漳县盐矿钻探施工与成井工艺

程建祥，张德权，张家峰

（甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，甘肃天水，741020）

摘 要：总结了岩盐勘探中的钻探施工方法及成井工艺，介绍了饱卤水泥浆的护 壁效果和在钻探施工中的优势所在。固井设备及材料的选择与组合，是固井成败的关键所在，使用水力混合搅拌器，提高了灌浆速度，保证了固井质量。饱卤水泥浆和水力混合搅拌器的使用，对该区今后的施工，有着现实的指导意义。
关键词：盐矿；钻探技术；成井工艺

1 概况

在漳县，利用盐卤水制盐有着悠久的历史，据考始于秦代，距今已有两千多年。但由于制盐方法的落后和盐卤水的逐渐淡化，致使盐产量一直徘徊在1500t左右，严重阻碍了制盐工业的发展。为振兴地方经济，使资源优势变为经济优势[1]，地方政府邀请有关专家进行多方论证后，决定在采盐条件较好的盐井镇施工，投资新建一座年采10万吨的真空盐厂，作为发展地方经济的支柱。并委托甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，用地质及钻探手段对盐矿的远景储量作一评价。经过前后4年多的施工实践，总结出了一套较为适用的盐矿钻探施工方法与成井工艺。

本次施工钻孔16口，修井4口，最深500m，最浅187m，岩心采取率为82%，矿心采取率为92%。

2 盐矿区地质特征

盐矿区为一新生代断陷盆地，其表层被第四系（Q）所覆盖，盖层多为冲洪积相的砂砾卵石，部分夹少量的亚砂土、亚粘土等，厚5~10m不等。下伏新第三系上段（N3 2）临夏组地层，厚390m左右。岩性主要为碎屑岩和化学岩两大类。碎屑岩则以灰绿、灰黑、灰黄等杂色泥岩为主，并夹有多层棕红、褐红色泥岩及少量的薄层泥灰岩和砂质泥岩。而具有工业开采价值的化学岩（以岩盐为主）则夹在杂色泥岩之中。钻孔揭露，单孔所见岩盐层多为6~11层，个别达17层以上，单孔盐层的总厚度为17.2~134m不等；品位68.97~88.82%，局部夹有高品位的芒硝或钙芒硝与薄层石膏。矿层埋深70~240m不等。岩层倾角较陡（50~70°）。属水敏性地层，见水易出现缩径、塌孔、井径变形等复杂地质现象。

3 井身结构与施工方法

3.1设备的选择与井身结构

本次施工钻孔，设计最深为500m，下入178×6mm技术套管，因此要求钻机的负载能力应大于20T。考虑到设备技术性能等因素，故选用了SPJ-300型水文水井钻机，并配73mm钻杆和127mm钻铤进行施工。

根据盐矿开采工艺及地质条件，采用四级口径，一开多扩成井工艺，不同层段下入不同规格的管材。

3.2护壁泥浆的配制

无论何种钻探工程，泥浆的选配是保证钻探施工的一个重要因素，泥浆选配的优劣，直接关系到钻孔施工的成败。因此，根据矿区的地层地质结构，在非含盐层段，选用优质膨润土加水、加碱、加PHP的优质泥浆，该泥浆在无岩盐地层使用，护壁效果比较理想。对于岩盐层段，为防止和抑制岩盐矿层的水溶和扩井，改饱和盐水泥浆为加入适量食盐的饱和卤水泥浆。该泥浆与饱和盐水泥浆相比，性能稳定，悬浮力强，流变性好，稳定了矿层井壁，保证了矿心采取率[2]。在实际施工中，孔内干净，提下钻未出现过钻具遇阻、卡钻、埋钻等故障。

3.3 钻进方法及矿心的采取

岩盐井施工质量要求高，岩心采取率必须大于70%，矿心采取率大于80%。因此为保证取心要求，防止泥岩变形、缩径卡钻、孔斜，全孔钻探采用硬质合金肋骨钻头加长钻具的钻进方法，并在钻进中依据地层的变化，采用相应的技术工艺调整，对疏松、易塌地层，采用失水量小、粘度较大的优质泥浆钻进；对于地层较为破碎的孔段，采取增大钻压、适当减小泵量的方法钻进。为防止钻孔偏斜，采用加长钻具的方法施工。

岩矿心的采取视地层而异，对非岩盐段选用硬质合金单管钻具投卡料法采心；岩盐矿层则因性脆、易碎、易磨损、遇水易溶、易冲蚀的特征，采用干钻卡取，即在钻进旋回回次结束后干钻一小段，利用孔内未排除的岩粉挤塞住岩心，通过钻机再回转的方法将其扭断取出，即为该回次的矿心。

4 成井工艺及方法

岩盐孔的成井工艺，主要是下管及水泥固井，是整个钻探施工成败的关键。依据当地地质条件及技术要求采取了如下设计：岩盐井内共下入四套井管，其中表管、生产技术管需进行水泥固井；表管采用525#普通硅酸盐水泥，技术套管采用45℃冷堵油井水泥；水泥浆水灰比为1：2，水泥浆比重在1.81-1.87之间；生产技术套管固井中，应使水泥返出地面；管内管外试压3-5MPa，静止30min内压力下降差小于0.5MPa。

4.1 固井前期工作

为保证固井质量和下管工作的顺利实施，首先在设计下入技术套管以下井段进行架桥，投入泥球并夯实，打成水泥底座（台阶）[2]；然后下钻通孔，对孔壁出现变化的部位及时修正；其次为清井，清除井底沉淀物；最后检查所用设备、工具的各项技术性能及准备工作是否达到设计要求，并确认无误后，即可进行技术套管的下入。

表管前期已下入。

4.2 固井工序

技术套管下入孔内后，连接好地面管串，进行泥浆循环并冲洗钻孔，直至井内返出清水并证明孔内情况正常后，即可向孔内灌注45℃冷堵油井水泥。灌注油井水泥，为固井工程中的关键所在，它关系到整个固井质量的好坏与成败。因此，搅拌灌注必须在连续循环状态下进行，灌注时间不得超过水泥的初凝时间。由于本次最大固井深度270m，用水泥16t（320袋），按施工设计要求，即搅拌器至灌注全部工作需在2.5h内完成。因此，为了达到上述施工设计要求和保证固井质量，进行水泥浆配制时，采用我们自行设计加工的两台水力混合搅拌器配套于两台注浆泵进行水泥浆的搅拌与注浆。用此法搅拌灌注16t水泥浆，时间仅为2h左右，满足了施工设计要求，从而保证了固井质量。当水泥浆全部灌入孔内后，立即泵送替水泥浆，泵送替水泥浆的作用是将水泥浆从技术套管外返出地面，并清除水泥浆对输浆管线的阻塞物及保证技术套管内存有15m左右（一定高度）的水泥柱。当替水泥浆灌注完工后，立即关闭全部阀门，封闭技术套管，待凝48h后进行技术套管试压。水泥固井及替浆过程。

4.3 压力测试及完井工作

待孔内水泥凝固后，利用钻具扫掉管内水泥柱至预定部位，尔后利用电动试压泵分别进行技术套管的管内外试压，要求压力不低于5MPa，30min内压力下降差小于0.5MPa。

技术套管试压完毕，待水泥彻底凝固（7天以上）后，再用152mm钻具将孔内架桥扫掉至孔底，下入127mm出水管，63.5mm出卤管至岩盐层底板以上1.5m左右处，然后安装井口采卤装置，并调好进水管与出卤管方向，用变量泵沿进水管试卤24h，当卤水浓度达到设计要求后，即可通过验收竣工，并交付使用，至此，整个岩盐井施工结束。

总之，在前后四年多的岩盐矿施工中，共施工岩盐勘探井（孔）16口，修井4口。利用前述钻探方法及成井工艺，获得了圆满成功。施工中将饱盐水泥浆改为饱卤水泥浆，加快了施工步伐，减少了孔内事故。固井中使用自行设计加工的水力混合搅拌器，使用效果好，效率高，提高了灌浆速度，保证了固井的质量。

5 结语

(1)在岩盐矿的钻探施工中，由饱盐水泥浆改用饱卤水泥浆，护壁效果好，钻探效率高。用水力混合搅拌器搅浆灌注，速度快，效果好，保证了固井的成功率和质量。该方法对岩盐矿区的钻探施工及成井具有经验可鉴。

(2) 自行设计的水力混合搅拌器，虽使用方便，效率高，节省人力，但不太完善，混合器及输浆管线易被水泥堵塞，可望给予改进。

参考文献：

[1]张德权，甘肃省通渭汤池河地下热水勘查测井工作报告[R]，天水，甘肃省地勘局第一水文地质工程地质队，1999.10

[2]张立新，马彪，甘肃省漳县盐井碳岩盐矿勘查地质工作报告[R]，天水，甘肃地矿局第一水文地质工程地质公司，1991

[3]吕锡安，定远盐田成井工艺[J]，探矿工程，2004.31（6）,61～62

作者简介：

程建祥（1964-），男，汉族，甘肃秦安人，工程师，水文工程地质专业，长期从事水文地质野外生产工作。

张德权（1952-），男，汉族，甘肃武都人，工程师，地球物理勘探专业，长期从事物探及测井的野外生产与技术管理。

张家峰（1975-），男，汉族，甘肃永昌人，工程师，水文工程地质专业，一直从事水工环地质勘查工作。