科鉆一井鉆遇地層及鉆孔結構的要求

  科鉆一井采用的鉆進方法主要有取心鉆進、擴孔鉆進和全面鉆進，不同的鉆進方法需要采用不同性能的鉆井液，以保證鉆進工藝的實施。擴孔鉆進和全面鉆進采用的是牙輪鉆頭，產生的巖屑顆粒較大(2～5mm)；而取心鉆進采用金剛石鉆頭，產生的巖粉非常細(5～lOOμm)。在全面鉆進和擴孔鉆進時采用轉盤驅動，轉速較低(30～60r/min)，而取心鉆進主要采用井底螺桿馬達和液動錘驅動，轉速較高(160～200r/min)。全面鉆進時鉆井液的泵排量為25～35L/s;取心鉆進的鉆井液排量為9～IIL/s。鑒于上述情況，不同的鉆進方法對鉆井液性能的要求相差較大，全面鉆進和擴孔鉆進要求泥漿的攜帶性能要好，能將鉆進形成的較大顆粒巖屑及時排除，以提高鉆進效率；取心鉆進要求鉆井液性能不僅有利于攜帶巖屑，停止循環時要能夠懸浮巖屑，同時還要滿足作為井底動力系統驅動介質的要求。從現場鉆井液制備和管理的角度考慮，要求制備簡單、性能調整容易和管理方便；從節約成本，減少排放的角度出發，現場最好采用單一的鉆井液體系，鉆進工藝變化時，不需要更換鉆井液體系，僅通過簡單的性能調整就能夠滿足鉆進工藝變化的要求。科鉆一井采用了專門研究和設計的LBM-SD鉆井液體系，完成了取心鉆進、擴孔鉆進和全面鉆進。
 
  科學鉆探采用的鉆井液除滿足鉆探施工的基本要求外，還需滿足科學實驗、測井和錄井方面的要求，總體要求如下：①不能含有影響科學試驗、測井和錄井的化學成分；②對環境安全影響小；③潤滑性能優良、成本低；④能夠有效地減緩井下的復雜情況，包括高溫和高壓；⑤具有較強的加重承載能力，包括轉化成鹽類鉆井液體系；⑥固相含量低，減少對測井、聲波傳遞和圖像接收的干擾，避免堵塞鉆具；⑦攜帶巖屑能力強，形成的泥皮薄而韌性好。
 
  在科鉆一井的鉆遇地層中，主要以榴輝巖類、副片麻巖、正片麻巖類為主。上述巖性均為非水敏性巖石，且滲透率極小，除一些破碎井段有坍塌和掉塊外，鉆井液對水敏地層的抑制性沒有特殊的要求。但上述巖石的硬度和研磨性很高，在取心鉆進中形成的巖粉粒度非常細，且密度高(3.5～3. 8g/cm3)，要求鉆井液應具有良好的潤滑性能，以減小井壁對鉆具的磨損；由于巖粉的密度高、粒度細，要求鉆井液應具有良好的攜帶能力和懸浮能力，及時將鉆進中形成的巖粉輸送到地表，通過固控設備清除，以提高鉆進效率，防止埋鉆和卡鉆。采用石油鉆井常規的固控設備是不能有效清除金剛石鉆進形成的巖粉，因此，必須選用高效的固相清除設備和方法。
 
  鉆遇的大部分井段是完整的，在這些完整的結晶巖地層中是不存在地層壓力的，但在鉆進過程中遇到了數個破碎帶和漏失層位。雖然采用惰性材料堵漏，解決了漏失問題，可以維持鉆井液的循環，但這些被封堵的漏失井段的漏失壓力仍然較小，容易在鉆進中造成重復漏失。因此，必須嚴格控制鉆井液的密度和流變參數，盡可能減小鉆井液的循環壓力。
 
  在鉆進施工中，鉆孔結構關系到鉆井液的性能和鉆進工藝參數。施工中要盡可能保持鉆井液的流動狀態一致，應避免局部流動狀態的突變。通常不能“一徑到底”，往往要下人幾層套管，在套管與裸眼的變徑部位鉆井液容易形成渦流，導致巖屑的堆積，當堆積到一定量后會突然塌落，造成埋鉆或卡鉆，引起井內事故。在鉆柱與井眼之間的環空里，鉆井液的流動狀況對鉆井工況的影響也非常突出。不僅關系到巖屑的懸浮和攜帶，而且關系到井壁的穩定、鉆井液的循環壓力損失和井底動力鉆具的工作狀況。
 
  在先導孔取心階段，為了保障巖屑的攜帶，在Φ339. 7mm 的套管內下入了一層Φ244. 5mm (95/8in)活動套管，主要目的是為了改善鉆井液的流動狀況，提高上返速度。盡管如此，取心鉆進的井眼直徑是Φ157mm，而Φ244. 5mm活動套管的內徑是Φ222. 4mm，采用Φ89mm鉆桿取心鉆進，在兩種不同直徑的井眼內，鉆井液的上返速度相差2.5倍。在主孔取心鉆進階段，2019m以上井段下入了Φ193. 7mm 活動套管，仍存在較大的鉆井液上返速度差。
 
  因此在設計鉆井液的性能時，必須要考慮在不同井眼條件下，保證巖屑的攜帶。