于志堅，耿 印，于保國，布 凡，丁國東，劉 存，王 越

（河北省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊，河北承德067000）

河北省御道口油頁巖礦區(qū)施工經(jīng)驗總結

于志堅*，耿 印，于保國，布 凡，丁國東，劉 存，王 越

（河北省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊，河北承德067000）

油頁巖地層復雜，地質鉆探施工難度較大，孔壁不穩(wěn)定，坍塌、縮徑、漏失、掉塊事故時有發(fā)生。根據(jù)油頁巖多年施工經(jīng)驗進行總結，對油頁巖地層鉆井液的配制、使用及漏失防治進行總結，以供大家參考。

油頁巖地層；復雜地層；坍塌；縮徑；漏失防治；鉆井液配制使用

1 概述

油頁巖又稱“油母頁巖”，屬非常規(guī)油氣資源，以資源豐富和開發(fā)利用的可行性而被列為21世紀非常重要的接替能源。

世界上油頁巖資源較多，但探明的不多，主要分布在美國、加拿大、俄羅斯和中國。我國查明的油頁巖資源儲量311.7×108t（地質部1980年發(fā)布表內(nèi)儲量），河北省查明油頁巖資源儲量1.14×108t，占全國第10位，產(chǎn)地6處，其中承德市5處，查明油頁巖資源儲量1.08×108t，可見承德油頁巖資源量位于河北省內(nèi)第一。

2 地質四隊對油頁巖的勘查概況

我單位地處承德市，對油頁巖的勘查占有得天獨厚的地理優(yōu)勢。單位1958年成立，針對油頁巖這一新能源礦種從未停止過勘查腳步，僅油頁巖鉆探施工工作量達到近2×104m。特別是自2006年國務院下達《關于加強地質工作的決定》以來，國家加大了地質投入，作為新能源的油頁巖勘查引起了國家重視。2012年承德圍場御道口油頁巖施工8個鉆孔總工作量7584.72m最深油頁巖鉆孔施工孔深1578.10m。

在油頁巖地層中多年的鉆探施工中，我單位積累豐富的施工經(jīng)驗，尤其是油頁巖深孔小口徑巖芯鉆探的施工。下面以御道口礦區(qū)情況實例總結如下，以供大家借鑒。

3 御道口油頁巖地層

御道口礦區(qū)位于華北地臺北緣與內(nèi)蒙大興安嶺褶皺系銜接部位的褶皺系單元中，屬多倫復背斜(Ⅲ)的棋盤山中凹陷(Ⅳ)構造單元中。區(qū)域上出露的地層主要有少量的二疊系、廣泛發(fā)育的侏羅系、白堊系和第三系玄武巖及第四系覆蓋層。

二疊系地層主要為二疊系下統(tǒng)，巖性為灰綠、灰白色砂巖、紫紅色砂礫巖、灰紫色粉砂質泥巖和黑色頁巖，厚度300m左右。

侏羅系以晚期張家口組地層為主。地層以中酸性火山巖和火山碎屑巖為主，還有少量沉積的砂巖、粉砂巖、礫巖等，產(chǎn)有珍珠巖礦和沸石礦。厚度200～600m。

白堊系大北溝組,由褐紅色安山巖和火山碎屑巖組成。厚度260～800m。

第三系地層為漢諾壩組玄武巖，共五期噴發(fā)，近水平產(chǎn)出，覆蓋于白堊系和侏羅系地層之上。一般厚度50～700m。

第四系近代堆積多沿溝谷及山地緩坡發(fā)育，該區(qū)域風成含砂黃土層發(fā)育，沿河谷局部有風成砂。

在侏羅紀末白堊紀初，受燕山運動影響，侏羅紀部分盆地升起消失，部分繼承性發(fā)展成為白堊紀盆地。在白堊紀末期地殼升起，盆地抬升，在盆地邊緣生成北東向和北西向的斷裂。

4 礦區(qū)鉆探施工難點

御道口油頁巖礦區(qū)頁巖盆地為斷陷盆地，主要巖石包括油頁巖、安山巖、玄武巖、礫巖、含礫砂巖、粉砂巖和粘土巖等。本礦區(qū)易漏地層主要是由于玄武巖和安山巖內(nèi)部有杏仁狀氣孔結構，而且在巖層交界處有不同程度的裂隙和碎裂，導致御道口礦區(qū)鉆孔普遍存在漏水情況。在玄武巖下部有一個古風化帶容易漏失。油頁巖夾雜頁巖、粘土巖的地層都相對穩(wěn)定。本礦區(qū)的沉積巖地層不漏水，但是在沉積地層中容易出現(xiàn)坍塌掉塊，需要做好鉆井液護壁工作。

所以在油頁巖地區(qū)鉆探施工地層屬于復雜地層，最大的難題是：（1）孔內(nèi)孔壁失穩(wěn)，坍塌、掉塊、縮徑等現(xiàn)象時有發(fā)生；（2）孔內(nèi)漏失水嚴重，頂漏鉆進事故風險增大。這就需要正確合理選擇使用泥漿，豐富的施工經(jīng)驗，確保鉆探滿足地質施工目的。

5 主要解決方案

5.1 通過御道口礦區(qū)頁巖地層漏失及孔壁失穩(wěn)機理研究，確定主要解決方案為配制使用抑制性泥漿

油頁巖地層鉆井液配制抑制性泥漿的機理：

（1）選優(yōu)質土。由于水化效果好，粘土顆粒吸附了較厚的水化膜，泥漿體系中的自由水量大大減少，所以優(yōu)質土泥漿的失水量遠低于劣質土的。

（2）采取“粗分散”方法。使粘土顆粒適度絮凝，而非高度分散，從而使井壁巖土的分散性減弱，保持一定的穩(wěn)定性。

（3）添加降失水劑。通過增加水化膜厚度，增大滲透阻力、孔壁網(wǎng)架隔膜作用，可使失水量明顯減少。

（4）提高基液粘度。泥漿中的“自由水”實際上是濾向地層的基液，其粘度愈高，向地層中滲濾的速率就愈低。

（5）調整泥漿比重。平衡地層壓力孔內(nèi)液體壓力與地層中流體的壓力差是泥漿失水的動力，盡可能減少壓力差，維持平衡鉆進是減少鉆井液漏失的有效措施。

（6）利用特殊離子對地層的“鈍化”作用。一些特殊離子的嵌合作用可以加強粘土顆粒之間的結合力，從而使孔壁穩(wěn)定性提高。

（7）利用大分子鏈網(wǎng)在孔壁上的隔膜作用。泥漿中的大分子物質相互橋接，濾余后附著在孔壁上形成阻礙自由水繼續(xù)向地層滲漏的隔膜。

（8）利用微顆粒的堵塞作用。在泥漿中添加與地層空隙尺寸相配伍的微小顆粒，堵塞滲漏通道，降低漏失量。

（9）活度平衡。使鉆井液化學性質與地層化學性質相近，減少相互之間的物質擴散交換程度。

通過實驗室研究、礦區(qū)實踐驗證最終我們確定了選擇13403號進行野外鉆探施工。實驗室13403號的配方如下：加土量4%，加堿6%（粘土加量）處理后，加入CMC 0.1%、PHP0.15%、KHA4.0%，現(xiàn)場鉆井液的主要性能：漏斗粘度19～21，比重1.02～1.04，失水量7～9mL/30min。施工中鉆遇的破碎帶、坍塌、掉塊、遇水膨脹，剝落巖層10余層都起到了很好的抑制作用，取得較好的施工效果。

實踐證明該鉆井液適合于御道口油頁巖地層的鉆探施工。

5.2 加強鉆井液的現(xiàn)場使用方法管理

每個回次必須專人負責鉆井液的清理工作，用鐵鍬和笊籬撈取沉淀槽、沉淀坑及沉淀池中的泥沙。嚴格控制漿液中的有害固相，正常鉆進時一班清理巖粉2次，定期換漿。保障鉆井液的沉淀效果。

鉆井液粘度高時，不能直接加清水稀釋，應加入低粘度漿液或稀釋劑進行稀釋降粘。夏季做好漿液的防雨工作，嚴禁雨水流入泥漿中，稀釋鉆井液，改變鉆井液的性能。

按照已定的鉆井液類型配置泥漿，堅持每班檢測孔內(nèi)循環(huán)的漿液粘度、比重、失水量、泥皮厚度及質量、pH值，及時了解漿液變化情況，并記錄于現(xiàn)場漿液記錄表中。發(fā)現(xiàn)漿液性能參數(shù)明顯超出或低于設計要求，應及時用泥漿處理劑現(xiàn)場進行調整。

試驗礦區(qū)生產(chǎn)中對鉆井液補充。鉆進生產(chǎn)過程中，由于孔深不斷加大，鉆進的不斷進行，地層會不斷的變化，鉆井液也在不斷地消耗，為了保持正常鉆進，就必須不斷及時地對鉆井液量進行補充。當?shù)貙幼兓淮髸r，一般每個班次要向水源箱內(nèi)補充一定量同樣性能的鉆井液。鉆井液技術性能不產(chǎn)生大變化時不予調整，但每班要對鉆井液的主要性能進行測試。如地層變化較大，特別是鉆遇水敏地層時，除每班補充性能相同的沖洗液外，每班還要加大監(jiān)測頻率，發(fā)現(xiàn)鉆井液性能不能滿足鉆進需要時及時調整性能。一般情況下就是降低鉆井液的失水量，提高防坍塌性能。調整后的鉆井液性能一直要保持到鉆孔終孔。

5.3 加強施工組織管理的必要

油頁巖礦區(qū)鉆探施工地層屬于復雜地層，管理非常重要，好的效益是管出來的。

必須高度重視施工組織管理，配備了強有力的領導班子和技術力量，成立了專門管理機構，科學組織施工。健全組織，制定科學嚴謹?shù)牟僮饕?guī)程，規(guī)章制度。制度執(zhí)行時必須嚴格執(zhí)行，不能流于形式，不能講人情，做到公平合理。

鉆探施工中必須狠抓職工思想教育工作，統(tǒng)一職工思想，樹立大局意識。讓每一位職工都能認識到鉆探施工的意義和重要性。讓職工的思想全部凝聚到生產(chǎn)上來，心往一處想、勁往一處使。這樣可以提高職工的操作責任心，減少或避免發(fā)生孔內(nèi)事故。

6 2012年至2013年御道口油頁巖礦區(qū)的施工情況

2012年御道口礦區(qū)總工作量7584.72m，平均孔深948.09m。使用主要設備：

鉆機：XY-4型、XY-44型、XY-5型、XY-6B型

泥漿泵:BW-250型、BW-320型；

鉆塔：XG-17m、XG-23型四角管塔。

使用的鉆探工藝方法為金剛石繩索取芯鉆進，鉆孔口徑為?75mm。

7 施工工藝及施工過程中所遇到的其他主要問題

表1 鉆機施工情況一覽表

以鉆孔ZK003號孔為例說明，鉆孔結構見圖1，采用四開井身結構，一開井徑?150mm，下入?146mm套管；二開井徑?127mm，下入?108mm套管；三開井徑?95mm，下入?89mm套管；四開井徑?75mm，終孔孔深為1578.10m。

圖1 鉆孔結構圖

施工過程中除泥漿使用外，所遇到的其他主要問題就是漏失嚴重。當鉆進至1053.60m時出現(xiàn)嚴重漏失，孔口返漿量時斷時續(xù)幾乎為零。頂漏鉆進11m后，考慮到鉆孔較深，頂漏鉆進時間過長十分危險，采取水泥灌孔封堵方法進行處理，經(jīng)過2次灌注取得較好效果。

水泥漿現(xiàn)場灌注過程中注意事項：

（1）要堅持在封孔段內(nèi)上下沖孔，慢速回轉鉆具，以清洗掉孔壁的泥皮，保持孔壁清潔，保證水泥與孔壁更好地膠結凝固。

（2）灌漿前要仔細檢查有關灌漿設備的完好性，確保灌漿過程中順暢不發(fā)生故障。

（3）灌漿時由機長現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，人員分工明確，各有職責，相互配合，協(xié)作工作。爭取整個過程一氣完成不停頓。

（4）嚴格按規(guī)定的水灰比來配漿進行攪漿，現(xiàn)場使用自制1m3的泥漿攪拌機拌漿，將拌好的水泥漿經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后立即灌注，防止大塊物堵塞管路。

（5）將水泵水龍頭放入裝滿配置好的泥漿箱內(nèi)立即啟動泥漿泵送水泥漿。剛開泵時先打開水泵回水閥門，將吸水管及泵中的清水排出，待噴出水泥漿后再關閉回水閥將水泥漿送到待灌孔段。待泵吸水泥漿過程完后，立即將水龍頭放入準備好的替漿水桶中，開泵替漿。

（6）替漿完成后，提升鉆具速度要慢，過快則易發(fā)生抽吸作用而使整個灌注工作失敗。待提離注漿液面50m后才能加快提鉆速度，操作要穩(wěn)，杜絕跑鉆事故發(fā)生。

（7）從水泥漿池內(nèi)取少量漿液裝入水瓶內(nèi)留作樣品，驗證孔內(nèi)水泥凝固情況。水泥不能完全凝固時掃孔起不到護壁堵漏作用，水泥過硬給掃孔增加難度，一方面掃水泥時間較長，另一方面由于水泥過硬很容易掃偏造成孔內(nèi)事故。

8 礦區(qū)鉆孔質量分析

巖芯采取率及鉆孔彎曲度：

（1）巖芯采取率：8個鉆孔巖芯采取率全部在96.8%以上。ZK003孔全孔巖芯采取率為99.4%。

（2）彎曲度及測量：御道口礦區(qū)的鉆孔均為直孔，采用JTC-1型動調陀螺儀每百米測量一次，傾角角度在允許誤差范圍之內(nèi)，終孔位置均不超過勘探線間距1/4。完全滿足地質設計要求需要。

8 結論

總之，油頁巖地層的勘查施工，地層一般為沉積巖，地層結構相對比較復雜，漏失、坍塌、掉塊的孔內(nèi)事故比較普遍，在施工過程中必須注意泥漿的使用，根據(jù)不同的地層選擇相應的泥漿，同時要加強技術和組織管理，以確保施工正常順利實施。地層情況是千變?nèi)f化的，同一礦區(qū)不同鉆孔地層變化也是有很大的區(qū)別。一定要根據(jù)實際情況，具體分析，切不可生搬硬套。

TD83

B

1004-5716(2015)02-0101-04

2014-03-12

2014-03-13

于志堅（1977-），男（滿族），河北平泉人，工程師，現(xiàn)從事鉆探技術施工與管理工作。