陳 強， 郭 威， 李 強， 孫友宏， 趙 帥

(1.油頁巖地下原位轉(zhuǎn)化與鉆采技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，吉林 長春 130026； 2.國土資源部復(fù)雜條件鉆采技術(shù)重點實驗室，吉林 長春 130026； 3.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130026)

油頁巖原位開采井鉆井工藝設(shè)計與施工

陳 強1，2，3， 郭 威1，2，3， 李 強1，2，3， 孫友宏1，2，3， 趙 帥1，2，3

(1.油頁巖地下原位轉(zhuǎn)化與鉆采技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，吉林 長春 130026； 2.國土資源部復(fù)雜條件鉆采技術(shù)重點實驗室，吉林 長春 130026； 3.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130026)

為了研究油頁巖的地下原位開采技術(shù)，設(shè)計施工了FK-1井。該井地處吉林省松原市扶余縣，完鉆井深500 m，完鉆層為嫩江組地層。該井設(shè)計施工中主要需克服大口徑鉆井的保直鉆進、軟塑性地層的裸眼鉆進、水敏性地層中鉆井液的應(yīng)用、泥頁巖層中發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象及原位開采井的特殊成井、固井等問題。通過對鉆井設(shè)備的優(yōu)選，鉆井液性能和井身結(jié)構(gòu)的相應(yīng)優(yōu)化，鉆頭和鉆具組合的選擇等措施來解決鉆井過程中的施工難題。設(shè)計結(jié)果在施工過程中進行了應(yīng)用，施工效果良好，縮短了鉆井時間，減少了鉆井投入，解決了施工難題，為同類鉆井的施工提供了借鑒和指導(dǎo)依據(jù)。

鉆井工藝；鉆井液；大口徑鉆井；水敏性地層；鉆頭泥包；油頁巖；原位開采

1 概述

油頁巖開采技術(shù)可分為傳統(tǒng)的地表干餾技術(shù)和地下原位開采技術(shù)。由于地表干餾技術(shù)一次性投資大、高污染、高成本等弊端，對油頁巖地下原位開采技術(shù)的研究勢在必行[1]。油頁巖原位開采基本技術(shù)原理是對地下油頁巖層進行熱處理，使油頁巖中固態(tài)有機質(zhì)受熱裂解，生成可以在地層孔隙、裂隙中流動的液態(tài)頁巖油和烴類氣體，然后進行開采分離處理，得到油氣。根據(jù)工藝要求，需要鉆鑿不同功能井[2]。

我國油頁巖原位開采技術(shù)尚不成熟，無法將原位開采技術(shù)投入到實際生產(chǎn)中，為突破現(xiàn)有技術(shù)的“瓶頸”，在吉林省松原市扶余縣建設(shè)油頁巖地下原位裂解試驗工程，工程采用近臨界水原位裂解工藝[3]，按照其工藝要求，進行工程化設(shè)計，實現(xiàn)該工藝在扶余478～486 m層位完美運行，完成出油5～10 t。近臨界水原位裂解工藝原理為：在加熱井中注入近臨界水，或使用井內(nèi)加熱器在注熱井中將水持續(xù)加熱至近臨界狀態(tài)，在近臨界水浸潤、剝離和溶解作用下，干酪根逐漸裂解，再隨著循環(huán)水返出地面冷卻、分離得到油氣[4]，如圖1所示。工藝過程中，溫度達到370 ℃，壓力達到15 MPa，所以鉆鑿的工藝井必須滿足耐高溫高壓條件。

圖1 近臨界水原位裂解工藝原理

根據(jù)設(shè)計要求，鉆FK-1、FK-2和FK-3共3口井，其中FK-1井為注熱井，主要作用是注入或產(chǎn)生近臨界水，F(xiàn)K-2和FK-3為開采井，主要作用為采油和壓力控制。FK-1井設(shè)計井深500 m，原位開采目標油頁巖層為地下478～486 m，平均含油量為6.43%。各地層依次為：0～10 m為第四系黃砂土；10～126 m為泥砂、砂土、中細砂巖且含有大量水分；126～350 m以粉砂質(zhì)泥巖為主，其中146～148 m砂泥巖夾層含水；350～491 m為泥頁巖；491～500 m為粉砂質(zhì)泥巖。地層柱狀圖如圖2所示。

圖2 FK-1井地層柱狀圖

2 鉆井設(shè)計

2.1 鉆井工藝

根據(jù)試驗工程的工藝要求，F(xiàn)K-1井需使用直徑為244.5 mm的耐高溫套管，為了保證套管外固井水泥環(huán)厚度，F(xiàn)K-1井孔設(shè)計直徑為346 mm。鉆進較大直徑井時，常規(guī)鉆井工藝成本較高，周期長，鉆孔容易發(fā)生縮徑[5]。而分級擴孔鉆井可以提高機械鉆速，降低成本，減小套管柱之間的間隙，提高排巖屑效率，避免鉆孔縮徑。因此，在扶余油頁巖原位開采試驗工程中FK-1井的施工采用小直徑鉆井，2次擴孔的鉆進工藝[6]。

開孔鉆進采用?385 mm四翼鉆頭，鉆進孔深10 m，下入表層套管；隨后采用?215.9 mm牙輪鉆頭鉆進孔深500 m；第一次擴孔采用?311 mm牙輪鉆頭(見圖3)，擴孔井段為0～500 m；第二次擴孔采用?346 mm刮刀式鉆頭(見圖4)，擴孔井段為0～500 m。鉆具組合如表1所示。

圖3 ?311 mm牙輪鉆頭

圖4 ?346 mm刮刀式鉆頭表1 推薦FK-1井施工鉆具組合

開鉆次序鉆頭類型鉆頭直徑/mm鉆進井段/m鉆 具 組 合開孔四翼鉆頭3850～10?385mm四翼鉆頭+?165mm鉆鋌+?89mm鉆桿鉆進牙輪鉆頭215.910～500?215.9mm牙輪鉆頭+?165mm鉆鋌+?146mm鉆鋌+?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿一次擴孔牙輪鉆頭3110～500?311mm牙輪鉆頭+?165mm鉆鋌+?146mm鉆鋌+?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿二次擴孔刮刀式鉆頭3460～500?346mm刮刀式鉆頭+?165mm鉆鋌+?146mm鉆鋌+?121mm鉆鋌+?89mm鉆桿

根據(jù)以上鉆井工藝要求，確定本次施工采用K-61型鉆機，ZJ-10型鉆塔，3NB-350型泥漿泵，HJI-400型發(fā)電機組，功率為400 kW。

2.2 鉆井規(guī)程參數(shù)

2.2.1 鉆壓

油頁巖層上覆地層主要為泥巖和頁巖，泥巖密度為1.5～2.0 g/cm3，頁巖密度為1.9～2.6 g/cm3，上覆地層平均密度約2.0 g/cm3，厚度約470 m，主要巖石成分為含SiO2和 Al2O3的油頁巖，粘土礦物成分平均占巖石礦物含量的39.67%。因為開孔地層為松散黃土層，可鉆級別在1～3級，所以宜采用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速、大泵量的鉆進規(guī)程參數(shù)。

鉆壓P的計算公式為[7]：

P=qD

(1)

式中：q——鉆頭單位直徑上的載荷，N/cm； D——鉆頭直徑，cm。

q一般取1000～2500N/cm，巖石越硬取值越大，根據(jù)所鉆地層情況選擇低值，根據(jù)鉆頭數(shù)據(jù)可以求出鉆進所需的鉆壓。通過公式計算得出開孔鉆壓取值范圍為35～40kN；一開時鉆壓取值范圍為18～25kN；二開和三開時鉆壓得取值范圍為20～25kN。

鉆具質(zhì)量計算公式為：

Q=qL(1-ω/γ)

(2)

式中：Q——鉆具質(zhì)量，kg；q——單位長度鉆具質(zhì)量，kg/cm；L——鉆具長度，cm；ω——鉆井液密度，通常為1～1.25g/cm3；γ——鋼材密度，取7.8g/cm3。

根據(jù)鉆進所需鉆壓與鉆具質(zhì)量即可算出鉆機需要減壓還是加壓：

P總=P-Q

(3)

因此可以算出開孔需加壓，所加壓力約為26 kN。同理可求出一開、二開和三開鉆井在0～25 m之間為加壓鉆進，且加壓逐漸減小，在25～500 m之間為減壓鉆進，隨著深度增加逐漸減壓至-125 kN。

2.2.2 轉(zhuǎn)速

對于較軟的、研磨性較小的巖石，可以用增大轉(zhuǎn)速的辦法來提高鉆速；而在硬的、研磨性較強的巖石中，轉(zhuǎn)速升高不能提高鉆速。因此，合理設(shè)計鉆速，可以提高鉆進效率和鉆進安全，一般推薦的轉(zhuǎn)速值用線速度表示。

Vc=πDS/1000

(4)

式中：Vc——線速度，m/min；π——圓周率取3.14159； D——刀具直徑，mm； S——轉(zhuǎn)速，r/min。

根據(jù)實際測量，鉆頭底唇面線速度在1m/s左右，帶入公式(4)，可得實際轉(zhuǎn)速。以開孔為例：開孔所用鉆頭直徑為?385mm，將其帶入，可得：

(5)

考慮誤差變化范圍，最終確定設(shè)計開孔轉(zhuǎn)速為45～55 r/min。同理可求出成井和擴孔轉(zhuǎn)速，一開鉆進轉(zhuǎn)速為80～100 r/min，第一次擴孔轉(zhuǎn)速為70～90 r/min，第二次擴孔轉(zhuǎn)速為60～100 r/min。

2.2.3 鉆井液量

在鉆井過程中，鉆井液量是一項重要參數(shù)，其主要作用有：清洗孔底，攜帶和懸浮鉆屑；冷卻鉆頭；保護孔壁實現(xiàn)平衡鉆進和潤滑鉆具等作用。因此，鉆井液使用量的計算很有必要。

對于鉆井液量的計算采用以下公式：

Va=1273Q/(dh2-dp2)

(6)

式中：Va——鉆井液環(huán)空返速，m/s；Q——流量，L/s；dh——井眼直徑，mm；dp——鉆桿外徑，mm。

代入公式計算后得開孔階段鉆井液量為1400～2000 L/min；鉆進階段鉆井液量為400～700 L/min；第一次擴孔階段鉆井液量為1000～1600 L/min；第二次擴孔階段鉆井液量為1300～1900 L/min。

2.2.4 總結(jié)

綜上所述，F(xiàn)K-1井鉆進采用表2所示的鉆進規(guī)程參數(shù)。

表2 鉆進規(guī)程參數(shù)

2.3 鉆井液設(shè)計

在鉆井過程中，鉆井液均采用膨潤土泥漿體系，膨潤土含砂量≤4%，失水量≤8 mL/30 min，膠體率≥97%，相對密度為1.1～1.25 g/cm3；純堿(Na2CO3)主要作用為調(diào)節(jié)鉆井液pH值，沉降過多的鈣離子；PAM處理劑的作用是絮凝細土顆粒和清除鉆屑，使鉆井液保持低固相；為了提高鉆進速度，防止孔內(nèi)坍塌，本次施工主要使用以PAM-PHP-NaHm處理劑為主的優(yōu)質(zhì)泥漿。該泥漿主要有以下優(yōu)點：濾失量低、粘結(jié)性較好、潤滑性較高、抑制性較好、流動性好，能夠防塌護壁、清除鉆屑。

鉆井液的總量等于孔內(nèi)鉆井液量、循環(huán)鉆井液量、鉆井液損失量和鉆井液儲備量之和。公式如下：

(1)鉆井液中所需的膨潤土量等計算公式如下：

W=Vγ1(γ2-γ)/(γ1-γ2)

(7)

式中：W——膨潤土用量，t；V——所需鉆井液量，m3；γ1——膨潤土的密度，g/cm3；γ2——所配鉆井液的相對密度，g/cm3；γ——水的密度，g/cm3。

(2)配制鉆井液所需水量公式：

V1=V-(ω/γ1)

(8)

式中：V1——所需水量，m3。

(3)配制加重鉆井液所需的加重劑量W加公式：

W加=Vγ3(γ4-γ5)/(γ3-γ4)

(9)

(4)降低鉆井液相對密度所需加水量V1公式:

V1=V(γ5-γ6)/(γ6-γ)

(10)

式中：γ6——加水稀釋后的鉆井液相對密度，g/cm3。

鉆井液配方：5.5%膨潤土+3.4‰Na2CO3+6.8‰樹脂+6.8‰銨鹽(NH4-HPAN)+3‰～4‰PAM+2‰～3‰PHP+1‰～2‰NaHm，鉆井液性能參數(shù)見表3。

表3 鉆井液性能參數(shù)

2.4 固井設(shè)計

2.4.1 固井材料設(shè)計

FK-1井是油頁巖的原位開采試驗工程工藝井，要求FK-1井選用耐高溫材料，保證原位工藝運行過程中井壁安全。

為了保證固井質(zhì)量，測定常規(guī)水泥試塊和含30%石英的G級水泥試塊的耐高溫、抗壓強度。試塊做成邊長為50 mm的立方體。

試驗發(fā)現(xiàn)，常規(guī)水泥試塊在加熱至250 ℃左右時，試塊表面就出現(xiàn)了縱向裂紋。繼續(xù)升溫至350 ℃，保溫20 min開始加壓，看到試塊出現(xiàn)縱向貫穿上下的裂紋，側(cè)面出現(xiàn)水泥塊剝落，繼續(xù)加壓則完全破碎(參見圖5a)。

按照同樣方法對含30%石英的G級水泥試塊進行壓縮試驗。在整個升溫過程中，試塊加熱至450 ℃表面無任何明顯裂紋出現(xiàn)。在350 ℃保溫20 min后加壓，試塊輕微向兩側(cè)擴張，試塊的邊緣出現(xiàn)長裂紋，既而裂紋擴張，兩側(cè)都開始出現(xiàn)水泥塊剝離(參見圖5b)。

最后的資產(chǎn)報廢處置管理系統(tǒng)包主要圍繞對廢棄固定資產(chǎn)的處理展開，它同樣進行面向上級的申報、建立賬戶、并核對和統(tǒng)計廢棄固定資產(chǎn)，包括出之后固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)所剩余的倉庫固定資產(chǎn)內(nèi)容，對數(shù)據(jù)庫進行全面維護并重新備份，也包括針對系統(tǒng)的還原性操作。

由試驗可知：不加石英的水泥塊在受熱過程中內(nèi)部顆粒膨脹，導(dǎo)致出現(xiàn)宏觀裂紋，會導(dǎo)致井底的高溫氣體順著裂紋泄露；而使用加30%石英的G級水泥，能夠有效避免加熱過程中出現(xiàn)裂紋，提高固井效果。因此，本次施工選用水泥的配方：水灰比為1∶2，嘉華G+30%石英粉+2%降失水劑+1.5%早強劑+5%穩(wěn)定劑+0.05%消泡劑。水泥性能：密度1.87～1.92 g/cm3，稠化時間(50 ℃、26.9 MPa)>150 min，API濾失量(50 ℃、7.0 MPa)<50 mL，抗壓強度(50 ℃、常壓×24 h)>18.0 MPa，自由水0.1 mL/250 mL。

圖5 水泥試塊溫、壓試驗后照片

2.4.2 固井工序設(shè)計

僅二次擴孔固井，要求固井材料耐高溫450 ℃。使用A級水泥+30%石英砂；固井水泥返高至地表，返出均勻水泥漿；中心注漿，環(huán)空返漿；二次擴孔固井后，下鉆測量井底深度，候凝48 h。整理得出表4。

三開擴孔完成后，下入鋼級為N80的套管，內(nèi)徑尺寸為224.5 mm，外徑尺寸為244.5 mm，管壁厚10 mm。共49根套管，套管總長度為490.78 m，阻流環(huán)長度為0.40 m，浮鞋長度為0.53 m，下管總長度為491.71 m。

表4 固井質(zhì)量要求

完成下套管工作后，接通循環(huán)管線和固井管線，開泵循環(huán)鉆井液，利用高的上返流速沖擊井壁上的泥皮，直到循環(huán)泵壓穩(wěn)定為止。注入水泥之前先泵入一定量的前置液，用于隔離鉆井液和水泥漿，避免混漿。再向套管內(nèi)泵入計算后的水泥漿，本次固井所需水泥漿用量為20 m3，水泥漿從孔口返出后，在套管中下入橡膠塞，再利用清水將套管中的水泥漿全部替換。固井完成后候凝48 h，進行聲幅測井，檢測固井質(zhì)量達到設(shè)計要求[8]。

3 主要施工難點與對策

3.1 存在的主要問題

FK-1井成孔直徑為346 mm，口徑較大，且在水敏性地層中鉆進，易造成鉆孔縮徑、掉塊，鉆井坍塌以及卡鉆現(xiàn)象，增加了鉆孔的鉆進難度，嚴重影響了鉆井效率，主要鉆井工程施工難點如下。

(1)FK-1井鉆孔垂直度要求較高：全井最大井斜<1°，每100 m測斜1點。鉆井口徑為346 mm，口徑較大，因此，鉆井保直比較困難。

(2)為了減少鉆井結(jié)構(gòu)和施工復(fù)雜性，減少鉆井時間和成本，本次施工采用裸眼鉆進的方法，同時鉆井區(qū)域?qū)儆谲浰苄缘貙?，地層強度較差，因此，施工難度較大。

(3)鉆井區(qū)域為水敏性地層，會自然造漿，使鉆井液的粘結(jié)性較大，井壁收到較大的環(huán)空吸力，影響井壁穩(wěn)定。

(4)為了節(jié)省鉆井時間，F(xiàn)K-1井采用牙輪鉆頭快速鉆進，而牙輪鉆頭在現(xiàn)場施工中易發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象，特別是FK-1井所鉆地層有泥頁巖層。

3.2 主要技術(shù)對策

(1)采用多次成孔的鉆進工藝解決鉆井的大口徑要求和保直鉆進的問題。首先采用?215.9 mm牙輪鉆頭開孔鉆進，其次利用?311 mm的牙輪鉆頭進行第一次擴孔，最后利用?346 mm的刮刀式鉆頭進行第二次擴孔從而達到鉆進要求。本次施工主要利用偏重鉆鋌防斜，防止鉆孔彎曲。第一次鉆孔過程中采用小口徑鉆頭來進行先導(dǎo)鉆進至設(shè)計井深，在鉆進過程中利用9根鉆鋌的自身質(zhì)量，保持鉆桿自身垂直，若是施在鉆頭上的軸向壓力是鉆鋌質(zhì)量的極少部分，可以減少鉆孔傾斜，所以利用大鉤載荷提吊鉆桿，輕壓吊打鉆進可以防止孔斜。采用大一級的擴孔鉆頭進行擴孔。第一次擴孔可沿著原有軌跡延伸，可保證鉆進的垂直性，一次擴孔結(jié)束后，再次換用大一級的鉆頭進行第二次擴孔，最終完成大口徑鉆井的保直[9]。

具體措施如下：①開孔鉆進采用小口徑鉆頭，以小壓力、慢轉(zhuǎn)速進行鉆孔；②在更換鉆頭進行擴孔時，在鉆頭上安裝導(dǎo)向管；③采用鉆鋌加壓，使鉆鋌質(zhì)量大于孔底所需鉆壓，中性點落在鉆鋌上，從而使上部鉆桿處于拉伸狀態(tài)；④在孔壁易坍塌地層采用優(yōu)質(zhì)鉆井液洗孔，防止孔徑變化；⑤采用塔式鉆具結(jié)構(gòu)與偏重鉆具結(jié)構(gòu)相結(jié)合的鉆具組合，施加合理的鉆壓實現(xiàn)快速保直鉆進。

(2)在鉆井中套管的主要作用是為了防止鉆井坍塌，防止漏水破壞井壁，但是下套管會增加鉆井結(jié)構(gòu)和施工的復(fù)雜性，增加施工時間和施工成本。因此，本次鉆井施工采用裸眼鉆進的方法。

在軟塑性地層進行裸眼鉆進，要特別注意起鉆速度，避免對井的抽吸壓力過大，在鉆進過程中時刻保持井內(nèi)鉆井液充足，對孔內(nèi)進行連續(xù)注漿，確?？變?nèi)的液柱壓力，從而保證井壁穩(wěn)定。發(fā)生卡鉆事故不要硬提，上下活動鉆具或接方鉆桿循環(huán)來進行提鉆。在下鉆過程中，為防止井漏，應(yīng)控制鉆頭的下放速度，避免對井內(nèi)造成的“激動”壓力過大。利用無磁鉆鋌的自重保持鉆桿垂直以及通過鉆井液將巖屑帶出井外從而實現(xiàn)鉆孔的垂直[10]。

(3)鉆井液在鉆井過程中主要是清孔的作用，鉆井液的不同流速和流態(tài)也在不同程度上影響了井壁的穩(wěn)定[11]。當鉆井液流速過高，易形成紊流，沖刷井壁不利于井壁的穩(wěn)定。本次施工主要從以下方面來配置鉆井液。

①降低鉆井液的濾失量。侵入地層的鉆井液主要成分為濾液，因此為了降低鉆井液的濾失量可以改變鉆井液中自由水的活度，降低有害的濾失量就可以降低地層失穩(wěn)的危險性。

鉆井液降低濾失的主要途徑有：平衡或減小泥漿與地層孔隙流體之間的壓差；選用優(yōu)質(zhì)造漿粘土和有關(guān)處理劑,增加水化膜厚度；增加泥漿中粘土的含量；選用能提高水溶液粘度的處理劑,增加泥漿濾液粘度；選用造壁性能優(yōu)越的添加劑,降低泥餅厚度及泥餅的滲透率；加快在復(fù)雜地層段的鉆進速度,減少井壁裸露時間；減少鉆井液循環(huán)對井壁的沖刷。

②改善泥餅質(zhì)量。

③適當增加鉆井液粘結(jié)力。鉆井液的粘度過低會造成地層中的松散物質(zhì)跟隨鉆井液循環(huán)，被泵出井外，因此，在鉆進松散性地層時需要使用具有一定粘結(jié)力的鉆井液，這樣在循環(huán)過程中會形成彈性膜來保護孔壁穩(wěn)定。同時由于水敏性地層會自然造漿，需要防止鉆井液的粘結(jié)性過大，使井壁受到的過大的環(huán)空抽吸壓力而造成縮徑。

④適當增加鉆井液的潤滑性。潤滑性好的鉆井液可以減少與鉆孔和鉆具之間的摩擦，有利于井壁的穩(wěn)定。

⑤適當增加鉆井液的抑制性。增加鉆井液的抑制性可以控制鉆屑中造漿粘土的水化分散，降低循環(huán)壓降，有利于井壁穩(wěn)定。

為了提高鉆進速度，防止孔內(nèi)坍塌，本次施工主要使用以GSP-HPAN-KHm處理劑為主的優(yōu)質(zhì)鉆井液。主要成分為：膨潤土、純堿、樹脂、銨鹽(NH4-HPAN)、PAM、PHP、NaHm等。

(4)泥巖和頁巖易吸水膨脹、坍塌，容易發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象，使鉆頭被包裹，無法有效切割巖石，從而使鉆速變慢甚至發(fā)生停止進尺的情況。若在井下處理無效的情況下，必須對其進行起鉆，有時甚至多次進行起鉆，嚴重影響了鉆進速度，延長了鉆進周期。

在FK-1井鉆進到350 m左右，鉆頭進尺明顯減慢，增大鉆壓對鉆進速度影響較小，在365 m時鉆頭不再進尺，經(jīng)過現(xiàn)場排查，確定為發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象。立即停鉆，將鉆頭提離井底5 m，增大泥漿泵泵量，向井內(nèi)泵入稀膠液沖洗鉆頭，并提高轉(zhuǎn)速增大離心力使泥塊易于甩出，達到較好的沖洗效果。沖洗完成后繼續(xù)下鉆鉆進，鉆進速度明顯增加。但在鉆到390 m左右，鉆進速度再次明顯減慢，重新沖洗對鉆進速度沒有明顯改善，經(jīng)過多次提鉆觀察鉆頭，檢測巖屑的性質(zhì)，決定將牙輪鉆頭更換為刮刀式鉆頭。更換完成后鉆進速度提高，并且未再發(fā)生鉆頭泥包現(xiàn)象。對各種鉆頭鉆進時效對比：在采用?311 mm的牙輪鉆頭進行擴孔時，鉆進時效約為3.83 m；更換?346 mm的刮刀式鉆頭進行擴孔時，鉆進時效約為10.67 m。通過更換鉆頭前后的鉆進時效對比，可以明顯看出刮刀式鉆頭能夠更好地應(yīng)對泥頁巖層，減少鉆頭泥包現(xiàn)象。證明刮刀式鉆頭在鉆進泥頁巖層等軟塑性地層時有很大的優(yōu)勢，在以后的鉆井施工中可以進一步利用。

4 結(jié)論

(1)一次鉆進、兩次擴孔的施工工藝，能夠很好地滿足本區(qū)鉆井安全的需要，同時能夠達到油頁巖原位開采先導(dǎo)工程實驗的工藝要求。

(2)與常規(guī)水泥相比，加30%石英的水泥更能應(yīng)對高溫、高壓環(huán)境，能夠有效避免加熱過程中出現(xiàn)宏觀裂紋，從而提高了固井效果。

(3)本次鉆井區(qū)域為水敏性地層，常規(guī)鉆井液不能保證鉆井安全，因此，本次施工主要使用以GSP、HPAN和KHm處理劑為主的優(yōu)質(zhì)鉆井液，在實際施工過程中效果良好。

(4)在鉆進泥頁巖地層時，牙輪鉆頭發(fā)生泥包現(xiàn)象，從而更換為刮刀式鉆頭，通過對更換鉆頭前后鉆進時效的對比可以明顯看出，刮刀式鉆頭在鉆進泥頁巖層等軟塑性地層時有很大的優(yōu)勢，在以后的鉆井施工中可以進一步利用。

[1] 陳晨,孫友宏.油頁巖開采模式[C]// 2010年全國探礦工程學(xué)術(shù)論壇，2010:26-29.

[2] 劉昭君，楊虎林，董清水，等.中國油頁巖[M].北京：石油出版社，2009：148-154.

[3] 王志軍.不同地區(qū)油頁巖的近臨界水模擬提取及產(chǎn)物分析[D].吉林長春：吉林大學(xué)，2014.

[4] 王聰,陳晨,孫友宏,等.農(nóng)安油頁巖水力壓裂模擬及實驗研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2015,42(11):7-11.

[5] 王國杰，樊玉光，王宏來，等.石油鉆井擴孔工具研究與應(yīng)用[J].石油礦場機械，2009，38(4):74-76.

[6] 張慧,于承朋,夏廣強,等.銀參4井鉆井設(shè)計與施工[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2014，41(5):33-37.

[7] 鄢泰寧.巖土鉆掘工程學(xué)[M].湖北武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2001:92-97.

[8] 牟月倩.高溫高壓固井技術(shù)研究[J].西部探礦工程,2006,18(4):104-106.

[9] 嚴軒辰.農(nóng)安和樺甸油頁巖力學(xué)性能及其水力壓裂與破碎關(guān)鍵參數(shù)研究[D].吉林長春：吉林大學(xué),2012.

[10] 王三牛,王聰,劉瑋,等.科學(xué)深鉆擴孔鉆頭及鉆進技術(shù)研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012,39(3):8-13.

[11] 張曉靜.水敏/松散地層鉆井液的護壁機理分析與應(yīng)用研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué),2007.

Drilling Design and Construction of Oil Shale In-situ Production Well

CHENQiang1,2,3,GUOWei1,2,3,LIQiang1,2,3,SUNYou-hong1,2,3,ZHAOShuai1,2,3

(1.National-Local Joint Engineering Laboratory of In-situ Conversion, Drilling and Exploitation Technology for Oil Shale, Changchun Jilin 130026, China; 2.Key Laboratory of Drilling and Exploitation Technology in Complex Condition,Ministry of Land and Resource, Changchun Jilin 130026, China; 3.College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun Jilin 130026, China)

In order to study the underground oil shale in-situ mining technology, FK-1 well is designed and constructed in Fuyu County of Jilin Province with completed depth of 500m, the completion layer is Nenjiang formation. The straight-keeping of large diameter drilling, open hole drilling in soft plastic formation, drilling fluid application in water sensitive formation and bit balling in mud shale formation, as well as special well completion and cementation of in-situ production well are considered and overcome in the design and construction. The construction difficulties in drilling process are solved by the optimization of drilling equipments and drilling fluid performance, the corresponding optimization of well structure and the choice of drill bits and BHA. Good construction effects are

with shortened drilling time and reduced drilling investment.

drilling technology; drilling fluid; large diameter drilling; water sensitive formation; bit balling; oil shale; in-situ mining

2017-01-13；

2017-04-18

吉林省發(fā)改委項目“油頁巖局部化學(xué)反應(yīng)法地下原位裂解先導(dǎo)試驗工程”(編號：2013z050)；吉林省科技廳項目“近臨界水法油頁巖地下原位裂解先導(dǎo)試驗關(guān)鍵技術(shù)與裝備”(編號：20130302030sf)

陳強，男，漢族，1993年生，碩士研究生在讀，地質(zhì)工程專業(yè)，從事油頁巖方面的研究工作，吉林省長春市西民主大街938號；郭威，男，漢族，1979年生，教授，博士生導(dǎo)師，從事地下資源鉆采技術(shù)研究及教學(xué)工作，吉林省長春市西民主大街938號，guowei6981@jlu.edu.cn。

P634；TD83

A

1672-7428(2017)07-0009-06