晏忠強+舒克鑫

【摘 要】簡要介紹了渝黔湘秀山頁巖氣秀頁5井鉆探工藝，選擇合理的設(shè)備和機具，優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)地層使用適合的泥漿體系，可為同類頁巖氣調(diào)查井提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】頁巖氣；鉆探工藝；鉆井液；秀頁5井

1. 項目背景及概況

（1）“渝黔湘秀山頁巖氣區(qū)塊”是2009年國土資源部《全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價國家專項（第二批）——中國重點海相地區(qū)頁巖氣資源潛力及有利區(qū)優(yōu)選》項目的重點研究區(qū)，也是2010年國土資源部全國頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查先導(dǎo)試驗區(qū)項目的核心部分。

（2）渝黔湘秀山頁巖氣區(qū)塊秀頁5井鉆探施工項目。根據(jù)設(shè)計要求，需完成1700m巖心鉆探任務(wù)且終孔直徑≥95mm。

2. 礦區(qū)概述

2.1 構(gòu)造特征。

秀山頁巖氣區(qū)塊處于揚子臺地內(nèi)的川湘凹陷南部邊緣，主要構(gòu)造線呈北東向展布，向斜傾角平緩，背斜傾角較大，局部受斷裂影響，有倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。秀頁5井構(gòu)造位屬于蠻子腰向斜東部斜坡，具體表現(xiàn)為巖層產(chǎn)狀平緩，傾角一般<15°，多半不超過10°；兩翼為奧陶系和寒武系所組成，地層產(chǎn)狀南東翼較北西翼緩，南東翼傾角20°～25°，北西翼一般為25°～50°。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)概況。

（1）0～16.20m，地層為第四系河床沖積層，以塊石、鵝卵石為主。

（2）16.20～473.30m，地層為志留系中統(tǒng)秀山組，以粉砂質(zhì)泥、頁巖為主，局部夾灰白色粉砂巖條帶，裂隙節(jié)理發(fā)育無填充，產(chǎn)團塊狀黃鐵礦。

（3）473.30～902.21m，地層為志留系中統(tǒng)溶溪組，以紫紅、灰綠色粉砂質(zhì)泥、頁巖為主，夾粉砂巖，化石稀少，頂部均以紫紅色巖層為界。

（4）902.21～1193.31m，地層為志留系下統(tǒng)小河壩組，以灰綠色粉砂質(zhì)泥、頁巖，灰白色石英砂巖及灰白色生物碎屑灰?guī)r為主，在1173.48m處傾角突然變大（60°左右），巖心較破碎，裂面含云母晶體，底部呈現(xiàn)砂包泥現(xiàn)象。

（5）1193.31～1747.63m地層為志留系下統(tǒng)龍馬溪組，以黑灰色粉砂質(zhì)頁巖及灰綠色粉砂質(zhì)頁巖為主，中部夾鈣質(zhì)砂巖。

（6）1747.63～1765.11m地層為志留系下統(tǒng)五峰組，以以黑灰色粉砂質(zhì)頁巖為主，其上部為觀音橋灰?guī)r。

（7）1765.11～1779.00m地層為志留系下統(tǒng)寶塔組，以龜裂紋灰?guī)r為主，巖心較完整，取芯率較高。

3. 鉆孔技術(shù)要求

該區(qū)域地層比較復(fù)雜，鉆孔上部地層為志留系中統(tǒng)秀山組，以粉砂質(zhì)泥、頁巖為主，局部夾灰白色粉砂巖條帶，易掉塊、漏漿、鉆具順層易出現(xiàn)孔斜。鉆孔設(shè)計1700m，龍馬溪組（目的層）巖心采取率≥90%，其余組、段巖心采取率必須達到75%以上。井深<1700m，井斜≤4°；井深>1700m，井斜≤5°。

4. 鉆孔結(jié)構(gòu)

采用4級以上的鉆孔結(jié)構(gòu)，并在較大口徑金剛石繩索取心鉆進時，依據(jù)鉆探設(shè)備的施工能力，盡可能地施工至最大孔深。其目的是利用大徑金剛石鉆具進行很好地控斜。

鉆孔結(jié)構(gòu)：150mm-130mm-110mm-95mm；

套管，146mm-127mm-108mm。146mm套管下入孔深10.40m，127mm下入孔深17.50m，108mm下入孔深310m（110mm繩索取心鉆進至孔深309.85m），終孔口徑95mm。

圖1

5. 設(shè)備及機具

5.1 鉆機。

由于所選工作區(qū)以往一般較少或空白類似鉆井資料，僅憑地質(zhì)人員地表調(diào)查設(shè)計，控制性較差，部分鉆井井深偏差較大，可能出現(xiàn)設(shè)備能力不足問題。因此，選用長沙探礦廠生產(chǎn)的XY-6B型立軸式液壓鉆機，鉆進能力2500m，此型鉆機設(shè)計功率99KW，立軸低速扭矩8500N·m，雙油缸給進，長給行程600mm，液壓卡盤夾持力大，能滿足多種口徑巖心鉆進工藝，有利于提高鉆效。

5.2 鉆塔。

選用SGZ-23型加厚鉆塔，塔高23.5m，銷裝式整體底盤更具安全性和穩(wěn)定性。天車有效額定負載800KN。

5.3 泥漿泵。

選用H/BW-320M三缸往復(fù)式雙作用泥漿泵，配輸出功率為56KW濰柴柴油機作為動力。變量及額定壓力調(diào)節(jié)范圍較寬，能滿足各種鉆進泥漿流壓參數(shù)的需要。

5.4 鉆具。

5.4.1 在秀頁5井的施工中，采用了110mm繩索取心鉆進工藝，在鉆孔結(jié)構(gòu)上針對孔內(nèi)出現(xiàn)異常情況處理留有充分余地。施工實踐證明，采用110mm繩索取心鉆進工藝具有以下優(yōu)點：

（1）剛性強起到了鉆孔防斜的作用；（2）提高了破碎地層巖心采取率，特別是在58.53～278.13m井段表現(xiàn)出了它的優(yōu)越性（由于口徑大，鉆進時鉆頭不易被堵塞，滿貫率高）；（3）勞動強度低且工藝簡單，鉆進效率高。（4）隔開了上部破碎帶，防止了掉塊、漏水、卡鉆事故的發(fā)生。

5.4.2 110mm鉆具裝配見圖1。

6. 鉆井液技術(shù)

頁巖氣是蘊藏于頁巖層中的天然氣，頁巖氣主體位于暗色泥頁巖和高碳泥頁巖中，是以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中的天然氣。隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，鉆井深度逐漸增加，更多的鉆遇高溫、高壓及各種復(fù)雜地層，對鉆井液性能提出了越來越高的要求，促使鉆井液技術(shù)不斷發(fā)展。實踐表面，鉆井液的性能對于確保鉆井的安全，起到十分重要的作用。

鉆井液選型。

（1）秀頁5井與2014年3月21日一開，本井段鉆遇地層為殘積層，鵝卵石層，全孔漏失，地層疏松、易垮塌，該地層主要為河床沖積物，以粒徑為60～200mm的鵝卵石為主，厚度17.40m，采用300目優(yōu)質(zhì)粘土（加純堿水化，水化時間>24h），火堿，Na-CMC，加清水攪拌成原漿。泥漿性能為：密度1.10～1.15g/cm3，粘度30～35s，失水量12～18mL/30min，泥皮厚度1～2mm，pH值9～10。雖然采用泥漿鉆進，但是由于地層為河床沖積礫石、沙土且松散，外加第四系層位較厚，效果不是很明顯，最后采取了分段水泥漿灌注方法才順利穿過第四系河床沖積物。endprint

（2）秀頁5井二、三開，本井段地層以灰色泥巖為主，地層中有易坍塌、縮徑地層。要求鉆井液能滿足各種地層的需要，具有良好的護壁性能。泥漿配方： 1m3清水+3%膨潤土+0.2%純堿0.3-0.5%+CMC。性能指標為：比重1.03 g/cm3，粘度19～20s，失水量5～8 mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。

由于本井段鉆速快，產(chǎn)生巖屑多，結(jié)合工程上進行大排量鉆進，保證鉆井液對井壁的沖刷作用，盡量防止厚泥餅的形成，做好固相控制?？紤]到該地層復(fù)雜，泥巖段較多，不穩(wěn)定，易坍塌，因此，在原有鉆井液基礎(chǔ)上添加：2%廣譜護壁劑（IV）+3%防塌劑，鉆井液性能：比重1.05 g/cm3，粘度20～23s，失水量4～7mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。調(diào)整后的鉆井液有足夠攜帶巖屑的能力，保持低粘切鉆進，提高了清潔井眼的效果。在鉆進過程中，能很好的保護孔壁。

（3）秀頁5井四開，本井段地層以泥頁巖為主，此類巖層，泥漿失水量大，易造成鉆孔縮徑、孔壁軟化、坍塌等，應(yīng)盡量降低泥漿失水量。因此鉆井液選擇低固相泥漿，泥漿配方：1m3清水+25～30Kg膨潤土+0.75～0.84Kg純堿+0.5KgNa-CMC（中粘）+0.5Kg磺化瀝青+0.3KgPHP+0.8KgLG植物膠+0.2～0.3Kg腐植酸鉀，比重1.05～1.08g/cm3、漏斗粘度20～25s、失水量8～12mL/min、PH值8～10。鉆進時及時測量鉆井液性能，根據(jù)鉆井液性能變化隨時調(diào)整鉆井液性能，保證了井下安全。同時加強了密切配合，控制好起下鉆速度，防止壓力“激動”過大，起鉆時及時向井內(nèi)灌滿泥漿，確保井壁穩(wěn)定。

7. 主要技術(shù)指標完成情況

7.1 主要技術(shù)指標。

秀頁5井施工為全孔取心鉆進，該孔于2014年3月21日開鉆至2014年7月9日終孔，總進尺1779.00m，終孔口徑95mm，終孔頂角4.4°，方位角194.40°。全孔巖礦心總長1756.58m，采取率98.74℅。取心總回次647回次，平均回次長度2.74m。開動3.7個臺月（2664h），臺月效率480.81m，其中純鉆時間976.17h，平均機械鉆速1.82m/h，。輔助時間1351.83h，水泥封孔168.00h，中途更換鉆塔84.00h，待配件48h，山洪爆發(fā)停待36h。時間統(tǒng)計表見圖2。

圖2

7.2 找氣成果。

該孔目的層段（龍馬溪組）厚度554.32m（1193.31 ～1747.63m）。目的層共有兩段氣測異常明顯，總烴最大值為24.63%，據(jù)現(xiàn)場解析，目的層含氣量在0.34m3/t，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。頁巖氣現(xiàn)場解析見圖3。

圖3

8. 結(jié)語

（1）秀頁5井，嚴格按照組織設(shè)計施工，選擇合理的鉆孔結(jié)構(gòu)，根據(jù)地層選擇適合的低固相泥漿，保證施工質(zhì)量。

（2）采用110mm繩索取心鉆進工藝，剛性強起到了鉆孔防斜的作用；提高了破碎地層巖心采取率，勞動強度低且工藝簡單，鉆進效率高。隔開了上部破碎帶，防止了掉塊、漏水、卡鉆事故的發(fā)生。

（3）頁巖氣資源潛力評價選區(qū)階段布設(shè)調(diào)查井設(shè)計井深控制性一般較弱，設(shè)備選型時應(yīng)留夠充足余地。

（4）在施工過程中嚴格執(zhí)行鉆井液設(shè)計，合理調(diào)整鉆井液參數(shù)，鉆井液具有良好的攜砂、懸浮、防塌等性能，是保證鉆井施工順利進行的關(guān)鍵。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2014）12-03-895endprint