气举反循环工艺在珊瑚石灰岩钻进中应用

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1、气举反循环工艺在珊瑚石灰岩钻进中应用　　摘要：桑给巴尔位于印度洋西部，由桑给巴尔、奔巴及附近小岛屿组成，面积2657平方公里，大部分地区的基底均由珊瑚石灰岩构成，部分地区上表层被薄薄的红土或冲积层覆盖。居民生活用水为水塔集中供水，水塔所蓄水来自周边钻探的水井，石灰岩溶洞和裂隙中的淡水为主要淡水来源，水量有限。供水井枯竭后需要钻探新的水源井，保障居民用水。在珊瑚石灰岩中钻进，钻进工艺和钻探设备的选择对钻进进度、成井、洗井难度有很大的影响。气举反循环工艺具有在珊瑚石灰岩中钻进的高效、清洁、不污染环境的优点。关键词：水文钻进；珊瑚石灰岩；气举反循环；桑给巴尔中图分类号

2、：P589.2文献标识码：A文章编号：引言6淡水是人类赖以生存的珍贵资源之一。众所周知，非洲的大部分地区长期以来一直严重缺水，特别是非洲南部已有近20个国家处于缺水和严重缺水局面，部分群落每户人家的卫生饮用水量为40-50升。据联合国水资源报告指出，非洲目前有三分之一人口缺乏饮用水，近半数人饮用不洁净水并由此引发的各类疾病或因病死亡。长期以来，坦桑尼亚桑给巴尔政府一直为本地居民提供免费淡水，也由此造成淡水的严重浪费。出于保证原著居民对目前和未来用水需求的考虑，非洲发展银行出资在全岛建设一整套的供水系统，该系统包括打井、管道铺设、新建水塔和供水点。《桑给巴尔打进供

3、水项目》是该项目的一个组成部分。1桑给巴尔地质特征桑给巴尔岛面积2657平方公里，主要由Ungnja和Pemba两个岛屿组成。根据业主提供的两个岛屿的简易地质资料显示，两岛的基底均为各种类型的石灰岩构成，部分地区为隆起的砂地、砂岩以及冲积层相似的残余冲积物。由于大规模的石灰岩风化作用加上侵蚀和地壳运动生成红土、壤土、黏土和砂土的浅层覆盖层。两岛的平坦区域大多为珊瑚石灰岩区，上层覆盖薄薄的红土或冲积层。桑给巴尔岛打井项目包括在已定井位钻进30眼水井，成井30口水井，单井出水量为0.5—1吨∕小时，井深50-60米，安装手压泵或潜水泵，修建井台或铺设输水管道集中供水

4、。2珊瑚石灰岩地层水井钻进工艺和流程对比：2.11#--3#水井钻进工艺和流程：1-3号井的钻进方法采用回旋方式钻进，耗时、泥浆损耗量大，钻进效率低，主要存在以下几个问题：用硬质合金钻头和泥浆护壁，采用回旋方式钻进。62.1.1红土、壤土、黏土和砂土的浅层覆盖层井位钻井时，使用短钻具、慢转速、轻钻压钻进开孔，穿透覆盖层后下护孔管一般（1---2米）。2.1.2在地表珊瑚石灰岩裸露的井位钻井时，直接用硬质合金钻头和泥浆护壁，采用回旋方式钻进开孔。开孔结束后，用硬质合金钻头回旋钻进，泥浆护壁。当钻进到珊瑚石灰岩后出现泥浆大量流失或瞬间流失殆尽的现象，泥浆循环液不能及

5、时补给，同时还有破碎的石灰岩卡钻发生，导致无法正常钻进。2.24#--6#水井钻进工艺和流程：其中6#水井无水，不能成井。用硬质合金钻头和泥浆护壁，采用跟管钻进。钻进流程同上所述。该方法辅助时间长，工作量大，效率低，钻进进度缓慢，不能按所制定的钻进进度表施工，将会延长工期，导致被罚款的危险。2.37#--8#水井钻进工艺和流程：用硬质合金钻头和泥浆护壁，采用正循环钻进方法钻井。在钻进过程中仍然会有上述情况的发生。2.49#--85#水井钻进工艺和流程：采取气举反循环和空气潜孔锤钻进技术方案，效果良好，钻进效率比先前提高了近3倍，一般开孔后3-4个小时便可钻进到设

6、计孔深，终孔。具体流程如下：62.4.1红土、壤土、黏土和砂土的浅层覆盖层井位钻井时，使用短钻具、合金钻头回旋钻进，穿透覆盖层后下孔口管（依据现场覆盖层厚度），换空气潜孔锤锤体和锤头钻进。2.4.2在地表珊瑚石灰岩裸露的井位钻井时，直接用硬质合金钻头和泥浆护壁，采用回旋方式钻进开孔。主动钻杆进尺2—3米后，提钻下空口管，换空气潜孔锤、用英格索兰空压机送风钻进。1#---30#钻孔各项数据对比分析3石灰岩地层用反循环工艺和空气潜孔锤钻进的优点在有大量溶洞和裂隙的石灰岩地层钻进时采用回旋钻进有很多不利钻进因素，一方面在破碎石灰岩时硬质合金钻头磨碎灰岩时间较长，钻进效

7、率低，另一方面钻进时由于珊瑚岩有大量的溶洞和裂隙循环介质流失严重，发生循环介质补给不足现象，极易造成卡钻或堵钻。采用反循环和空气潜孔锤钻进则有3个优点，一是空气潜孔锤头可轻易击碎灰岩，同时反循环上返风速不受影响能满足排渣要求，二是不会造成孔内淤积，孔壁干净洗井时间短，不影响出水量。三是岩粉和破碎的珊瑚岩小颗粒沿冲击器与孔壁之间的环状间隙上返进入钻杆内管中心通道，反至双通道气水龙头，从排渣管定向排除可完成初步洗井。64结论在珊瑚石灰岩地区水井施工时由于珊瑚石灰岩地层为中硬地层，具有溶洞发育、裂隙多等特点。因此选择返循环工艺具有冲洗液上返速度快，排渣能力强的优点。选

8、用SPC-300车装水文