CN111022025B

CN111022025B - 一种深层卤水探采结合工艺

Info

Publication number: CN111022025B
Application number: CN201911281063.8A
Authority: CN
Inventors: 甘会春; 刘占勇; 周瑞; 巫修平; 李杨; 闫敏; 兰天
Original assignee: Jiangsu Changjiang Geological Survey Institute
Current assignee: Jiangsu Changjiang Geological Survey Institute
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN111022025A

Abstract

本发明公开一种深层卤水探采结合工艺，包括：钻孔步骤、测孔步骤、扩孔步骤、成井步骤、止水步骤、洗井步骤、抽水步骤、采卤步骤，其中止水步骤中的止水包括管内止水和管外止水。本发明具有止水效果优异、提高成井效率、降低成本、实现探才结合的优点。

Description

一种深层卤水探采结合工艺

技术领域

本发明属于水文地质钻探领域，具体涉及一种深层卤水探采结合工艺。

背景技术

随着我国西部地区卤水钾盐矿的勘探开发逐渐向深部发展，矿层及地层的复杂性使得原有可用于浅部勘探的钻井工艺无法有效用于深部勘探开发。近年来，在我国西部的深部卤水勘探开发活动中，钻探成井工艺已成为制约勘探开发工作的一个瓶颈，尤其在分多层评价卤水资源时分层止水较为困难。

通常在卤水钾盐矿勘探井的施工过程中会遇到下列问题：卤水钾盐矿矿层埋深大，最深可达1500m以上；赋矿地层复杂，普通钻探成井工艺实施较困难；普通钻探成井工艺分层止水困难，分层评价卤水资源较难实现，且施工周期长，单井施工周期往往达到5个月以上；普通钻探成井工艺仅能完成探的功能，在完成勘探目的任务后，无法再利用，造成井孔资源浪费。这些问题会极大地推高深部卤水勘探开发的成本，并制约深部卤水钾矿的勘探开发。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种深层卤水探采结合工艺，该工艺适合深部开采，容易实现分层止水，可实现探采结合，并节约成本。

本发明所述深层卤水探采结合工艺，包括：

(1)钻孔步骤，按一定孔径钻孔，全孔取芯，并使用用于使孔壁稳定的泥浆进行护壁；

(2)测孔步骤，对形成的全孔进行测孔；

(3)扩孔步骤，对全孔进行分级扩孔；

(4)成井步骤，对分级后的孔下入套管进行成井，套管包括相连接的滤水管和井壁管，滤水管位于含水层处，井壁管位于隔水层处；

(5)止水、洗井、抽水步骤，对所形成的井进行分层的管内止水和管外止水，止水后进行洗井，洗井后进行抽水；

(6)采卤步骤，起出止水管和桥塞，作为采卤井。

为了使井壁稳定，利于止水，在(1)钻孔步骤中，泥浆的比重为1.45-1.65。

为了方便滤水管和井壁管安装，在(4)成井步骤，滤水管和井壁管为螺纹连接。

为了使分层止水容易实现，在(5)止水、洗井、抽水步骤中，管内止水通过止水管和由水泥制成的桥塞来进行，在各相邻接的两级井段中的下级井段管上端头外周壁设置用于托住上级井段管的环形托盘，并且在所述上端头设置朝上的环形凸沿，止水管下端与凸沿可拆卸连接，桥塞可拆除地堵塞在下级井段管的上端口。

为了使分层止水容易实现，所述环形托盘位于隔水层处，且环形托盘与上级井段管下端焊接。

为了使管外止水容易实现，在环形托盘下方的管外周壁缠绕海带。

为了使分层止水容易实现，所述凸沿和止水管下端螺纹连接。

为了使分层止水容易实现，各级井段的止水是先用桥塞堵塞相邻的下级井段的上端口进行止水，待止水作业完毕后，将止水管与桥塞位置处的凸沿连接并将桥塞弄碎重新下入直径更小的桥塞至下一级井段的上端口进行止水，自上而下依次进行。由于桥塞由水泥制成，在完成止水后，只需要将桥塞弄碎落入井底即可而不必取出，另外由于桥塞是堵塞在两相邻套管的口径更小的下一级井段上，因此桥塞可以不必考虑空气阻力而方便地将桥塞堵塞端口。

有益效果：通过本发明的深层卤水探采结合工艺，解决了深部卤水分层评价问题，大大减少以往勘查工作中存在的不同层位卤水混合污染导致的数据资料失实等问题，为获得精确的不同性质卤水层数据资料提供了有力的保障，并且在勘查结束后能避免不同性质卤水相互混合污染；本发明的工艺极大提高了钻探成井效率，在勘探完毕后可以直接用于采卤；通过使用比重为1.45-1.65的泥浆护壁，可以获得稳定的井壁利于止水；通过将滤水管和井壁管螺纹连接，而方便滤水管和井壁管安装；通过设置环形托盘、环形凸沿和桥塞，使分层止水容易实现；通过使环形托盘位于隔水层处，且环形托盘与上级井段管下端焊接，提高密封性，使分层止水容易实现；通过在环形托盘下方的管外周壁缠绕海带，管外止水通过海带来进行，提高密封性，使分层止水容易实现；通过将凸沿和止水管下端进行螺纹连接，提高密封性，使分层止水容易实现；通过自上而下依次使用止水管和桥塞进行止水，使分层止水容易实现。

附图说明

图1为本发明工艺中成井时的扩孔结构示意图；

图2为下管成井结构示意图；

图3为W₃含水层段止水结构示意图；

图4为W₂含水层段止水结构示意图；

图5为W₁含水层段止水结构示意图；

图6为勘探井转开采井结构示意图；

图中，1、含水层；2、隔水层；3、井壁管；4、滤水管；5、第一粗丝扣；6、托盘；7、第一止水管；8、第二止水管；9、第一桥塞；10、第二粗丝扣；11、第二桥塞。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1

如图1-6所示，本发明是一种深层卤水探采结合工艺，包括以下各步骤。

(1)钻孔步骤

按孔径为216mm一径到底全孔取芯，在取芯过程中用比重为1.65的泥浆进行护壁且压制高压涌水层，使得井壁稳定，泥浆正常循环。

(2)测孔步骤

在取芯钻进至终孔后进行全孔测井，测定相关指标。

(3)扩孔步骤。

在测井结束后，通过岩心编录、测井、地质剖面资料综合分析确定各含水层段的划分深度位置，再依据划分好的各含水层段的深度用不同孔径的扩孔钻头进行扩孔。本实施例中含水层段为W₁、W₂、W₃，钻探施工使用的终孔孔径为216mm，W₁、W₂、W₃含水层段的扩孔孔径分别为216mm、280mm、346mm。

(4)成井步骤

自下而上在W₁、W₂、W₃含水层段孔中下入焊接的口径分别为168mm、245mm、298mm的套管进行成井，每根套管由滤水管4和井壁管3螺纹连接而成，滤水管4位于含水层1处，井壁管3位于隔水层2(粘土淤泥等层)处。具体来说，在套管的相邻的不同口径的管中位于下方的管的上端头朝上设置金属凸沿，凸沿上设置外螺纹形成粗丝扣，自上而下分别为第一粗丝扣5和第二粗丝扣10，并且上端头外周壁上焊接金属环形托盘6，位于上方的管的下端与环形托盘6焊接密封，托盘6位于隔水层处。在托盘6下方绕管缠绕海带用来止水。在粗丝扣上方可螺纹连接止水管，止水管下端设置有和粗丝扣匹配的内螺纹，止水管自上而下分别为第一止水管7和第二止水管8。在粗丝扣所在的管的上端口可以塞入用于堵塞该上端口的桥塞，桥塞由水泥制成，桥塞自上而下分别为直径变小的第一桥塞9和第二桥塞11。

(5)止水、洗井、抽水步骤

1、管内止水：三段不同口径的套管下完后，先在W₃含水层底部第二级套管顶部管内下入第一桥塞9分隔W₂含水段及其以下的水层。止水检查合格后对W₃含水段进行洗井并抽水(图3)；W₃含水层抽水结束后，弄碎第一桥塞9落入井底，在W₁含水段第三级套管顶部下入口径更小的第二桥塞11分隔W1含水段水层，再下入与第二级套管口径相同的井壁管经由第一粗丝扣5与第二级套管连接，目的是对W₃含水层段进行分隔止水，止水检查合格后对W₂含水层段进行洗井抽水(图4)；抽水结束后，弄碎第二桥塞11落入井底，下入168mm井壁管经由第二粗丝扣10与最下一级168mm套管连接，目的是对W₂含水层段进行分隔止水，止水完成并检查合格后，对W₁含水层段进行洗井抽水(图5)。

2、管外止水：管外止水主要依靠每一级套管底部坐于隔水层上(每次一级孔径小于上一级套管口径)，并联合底部焊接的托盘加海带进行止水。

上述止水采用管内外水位差法或下管前后水位差法进行止水检查。

W₃含水段止水检查：取芯终孔后下套管前观测孔内静止水位，成井后当W₃含水层段底部下完第一桥塞9(分隔W₃含水层段以下含水层)后，观测孔内静止水位，如前后观测的静水位存在水位差且水位差在2小时内保持稳定或变化不同步，则第一桥塞9止水效果良好。

W₂含水段止水检查：W₃含水段抽水结束并下入W₃段第一止水管7后，观测第一止水管7内及套管外水位，如存在水位差且水位差在2小时内保持稳定，则止水效果良好，对W₂含水段下部下第二桥塞11前观测孔内静止水位，下第二桥塞11完成后再观测孔内静止水位，如前后观测的静止水位存在水位差，且在2小时内水位均能保持稳定，则第二桥塞11止水效果良好。

W₁含水段止水检查：W₂含水段抽水试验结束后，下第二止水管8，观测第二止水管8内外水位差，当水位差在2小时内保持稳定，则止水效果良好。

上述洗井是先用6％的焦磷酸钠溶液浸泡8小时，对孔壁泥皮及孔隙内泥浆进行破坏，然后进行卤水循环冲孔，接着用活塞在井孔内自上而下、分段、进行持续反复提拉洗井，每一抽水层段活塞洗井持续时间一般不小于24小时，进行完以上程序后，下泵试抽，若洗井情况不理想，则重复以上洗井程序直至试抽至水清砂净后，恢复水位，下钻探孔后正式抽水。

上述抽水是在按照前述的洗井方法洗孔至水清砂净后，进行抽卤试验。具体如下：

①抽卤前首先置换泥浆，然后进行洗井，为保证钻孔涌水量能真实反映地层的出水能力，尤其是承压卤水矿层的出水能力，以消除钻进过程中产生的岩粉、泥皮等对孔内进水的影响。经两次试抽，单位涌水量之差不超过10％，沉淀物符合要求，直到水清砂净为止，确保洗井质量，如洗井质量达不到要求，则重复洗井过程，直至符合要求，正式抽卤前下钻探孔，检查孔底沉淀物厚度，满足要求时，方能开始正式抽水。

②洗孔结束后应观测静止水位，每一个小时观测一次，连续三次读数不变或4h内水位波动不超过2cm，即视为静止水位。

③抽卤观测时间间隔按照非稳定流抽水来进行，即：1、1、1、1、2、2、2、5、5、5、5、10、10、10、20、20、20、30、30min……、48h。

恢复水位的观测时间间隔为：1、1、1、1、2、2、2、5、5、5、5、10、10、10、20、20、20、30、30min……、48h。

④抽卤稳定延续时间最大降深未小于24h，其他降深未小于8h。

⑤抽卤过程中每2h观测一次气温、水温、密度，每4h采取一个水样。

⑥抽卤试验稳定标准：

a水位和出水量历时曲线不能有逐渐增大和减小的趋势；

b在稳定时间段内，主孔水位波动值不超过水位降低值的1％，一般水位波动值不超过3－5cm。

⑦水位的观测，抽卤孔的水位测量采用电测水位计观测并精确到厘米，对部分孔壁间隙较小不易下电缆和测绳的孔，将测绳和电缆放入PVC管里，随PVC管下入孔壁间隙进行水位测量，观测时间严格按设计要求进行。

⑧出水量的测量，主要采用三角堰箱，部分流量较大的钻孔或者含水层采用矩形堰箱。

⑨抽卤试验结束后，下钻探孔，检查孔内沉淀情况，沉淀物不超过5‰。并准确计算试验孔出水量、渗透系数、影响半径、给水度等水文地质参数。

(6)采卤步骤

在完成分层抽卤试验后，井孔的勘探井功能基本完成，在将W₃、W₂含水层段中第一粗丝扣5上的第一止水管7和第二粗丝扣10上的第二止水管8从井孔内起出后，该井即可直接转变为采卤生产井，即可以分不同含卤层段进行分层采卤，也可以整井混合采卤。井孔内起出的止水管可以在其他井孔中重复使用，能够进一步降低成井成本。

本实施例的止水效果相比普通成井工艺有了很大的提升，大部分井孔都能一次性止水成功，充分反映了新型成井工艺在复杂地层中的适用性和有效性。分层抽卤试验数据精确，能够满足设计和规范的要求，达到了分层评价卤水资源的目的。

实施例2

在实施例1中，将W₁含水段、W₂含水段、W₃含水段的扩孔孔径分别变更为152mm、216mm、311mm，将套管口径分别变更为127mm、168mm、245mm，除此以外，与实施例1相同。将实施例1和实施例2的成井井径及管材配套表表示于表1。

表1

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种深层卤水探采结合工艺，其特征在于，包括：

（1）钻孔步骤，按一定孔径钻孔，全孔取芯，并使用用于使孔壁稳定的泥浆进行护壁；

（2）测孔步骤，对形成的全孔进行测孔；

（3）扩孔步骤，对全孔进行分级扩孔；

（4）成井步骤，对分级后的孔下入套管进行成井，套管包括相连接的滤水管和井壁管，滤水管位于含水层处，井壁管位于隔水层处；

（5）止水、洗井、抽水步骤，对所形成的井进行分层的管内止水和管外止水，止水后进行洗井，洗井后进行抽水；在（5）止水、洗井、抽水步骤中，管内止水通过止水管和由水泥制成的桥塞来进行；

（6）采卤步骤，起出止水管和桥塞，作为采卤井；

在各相邻接的两级井段中的下级井段管上端头外周壁设置用于托住上级井段管的环形托盘，并且在所述上端头设置朝上的环形凸沿；所述凸沿和止水管下端螺纹连接；螺纹为粗丝扣；

桥塞可拆除地堵塞在下级井段管的上端口；

所述环形托盘位于隔水层处，且环形托盘与上级井段管下端焊接。

2.根据权利要求1所述的深层卤水探采结合工艺，其特征在于，在（1）钻孔步骤中，泥浆的比重为1.45-1.65。

3.根据权利要求1所述的深层卤水探采结合工艺，其特征在于，在（4）成井步骤中，滤水管和井壁管螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的深层卤水探采结合工艺，其特征在于，在环形托盘下方的管外周壁缠绕有海带进行管外止水。

5.根据权利要求1所述的深层卤水探采结合工艺，其特征在于，各级井段的止水是先用桥塞堵塞相邻的下级井段的上端口进行止水，待止水作业完毕后，将止水管与桥塞位置处的凸沿连接并将桥塞弄碎重新下入直径更小的桥塞至下一级井段的上端口进行止水，自上而下依次进行。