45℃,研分。东部第四系地层较厚,前第四系均被覆盖于深
究区内地热储层大部分埋深在2000m左右,地热井部,而西部前第四系则广泛出露于地表,主要有泥盆
钻井深度大,地下地层复杂,由于深部可借鉴的地质系、石炭系二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系古近系及
资料匮乏,而要保证开采量,设计的井径较大,这对新近系半松散沉积地层。岩性包括石英砂岩、泥岩、粉
地热钻探技术特别是冲洗液技术的要求很高。以前砂岩、灰岩等。区内岩浆活动比较频繁,主要为燕山期
该地区地热钴井遇见煤系、泥岩、页岩、松散易垮塌侵入的复式岩体,以中酸性花岗岩、花岗斑岩为主。
等复杂地层,多是以膨润土、纤维素、烧碱为主的细1.3区域地质构造
分散体系的化学泥浆,效果不好,出现事故直接影响
研究区大地构造位于扬子准地台下扬子台褶皱
工程进度、完井质量和工程成本。所以,对该地区复带东端,印支运动使该区上升成陆地,构成木渎向
杂地层制定相应的冲洗液体系,显得尤为重要。本斜,燕山运动使地壳进一步褶皱隆起,发生断裂活
文就该地区复杂地层地热钻井冲洗液进行实验研动,使本区山体与邻区山体断离,并伴随强烈的岩浆
究,并将其应用在现场实践中。
侵入和火山喷发。喜马拉雅运动又以北北东向、北
西西向两组扭裂控制形成了该区的基本构造和地貌
1研究区概况
格局,其后,地壳运动总体表现为平稳下降,接受沉
1.1区域地形地貌
积,时有短暂海侵,形成以陆相为主的海陆交互相沉
本区地貌成因和形态是在印支一燕山运动所奠积物。无全新活动断裂,区域基底稳定。区域构造
定的基底构造格局基础上,经受各种内、外力营力的资料显示,新生代以来的构造活动主要表现为垂直
长期作用塑造成的。西南部基岩抬升广泛,出露地升降运动
表,发育较多的基岩山体,表现为构造一剥蚀地形;1.4研究区地层特征
而东北部则因持续下降,长期接受第四系松散层的
第四系(Q):厚度70.0~196.0m,顶部为填土、
[收稿日期]2013-01-11;[修订日期]2013-07-06;[赉任编辑]郝情情
第一作者]张益飞(1966年一),男,副教授,高级工程师,从事探矿工程岩土工程教学、专业建设、研究和工程项目施工技术工作。ビ-
mail:papazyfzyf@21cn.como
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第6期
张益飞:苏南地区复杂地层地热钻井冲洗液研究与应用
灰黄色粘土,中部为灰色粘土、中下部为黄色粘土,稀释,降低粘度,保持泥浆一定的流动性。若失水量
夹少量砂砾,磨圆度好、底部为白色粘土,杂色砂砾。较大时,可加入CMC调节失水量,粘土吸附CMC
白垩系(K):厚度100.0~224.0m,主要岩性为后,其表面包裹较厚的可塑性大的水化膜,是粘土颗
棕黄色泥岩、棕红色泥岩、以紫色和肉红色为主的杂粒在压差作用下堆积是形成致密的渗透性小的泥
色砂岩,夹砾。
皮,从而使失水量降低(王立仁,2007)。其次有机
侏罗系(J):厚度0.0~270.0m,主要岩性为夹降失水剂具有很多的亲水性很强的亲水基,束缚住
少量紫色砂岩的凝灰岩、夹少量灰色砂岩或灰白色大量的自由水,降低失水量,与钙处理后的泥浆共同
砂岩的青灰色砂岩。
阻止水分子渗入地层,故能抑制粘土膨胀、水化分散
二叠系(P):厚度895.0~1680.0m,上部为灰(胡继良,2012;马日等,2007;张晓静,2007),抑制
黑泥岩、灰色泥质粉砂岩夹少量灰色或灰白色砂岩,孔内自然造浆和现固孔壁,有利于避免或降低钻孔
夹煤层或煤矸石。中部以灰、深灰色石英砂岩、灰黑的坍塌、缩径和吸水膨胀的现象发生,即使有坍塌,
色泥岩、灰色泥质砂岩为主,夹灰色、青灰色砂岩或钙处理泥浆有较强的絮凝作用,可以把大的岩粉颗
灰色泥岩。下部岩性主要为深灰色石英砂岩、灰色粒絮凝成团带至地面,有利子地面除砂。
粉砂质泥岩、灰色泥质砂岩、灰岩,局部见花岗岩或
3特点
石英闪长岩。
泥浆粘度和切力低,流动性好,起下钻时粘附性
小,性能稳定,处理周期长。
煤系、破碎泥质砂岩地层
4冲洗液实践应用
煤系、破碎泥质砂岩地层松散,遇水变软,易坍
苏州临湖地热第一口井施工中,钻进690~
塌掉快,严重的可能产生埋钻。煤系中多夹有粉砂1596m,钻遇厚度达906m的煤系,中间还夹有粉砂
岩,地层掉快后常有探头石,容易产生卡钻等事故,岩。由于没预先对该地层制定适应的方案,采用常
对正常钻进的危害较大。
规泥浆,导致孔壁坍塌,虽然做了很多补救措施,还
2.1冲洗液的选择
是导致了埋钻。在临湖地热第二门井的煤系地层,
针对地层特性,经过试验和实践,选择以降失水改变泥浆方案,按上述配比和性能要求,采用钙处理
为主的钙处理泥浆体系(高元文,2006),适当的冲泥浆体系,快速顺利地通过该地层,且施工过程中未
洗液比重控制液柱压力,对坍塌地层进行压力平衡。发现明显的坍塌迹象。
钙处理泥浆是在泥浆中加人絮凝剂(石灰、石膏或
氯化钙),并用稀释剂和降失水剂等调节泥浆性能,
3凝灰岩、泥岩、页岩地层
形成适度的含有一定钙离子的粗分散泥浆。具体泥
凝灰岩、泥岩、页岩地层中,凝灰岩及泥页岩的
浆配方(质量比):膨润土6%,石灰0.3%,铁铬木水化造成孔壁不稳定,引起井壁缩径,进而垮塌,原
质素磺酸盐(FCIS)0.2%~0.3%,羧甲基纤维素钠因是冲洗液向凝灰岩、泥岩、页岩中渗流,引发地层
(CMC)0.1%~0.2%,使用烧碱把pH值调制到10孔压増加以及水化效应,其中水化效应包括泥页岩
即可。性能:比重1.15,漏斗粘度30~458,失水量等水化膨胀、分散产生水化应力等(刘选鹏等,
10ml,泥皮厚0