多分支水平对接井技术在土耳其天然碱溶采中的应用.pdf

第４ ７卷第８期 ２ ０ ２ ０年８月 探矿工程 岩土钻掘工程 E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k修回日期 ２ ０ ２ ０－０ ７－１ ７ D O I１ ０．１ ２ １ ４ ３/ j ． t k g c ．２ ０ ２ ０．０ ８．０ ０ ８ 基金项目 中国地质调查局地质调查项目“ 土耳其卡赞 贝帕扎里天然碱矿探采方法技术合作” 编号D D ２ ０ １ ９ ０ ９ ０ ６ ０ ２ 作者简介 张新刚, 男, 汉族,１ ９ ８ ０年生, 高级工程师, 地质工程专业, 从事受控定向钻进连通井施工与相应科研项目研究工作, 河北省廊坊市金 光道７ ７号,z h x i n g a n g ＠１ ２ ６． c o m. 引用格式 张新刚, 涂运中, 刘汪威, 等．多分支水平对接井技术在土耳其天然碱溶采中的应用[J]．探矿工程 岩土钻掘工程 ,２ ０ ２ ０,４ ７８ ４ ３－ ４ ９． Z HAN GX i n g a n g,TUY u n z h o n g,L I U W a n g w e i,e ta l ． A p p l i c a t i o no fm u l t i Ｇ l a t e r a lh o r i z o n t a l i n t e r s e c t e dw e l l d r i l l i n gt e c h n i q u e i n T u r k i s ht r o n as o l u t i o nm i n i n g[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k 对接井; 天然碱矿; 水溶开采; 悬空侧钻技术; 固井方法; 土耳其 中图分类号P ６ ３ ４． ７;T D ８ ７ 文献标识码A 文章编号１ ６ ７ ２－７ ４ ２ ８２ ０ ２ ００ ８－０ ０ ４ ３－０ ７ A p p l i c a t i o no fm u l t i Ｇ l a t e r a lh o r i z o n t a l i n t e r s e c t e dw e l l d r i l l i n g t e c h n i q u e i nT u r k i s ht r o n as o l u t i o nm i n i n g Z HANGX i n g a n g,TUY u n z h o n g,L I U W a n g w e i ,L I U H a i x i a n g I n s t i t u t eo fE x p l o r a t i o nT e c h n i q u e s,C A G S,L a n g f a n gH e b e i０ ６ ５ ０ ０ ０,C h i n a A b s t r a c tM u l t i Ｇ l a t e r a lw e l l d r i l l i n g i s t h ee x t e n s i o na n dd e v e l o p m e n to fh o r i z o n t a lw e l l d r i l l i n ga n da ne f f e c t i v e t o o l f o r i m p r o v e m e n to fo i l a n dg a sr e c o v e r ya n de c o n o m i c s ． I t i sw i d e l ya p p l i e di no i l a n dn a t u r a lg a se x p l o i t a t i o n,b u t r a r e l y i ns o l u b l em i n e r a lp r o d u c t i o n ． I nt h i sp a p e r,t h ea p p l i c a t i o no f t h et e c h n i q u e i nt r o n am i n i n gi s i n t r o d u c e di n t h ec a s eo fH ０ ３ ２w e l l d r i l l i n ga t t h eK a z a nT r o n aM i n e ． W i t ht h eh e l po fd i r e c t i o n a l d r i l l i n gt e c h n i q u e,t w op a r a l l e l h o r i z o n t a l l a t e r a l sw e r ed r i l l e df r o mo n em a i nw e l lb o r e t oc o n n e c t t w op a i r so f v e r t i c a lw e l l sr e s p e c t i v e l yt o f o r m２ m i n i n gp a s s a g e s ． T h ed i f f i c u l t i e si na p p l y i n gt h et e c h n i q u ei nt h et r o n am i n ep r o j e c t i sa n a l y z e dw i t hf o c u so nt h e m u l t i Ｇ l a t e r a l d r i l l i n gp r o c e s s,s u c ha sw e l l s t r u c t u r ed e s i g na n do p t i m i z a t i o n,s u s p e n d e ds i d e t r a c kd r i l l i n g,d r i l lb i t a n dB HAd e s i g na n do p t i m i z a t i o n,d r i l l i n gf l u i dd e s i g n,e t c ． K e yw o r d sm u l t i Ｇ l a t e r a l w e l l;i n t e r s e c t e d w e l l;t r o n a m i n e;s o l u t i o n m i n i n g;s u s p e n d e d s i d e t r a c k d r i l l i n g t e c h n i q u e;c e m e n t i n gm e t h o d;T u r k e y ０ 引言 分支井是指在一口主井眼的底部钻出２口或多 口进入目的矿层的分支井眼 二级井眼 , 甚至再从 二级井眼中钻出三级子井眼.主井眼可以是直井、 定向斜井, 也可以是水平井.分支井眼可以是定向 斜井、 水平井或波浪式分支井眼.目前, 在可溶性矿 的开采中多数使用垂直井、 定向井、 对接井, 但是在 可溶性矿的开采中利用分支井技术的并不多, 土耳 其卡赞天然碱矿开采钻井项目中设计使用了分支井 技术[ １－２], 本文以 H ０ ３ ２井的设计施工为例, 介绍该 技术在天然碱水溶开采对接井中的施工过程及工艺 技术.H ０ ３ ２井设计由１口水平井分支对接２个垂 直井组, 每个垂直井组有２口垂直井, 最终实现１口 水平井对接４口垂直井. １ 项目概况 土耳其卡赞天然碱矿位于土耳其首都安卡拉市 西北３ ５k m, 矿区交通便利, 附近有高速公路和国道 经过, 矿区内有简易公路相通.卡赞盆地位于A n a Ｇ t o l i a高原中部的S a k a r y a盆地, 其延展方向为N E －SW, 维度在３ ２ ２ ４ ′ ３ ２ ５ ０ ′之间, 经度在３ ９ ５ ６ ′ ４ ０ ２ ８ ′之间, 矿区位于卡赞盆地西面, 在I n c i r l i k和 F e t h i y e村庄之间.碱矿赋存于第三系下层的I n Ｇ c i r l i k地层中, 矿床南北长４ 􀆱 ５k m, 东西宽３ 􀆱 ７k m, 面积约９ 􀆱 ８k m ２. 卡赞矿区地质条件复杂, 地层具有较强的自然 致斜特性.矿区地下水丰富, 钻井过程中容易发生 涌水.前期勘探调查结果表明, 天然碱矿矿体埋深 ６ ０ ０７ ０ ０m, 含矿段厚度为６ ０１ ０ ０m, 从上至下分 布了B e d １ ０,B e dY,B e dX,B e d ９B e d １等１ ２个碱 层, 每层厚度０ 􀆱 ５２ ５m不等, 可采资源量丰富, 具 有极大的开发利用价值. ２ 地层概况 H ０ ３ ２井含２个水平井眼, 分别为H ０ ３ ２ １和 H ０ ３ ２ ２, 钻遇地层描述见表１. 表１ H ０ ３ ２井钻进地层概况 T a b l e１ D e s c r i p t i o no fd r i l l i n gf o r m a t i o na t t h eH ０ ３ ２w e l l 井 号井深/m地 层岩 性 描 述 H ０ ３ ２ １ ３ 􀆱 ０ ０１ ３ ２ 􀆱 ０ ０N e o g e n e 棕、 浅绿、 卡其色粘土岩, 棕色泥岩, 浅绿－黄绿色泥灰岩互层 １ ３ ２ 􀆱 ０ ０３ ０ ４ 􀆱 ０ ０F e t h i y e 深绿－绿色泥灰岩, 少量棕色白云质泥岩 ３ ０ ４ 􀆱 ０ ０３ ５ ２ 􀆱 ０ ０A s m a l i d e r e 棕色白云质泥岩, 底部含８m厚碎屑岩楔 ３ ５ ２ 􀆱 ０ ０６ ３ ０ 􀆱 ０ ０I n c i r l i k 棕色白云质泥岩, 深棕－黑色的油页岩与少量黑色泥岩互层 ６ ３ ０ 􀆱 ０ ０９ ５ ２ 􀆱 ３ ８I n c i r l i k 无岩样 H ０ ３ ２ ２ ３ 􀆱 ０ ０１ ３ ２ 􀆱 ０ ０N e o g e n e 棕、 浅绿、 卡其色粘土岩, 棕色泥岩, 浅绿－黄绿色泥灰岩互层 １ ３ ２ 􀆱 ０ ０３ ０ ４ 􀆱 ０ ０F e t h i y e 深绿－绿色泥灰岩, 少量棕色白云质泥岩 ３ ０ ４ 􀆱 ０ ０３ ５ ２ 􀆱 ０ ０A s m a l i d e r e 棕色白云质泥岩, 底部含８m厚的碎屑岩楔 ３ ５ ２ 􀆱 ０ ０６ ４ ０ 􀆱 ０ ０I n c i r l i k 棕色白云质泥岩, 深棕－黑色的油页岩与少量黑色泥岩互层 ６ ４ ０ 􀆱 ０ ０９ ５ ７ 􀆱 ２ ６I n c i r l i k 无岩样 ３ 多分支水平对接井施工难点 与常规水平对接井相比, 卡赞天然碱矿项目在 多分支水平对接井施工中存在诸多难点. ３．１ 直井未建腔, 对接中靶施工难度高 由于土耳其卡赞天然碱钻井项目是集中作业, 在短短的２年半时间内完成了７ ０多组水平井, 共计 ２ ０ ０多口钻井.由于配套供热锅炉和地面管线建设 未能同步完成, 大部分直井无法提前进行建腔, 导致 中靶对接施工时多数靶井溶腔直径仅有０ 􀆱 ３m左 右, 对对接中靶的精度要求极高[ ３－４]. ３．２ 悬空侧钻分支难 无论从设计的角度还是从司钻操作的角度, 悬 空侧钻施工都具有较高难度, 施工中任何一个中间 环节出现问题都可能导致前功尽弃, 因此在施工前 必须通过严格的设计来实现每一个步骤.该井所选 择的分支点从设计上已经做到尽量避开矿层段, 但 是由于在分支点区域都是矿层和岩层的互层, 因此 在分支过程中很容易将刚刚侧钻出的台阶破坏掉. ３．３ 精准控制轨迹, 保证目的矿层钻遇率较难 H ０ ３ ２井目的矿层B e d ３层平均厚度约２ ５m, 但 品位较低, 充填不溶杂质较多, 主要成分为白云质泥 岩和黑色油页岩, 从上到下把整个矿层分成了C、B、 A３个亚层.为保证矿藏的回采率, 项目技术规范 要求井眼轨迹必须处于B e d ３A亚层中, 并尽量靠 近矿层底板.根据矿层倾角的不同, 允许抬高１ 􀆱 ０ １ 􀆱 ８m.因此, 如何精准的控制轨迹沿着设计轨 迹要求行进, 最大限度地保证目的矿层的钻遇率, 对 于定向操作具有较高要求. ４ 施工工艺 H ０ ３ ２井 的 施 工 可 分 为２部 分,H ０ ３ ２１和 H ０ ３ ２ ２两口水平井共用同一个直井段和造斜段. 首先施工H ０ ３ ２ １井, 对接连通２口垂直井V ０ ３ ２ １ A和V ０ ３ ２ １ B, 然后再进行H ０ ３ ２ ２井的施工, H ０ ３ ２ ２是在H ０ ３ ２ １井造斜段中寻找合适的侧 钻位置, 采用悬空侧钻技术进行侧钻分支, 实现对接 另外２口垂直井V ０ ３ ２ ２ A和V ０ ３ ２ ２ B, 最终实现 ４４ 探矿工程 岩土钻掘工程 ２ ０ ２ ０年８月 一口水平井对接４口直井, 形成２个水平采矿通 道[ ５－１ ０].最后用水泥封堵水平井的直井段和造斜 段.H ０ ３ ２井分支示意见图１. 99 9
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M35 9 图１ H ０ ３ ２井分支示意 F i g ．１ S c h e m a t i cd i a g r a mo fH ０ ３ ２m u l t i l a t e r a lw e l l ４．１ 施工过程 ４．１．１ 一开直井段 直井段采用 ３ １ １ 􀆱 １mm牙轮钻头开孔, 钻至 含水层以下４ ０m为止, 下入 ２ ４ ４ 􀆱 ５mm表层套管 至３ ９ ６ 􀆱 ５m, 水泥固井, 水泥浆返至地面, 封隔地下 含水层.候凝４ ８h后扫塞. ４．１．２ 二开造斜段 二开从设计位置４ ３ ８ m开始造斜钻进, 采用 ２ １ ５ 􀆱 ９mm牙轮钻头＋ １ ７ ２mm螺杆钻具, 利用 MWD随钻测量系统控制轨迹钻进至６ ３ ０m完成二 开, 二开裸眼完井. ４．１．３ 三开水平段 水平段采用 １ ５ ２mm P D C钻头＋ １ ２ ０mm 螺杆钻具, 利用MWD随钻测量系统控制轨迹.从 二开完井位置继续钻进, 首先完成H ０ ３ ２ １井组, 当钻进至距离V ０ ３ ２ １ A井约６ ０m时起钻, 加入磁 接头, 同时V ０ ３ ２ １ A井中下入“ 慧磁” 中靶仪器, 在 “ 慧磁” 系统的引导下连通V ０ ３ ２ １ A井, 中靶后继 续钻进至V ０ ３ ２ １ B井附近, 同样在“ 慧磁” 的引导 下中靶.完成H ０ ３ ２ １井组后起 钻更换弯度 为 １ 􀆱 ７ ５ 的 １ ２ ０mm螺杆钻具下至井深６ ４ ０m悬空 侧钻分支出H ０ ３ ２ ２的造斜段井眼, 其后续施工工 序和H ０ ３ ２ １井组相同. ４．１．４ 完井 在２井组分别完成中靶, 并分别实现正常循环 后, 关闭４口垂直井井口, 从水平井下入预制水泥 塞, 下入到６ ３ ０m变径位置, 注入水泥, 完成水平井 造斜段和直井段的封堵. ４．２ 钻具组合 根据该施工地区的地层特点以及以往施工经 验, 该井钻具组合情况见表２. 表２ H ０ ３ ２水平井钻具组合 T a b l e２ D r i l l i n gs t r i n gf o rH ０ ３ ２h o r i z o n t a lw e l l 钻进 井段 钻进井深/ m 钻 具 组 合 一开 ０４ ０ ０ 􀆱 ０ ７ ３ １ １ 􀆱 １mm牙轮钻头＋变径接头＋ １ ７ ８ mm钻铤２根＋ １ ５ ９mm钻铤２根＋ 变径接头＋ ８ ９mm钻杆＋１ ０ ８mm方钻 杆 二开４ ０ ０ 􀆱 ０ ７６ ３ ０． ０ ０ ２ １ ５ 􀆱 ９mm牙轮钻头＋ １ ７ ２mm螺杆钻 具１根＋ １ ２ ７ mm无 磁 钻 杆 内 加 MWD１根＋变径接头＋ ８ ９mm钻杆 ＋１ ０ ８mm方钻杆 三开６ ３ ０． ０ ０９ ５ ２ 􀆱 ３ ８/ ６ ４ ０ 􀆱 ０ ０９ ５ ７ 􀆱 ２ ６ １ ５ ２mmP D C钻 头＋ 中 靶 作 业 时 加 入 １ ２ ０mm磁接头＋ １ ２ ０mm螺杆钻具 １根＋ ８ ９mm无磁钻杆 内加MWD１ 根＋ ８ ９mm钻杆＋１ ０ ８mm方钻杆 ４．３ 井眼轨迹设计与控制 H ０ ３ ２井是在一个井眼实现２个分支井, 并实 现对接４个靶点, 因此该井的设计至关重要.本井 采用MWD无线随钻测量系统结合螺杆钻具来控 制钻头的行进方向, 最终在“ 慧磁” 中靶系统的精确 引导下完成中靶连通[ １ １－１ ４].该井要求完井时封堵 点与２个分支井第一靶点的距离＜１ ２ ０m, 因此在 完成二开之前必须保证二开井眼轨迹尽量在双通道 的中间, 即磁方位在１ ７ ６ 左右, 同时在分支点附近 ６ ４ ０m 设计好分支的“ 狗腿” 度和工具面角.H ０ ３ ２ 井２个分支井眼的分支点轨迹数据见表３. H ０ ３ ２井３ D立体投影、 水平投影、 垂直投影分 别见图２、 图３和图４. ４．４ 悬空侧钻分支工艺 ４．４．１ 侧钻工具的选择 侧钻工具采用现有的MWD＋螺杆钻具＋P D C 钻头, 在螺杆弯度的选择上加以考虑, 根据设计, 要 想实现分支, “ 狗腿” 度需要达到１ ０ /３ ０m以上, 根 据现有钻具情况及前期使用经验, 选用 １ ２ ０mm １ 􀆱 ７ ５ 、 单螺扶 螺杆钻具. ４．４．２ 分支点的选择 要想实现水平对接井成功分支, 且准确对接分 支轨道上的２口直井, 分支点的选择至关重要, 主要 考虑了以下几个因素. １ 地层的选择.选择在非矿层段、 地层稳定、 无破碎带、 无断层, 最好选在矿层之间的夹层中. ５４ 第４ ７卷第８期 张新刚等 多分支水平对接井技术在土耳其天然碱溶采中的应用 表３ H ０ ３ ２井分支点实钻轨迹数据 T a b l e３ A c t u a l d r i l l i n g t r a j e c t o r yd a t ao f t h e s i d e Ｇ t r a c kp o i n t i nH ０ ３ ２ 井 号井深/m井斜/ 方位/ 工具面角/ X坐标/m Y坐标/m 高程/m垂深/m H ０ ３ ２ １ ６ ３ ０ 􀆱 ０ ０５ ８ 􀆱 ３ ５１ ７ ３ 􀆱 ６ ９ ７ 􀆱 ９ ０－８ ２ 􀆱 ２ ８５ 􀆱 ４ ３４ １ ５ 􀆱 ２ ７６ ０ １ 􀆱 ３ ５ ６ ４ ０ 􀆱 ０ ０６ １ 􀆱 ２ ８１ ７ ５ 􀆱 １ ９２ ３ 􀆱 ８ ９－９ ０ 􀆱 ８ ８６ 􀆱 ２ ６４ １ ０ 􀆱 ２ ５６ ０ ６ 􀆱 ３ ７ ６ ５ ０ 􀆱 ０ ０６ ５ 􀆱 ０ ７１ ７ ８ 􀆱 １ ０３ ４ 􀆱 ３ ４－９ ９ 􀆱 ７ ９６ 􀆱 ７ ８４ ０ ５ 􀆱 ７ ３６ １ ０ 􀆱 ８ ９ ６ ６ ０ 􀆱 ０ ０６ ８ 􀆱 ４ ４１ ８ １ 􀆱 ０ ０３ ８ 􀆱 ３ ３－１ ０ ８ 􀆱 ９ ８６ 􀆱 ８ ５４ ０ １ 􀆱 ７ ９６ １ ４ 􀆱 ８ ４ ６ ７ ０ 􀆱 ０ ０７ ２ 􀆱 ５ ４１ ８ ４ 􀆱 ９ ０４ １ 􀆱 ９ ３－１ １ ８ 􀆱 ３ ９６ 􀆱 ３ ６３ ９ ８ 􀆱 ４ ５６ １ ８ 􀆱 １ ８ ６ ８ ０ 􀆱 ０ ０７ ６ 􀆱 ７ ５１ ８ ６ 􀆱 ９ ０２ ４ 􀆱 ５ ５－１ ２ ７ 􀆱 ９ ８５ 􀆱 ３ ７３ ９ ５ 􀆱 ８ ０６ ２ ０ 􀆱 ８ ３ H ０ ３ ２ ２ ６ ３ ０ 􀆱 ０ ０５ ８ 􀆱 ３ ５１ ７ ３ 􀆱 ６ ９ ７ 􀆱 ９ ０－８ ２ 􀆱 ２ ８５ 􀆱 ４ ３４ １ ５ 􀆱 ２ ７６ ０ １ 􀆱 ３ ５ ６ ４ ０ 􀆱 ０ ０６ １ 􀆱 ２ ８１ ７ ５ 􀆱 １ ９２ ３ 􀆱 ８ ９－９ ０ 􀆱 ８ ８６ 􀆱 ２ ６４ １ ０ 􀆱 ２ ５６ ０ ６ 􀆱 ３ ７ ６ ５ ０ 􀆱 ０ ０６ １ 􀆱 ０ ７１ ７ １ 􀆱 １ ０２ ６ ６ 􀆱 ６ ８－９ ９ 􀆱 ５ ８７ 􀆱 ３ １４ ０ ５ 􀆱 ４ ２６ １ １ 􀆱 ２ ０ ６ ６ ０ 􀆱 ０ ０６ ３ 􀆱 ４ ４１ ６ ８ 􀆱 ０ ０３ １ ０ 􀆱 ８ ７－１ ０ ８ 􀆱 ２ ８８ 􀆱 ９ ２４ ０ ０ 􀆱 ７ ７６ １ ５ 􀆱 ８ ５ ６ ７ ０ 􀆱 ０ ０６ ５ 􀆱 ５ ４１ ６ ４ 􀆱 ９ ０３ ０ ６ 􀆱 ８ ９－１ １ ７ 􀆱 ０ ６１ １ 􀆱 ０ ３３ ９ ６ 􀆱 ４ ６６ ２ ０ 􀆱 １ ６ ６ ８ ０ 􀆱 ０ ０６ ８ 􀆱 ０ ５１ ６ １ 􀆱 ９ ０３ １ ２ 􀆱 ３ ０－１ ２ ５ 􀆱 ８ ６１ ３ 􀆱 ６ ６３ ９ ２ 􀆱 ５ ２６ ２ ４ 􀆱 １ ０             9 9        9  9 1 - P   P   P 图２ H ０ ３ ２井３ D立体投影 F i g ．２ ３ Dp r o j e c t i o no fH ０ ３ ２w e l l               P  P 9  99 9  图３ H ０ ３ ２井水平投影 F i g ．３ H o r i z o n t a l p r o j e c t i o no fH ０ ３ ２w e l l  “0P -P              9 9 9 9 图４ H ０ ３ ２井垂直投影 F i g ．４ V e r t i c a lp r o j e c t i o no fH ０ ３ ２w e l l ２ 分支点位置的选择.侧钻分支点位置的选 择, 要根据设计最大造斜率计算能够实现中靶, 同时 完成第一个靶点中靶后还能在有限的造斜率下完成 第二个靶点的中靶, 这一点至关重要. ４．４．３ 侧钻分支保证措施 １ 确定分支工具面角.分支工具面角的确定 对成功分支至关重要, 分支工具面角应尽量选在第 二、 三象限, 且与原轨迹工具面角之差应大于９ ０ , 在工具面角１ ８ ０ ５ 范围更易分支出新孔. ２ 定向划槽.首先将钻具调整到需要的工具 面, 在侧钻分支点以上１ ０m, 进行反复划眼, 让钻具 充分释放扭矩, 同时通过反复划眼, 让钻头充分切削 井壁, 使其形成一个与原轨迹分离的趋势. ３ 定点循环.定向井在相对比较软的地层中 定点循环易形成新井眼, 根据这一特点, 在初始分支 点可定点循环１h左右, 使其形成一个扩径点, 同时 ６４ 探矿工程 岩土钻掘工程 ２ ０ ２ ０年８月 容易出现台阶. ４ 控时钻进.根据碱矿地层的软硬程度, 可控 制不同的钻速使新轨迹和老轨迹逐渐分离, 碱矿地 层可采取分段式控制机械钻速.例如 第一个３m 控制钻速为０ 􀆱 ５１ 􀆱 ０m/h, 第二个３m控制在１ 􀆱 ０ １ 􀆱 ５m/h, 然后根据原地层钻进速度, 逐渐加压直 至达到正常钻进速度. ４．５ 中靶作业 “ 慧磁” 高精度导向中靶系统是我所开发的具有 完全自主知识产权的成果, 目前已经广泛应用于国 内外市场, 在近几年土耳其天然碱钻井项目的实施 中, 对接连通任务主要依靠“ 慧磁” 中靶系统, 实现了 中靶率１ ０ ０％, 目前, 在卡赞碱矿钻井项目中已完成 １ ０ ０余组对接井组的施工. H ０ ３ ２井组４靶点均在“ 慧磁” 的引导下实现了 一次中靶.中靶作业的过程为 当钻至距离对接靶 点还有６ ０m左右时, 起钻在钻头和螺杆之间加入 磁接头, 同时在对接靶点的直井中下入“ 慧磁” 探管 到指定位置.在水平井端钻头距离井底１m左右 开泵循环, 螺杆带动磁接头旋转, 产生一个旋转磁 场, 在直井端通过“ 慧磁” 探管采集数据, 通过电脑程 序解码与计算, 解算出当前钻头与靶点间的空间位 置关系.根据这一信息, 能够及时进行轨迹调整, 设 计下一步的施工轨迹, 使钻头逐渐向靶点位置靠近, 并最终实现连通.图５为中靶连通靶井时, 泥浆从 靶井井口涌出的瞬间. 图５ 直井连通瞬间井口涌水 F i g ．５ W a t e rb u r s t i n go u t f r o mt h ew e l l h e a da t t h ev e r t i c a lw e l l ４．６ 固井工艺 H ０ ３ ２井组固井主要分为２部分, 一部分是直 井段固井 一开固井 , 另一部分是完成所有４口直 井对接连通后, 封堵二开造斜段及一开部分井段. 其中, 一开直井段固井为常规固井, 二开造斜段为封 堵固井. 封堵固井采取措施如下 １ 选择合适的位置下入预制水泥塞, 以实现搭 桥, 下 至 井 眼 变 径 位 置 ２ １ ５ 􀆱 ９ mm变 为 １ ５ ２ mm , 即６ ３ ０m处; 用钻具送入水泥塞到达指定位 置后, 加钻压将水泥塞压实, 同时在压入水泥塞过程 中, 通过钻具钻压的作用将连接水泥塞与钻具的钢 筋箍切断. ２ 上提钻具至６ ２ ０m, 在距离水泥塞１ ０m左 右位置开泵循环, 同时观察４口直井是否有返水现 象, 确保无返水, 关闭４口直井井口所有阀门后方可 注入水泥浆, 注入完成设计好的水泥浆量后, 将钻具 迅速提出. ３ 根据设计计算, 注入水泥１ ２ 􀆱 ５t, 封堵水泥 高度要求进入表层套管８ ０m以上, 要求水泥浆密 度达到１ 􀆱 ８ ５g/m ３. ４ 候凝２ ４h后, 需下入钻具进行探塞, 以确保 水泥上返高度达到要求.实际水泥塞上返高度为进 入表层套管１ ０ ２m, 符合技术规范要求. ５ 质量控制 ５．１ 直井段轨迹控制 开钻前必须对设备进行全面检查, 天车、 转盘、 井口三者的中心线在一条铅垂线上, 偏差≯１ ０mm. ０４ ０ ０m一开井段钻进过程中应控制好钻压 及钻速, 做好防斜打直的工作, 钻进过程中每１ ０ ０m 进行一次测井斜, 若发现直井段井斜超出设计范围 时应采取纠斜措施. 该井段钻进时应坚持多划眼和循环, 以利于修 整井壁和清理井底沉砂, 保证井下安全. ５．２ 造斜井段轨迹控制 施工前应制定详细的施工设计, 现场根据地质 靶区要求和实际钻孔坐标及上部井段实钻情况对设 计轨迹及措施进行合理调整. 定向组合钻具入井后应控制下放速度, 不得猛 刹、 猛放, 若遇阻应上提钻具、 转动不同方向下放. 本井段拟采用MWD钻井系统监测轨迹, 记录 间距≯１ ０m; 根据造斜情况及时合理调整定向参数 和钻井措施, 确保井眼轨迹平滑. 实钻中精心组织施工, 造斜点以下实施全程螺 杆＋MWD钻进, 根据实际轨迹进行不断调整, 以最 ７４ 第４ ７卷第８期 张新刚等 多分支水平对接井技术在土耳其天然碱溶采中的应用 终达到设计要求. 在整个造斜段施工中必须做好钻井液性能的维 护处理, 加强固控措施, 减少钻井液无用固相含量, 含砂量控制在０ 􀆱 ５％以内; 严格控制钻井液失水量 和摩擦系数. ５．３ 水平段矿层钻遇率保证 对于水平对接井组溶采施工, 如何保证水平段 轨迹完全行进在目的矿层中, 对于井组的正常生产 和井组的使用年限至关重要.根据项目技术规范要 求, 水平段矿层钻遇率≮９ ０％.为保证矿层钻遇率, 在三开段采用了在MWD仪器中悬挂G a mm a探管 短节的方法, 以实时获取地层的自然伽马数据.若 出现自然伽马数据突然升高, 则说明井眼轨迹出矿, 需要回撤部分钻具进行分支侧钻.借助于不断完善 的矿区三维地质模型和G a mm a探管短节的实时跟 踪, 本井未出现井眼轨迹出矿的情况, 该井矿层钻遇 率为１ ０ ０％.H ０ ３ ２井实时伽马数据如图６所示, 从 中可看出, ２个分支H ０ ３ ２ １和H ０ ３ ２ ２井段所有 伽马数据皆为低值A P I值＜４ ０ .       8P 3 , P    图６ H ０ ３ ２井伽马测井数据 F i g ．６ G a mm a l o g g i n gc h a r t o fH ０ ３ ２ ６ 结语 １ 多分支水平对接井技术在土耳其卡赞天然 碱溶采中得到了成功应用.悬空侧钻分支是应用该 技术的关键, 通过造斜钻具的选择、 分支点的确定及 钻进参数的优化和钻时控制等成功实现了多分支. ２ 通过优化设计、 精心施工, 成功克服了直井 未建腔、 悬空侧钻分支工艺和水平井轨迹控制等难 题, 借助“ 慧磁” 中靶系统, 成功实现了井组的一次对 接连通. ３ 多分支水平对接井技术虽然在可溶性矿的 开采中设计使用不多, 但是随着技术的进步和设备 的更新, 该技术必然会更广泛应用于可溶性矿层的 开采中. ４ 土耳其卡赞碱矿埋藏的碱矿层数多, 厚度 大, 利用多分支水平对接井技术可更大程度地全面 开采各个层位的矿体.例如, 利用套管开窗技术开 采B e d ３上部矿层, 利用多分支井技术在一口水平 井中同时开采多个层位的矿体. ５ 多分支水平对接井技术能在降低开采成本 的同时, 大大地提高产能, 带来非常好的经济效益. 参考文献R e f e r e n c e s [１] 刘汪威, 刘海翔, 涂运中, 等．天然碱矿综合钻井水溶开采工艺 设计[J]．探矿工程 岩土钻掘工程 , ２ ０ １ ９,４ ６１ ２ １－６． L I U W a n g w e i,L I U H a i x i a n g,T uY u n z h o n g,e ta l ． C o m p r e Ｇ h e n s i v eb o r e h o l es o l u t i o n m i n i n gd e s i g nf o rt r o n am i n e s[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k S o i lD r i l l i n ga n d T u n n e Ｇ l i n g ,２ ０ １ ９,４ ６１ ２ １－６． [２] 刘汪威, 林修阔, 张新刚, 等．特殊地质条件下定向对接复杂井 组的工艺设计[J]．探矿工程 岩土钻掘工程 , ２ ０ １ １,３ ８４ １ ３ －１ ６． L I U W a n g w e i,L I NX i u k u o,Z HAN GX i n g a n g,e t a l ． P r o c e s s d e s i g no fc o m p l e xc o n n e c t i o n w e l lu n i t si ns p e c i a lg e o l o g i c a l c o n d i t i o n s[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k S o i lD r i l l i n g a n dT u n n e l i n g ,２ ０ １ １,３ ８４ １ ３－１ ６． [３] 胡汉月．对接中靶区建槽若干问题探讨[J]．探矿工程 岩土钻 掘工程 ,２ ０ １ ４,４ １ ７ ２ ０－２ ３． HU H a n y u e ． D i s c u s s i o no f c a v i t yd e v e l o p m e n t i n t h e t a r g e t a r Ｇ e ao f i n t e r s e c t i o nw e l l p a i r[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k S o i lD r i l l i n ga n dT u n n e l i n g ,２ ０ １ ４,４ １７ ２ ０－２ ３． [４] 商敬秋, 武程亮, 刘汪威, 等．无建槽直井的定向中靶作业[J]． 探矿工程 岩土钻掘工程 ,２ ０ １ ４,４ １１ １ ３－１ ６． S HAN GJ i n g q i u,WUC h e n g l i a n g,L I U W a n g w e i,e ta l ． O r i Ｇ e n t e dt a r g e t Ｇ h i t t i n go p e r a t i o nf o rv e r t i c a lw e l lw i t h o u tc a v i t y b u i l d i n g[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k S o i lD r i l l i n g a n dT u n n e l i n g ,２ ０ １ ４,４ １１ １ ３－１ ６． [５] 林修阔, 陈剑垚, 刘汪威, 等．双通道平行井在采卤对接井中的 首次应用[J]．探矿工程 岩土钻掘工程 , ２ ０ １ １,３ ８２ １ ２－１ ４, １ ８． ８４ 探矿工程 岩土钻掘工程 ２ ０ ２ ０年８月 L I NX i u k u o,C HE NJ i a n y a o,L I U W a n g w e i,e ta l ． F i r s ta p Ｇ p l i c a t i o no fd o u b l ec h a n n e lp a r a l l e lw e l l si nc o n n e c t e db r i n e w e l l s[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k S o i lD r i l l i n ga n d T u n n e l i n g ,２ ０ １ １,３ ８２ １ ２－１ ４,１ ８． [６] 施智玲, 唐玉华．应用水平分支井技术开采盐硝的可行性分祈 [J]．中国井矿盐,２ ０ １ ６,４ ７５ ２ ４－２ ５,２ ８． S H IZ h i l i n g,TAN G Y u h u a ． F e a s i b i l i t ya n a l y s i so na p p l y i n g h o r i z o n t a lm u l t i l a t e r a lw e l l t e c h n o l o g yt oe x p l o i ts a l t p e t r e[J]． C h i n aW e l l a n