馬秀春

(黑龍江省第一地質(zhì)勘查院， 黑龍江 牡丹江 157000)

0 引言

油氣勘探孔采用小口徑繩索取心鉆探施工，近幾年在我國逐漸增多。為了保護環(huán)境、降低施工成本，逐漸實現(xiàn)綠色勘查，采用小型化、輕便化巖心鉆機進行鉆探施工。尤其是油氣勘探孔，以往采用大口徑、大型鉆機進行鉆探施工，占地面積大、施工成本高。采用小口徑鉆探施工，可先鉆探勘察，后鉆探成井，顯然有科學(xué)性和經(jīng)濟性[1-6]。本文通過通地-1井鉆探施工實踐過程，介紹了油氣田勘探采用小口徑深孔鉆探施工的情況，供從事油氣鉆探施工的同行們參考。

1 工程概況

1.1 礦區(qū)交通位置

通地-1井位于吉林省通化盆地內(nèi)的通化縣英額布鎮(zhèn)大倒木村西1200 m。通化盆地呈底邊平行于柳河地塹的倒置的梯形，兩者以太古代地壘相隔，最近距離約20 km。它北起三源浦，南至通化縣大泉源鄉(xiāng)，西至汪清門，東抵通化市。面積約1500 km2，區(qū)內(nèi)交通有梅(河口)—集(安)鐵路縱貫?zāi)媳?，國道G201和高速G11公路貫穿全境。

1.2 地層概況

礦區(qū)地貌呈盆狀，內(nèi)有蜊蛄河及二密河等渾江支流交織成網(wǎng)，基底巖性為前中生界各類古老變質(zhì)巖，海相沉積巖以及同時期的花崗巖，基底最大埋深8000 m，屬斷陷型盆地。鉆遇地層如下：

三顆榆樹組底部：為流紋質(zhì)、石英粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂質(zhì)、礫巖、砂巖、粉砂巖、隱晶狀安山巖；

亨通山組：熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、黑色泥巖、油頁巖、含礫粗砂巖、細(xì)砂巖夾粉砂巖；

下樺皮甸子組：黑色頁巖夾砂巖、沉凝灰?guī)r、黑色泥巖、油頁巖、深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖；

林子頭組：火山集塊巖、火山角礫巖、凝灰質(zhì)頁巖、致密安山巖、黃綠色砂巖夾粉砂巖；

鷹嘴砬子組：粗礫巖、凝灰質(zhì)砂巖、沉凝灰?guī)r、泥巖、礫巖、砂巖夾粉砂巖、黑色泥巖、頁巖、粉砂巖；

果松組上部地層：凝灰?guī)r、致密安山巖。

主要目的層位為亨通山組-鷹嘴砬子組。

巖石可鉆性級別為4～8級，巖石平均可鉆性級別為5級左右。地層較為穩(wěn)定。

2 施工要求

2.1 工作量

(1)實施油氣調(diào)查孔，設(shè)計深度1500 m，終孔直徑≥75 mm。

(2)全孔取心。

(3)鉆孔施工過程中，取全、取準(zhǔn)各項原始資料及數(shù)據(jù)，填寫好各種原始記錄。

(4)全孔地質(zhì)編錄、測井、熒光錄井、氣測錄井。

(5)鉆前青苗補償、井場平整、道路修理和鉆后井場修復(fù)、巖心搬運。

(6)開展鉆孔的單孔評價工作。

2.2 技術(shù)和質(zhì)量要求

2.2.1 鉆探要求[7-10]

鉆探工程施工質(zhì)量參考《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程(DZ/T 0227-2014)》中的六項質(zhì)量指標(biāo)確定，嚴(yán)格按照具體指標(biāo)要求執(zhí)行。

(1)鉆前開始孔位驗證，鉆孔類型為直孔，進尺為1500 m，孔斜<5°，終孔直徑≥75 mm，確保測井工作可以正常進行。

(2)要求鉆孔平均巖心采取率≥80%。礦化帶重要標(biāo)志層、圍巖接觸帶3～5 m范圍內(nèi)巖心采取率≥85%。

(3)將取出的巖礦心清洗干凈后依次自上而下的安全裝箱，巖心箱按編號擺放，嚴(yán)禁顛倒或任意拉長巖心。

(4)方位角偏差不超過勘探網(wǎng)1/3～1/4。

(5)每鉆進50 m測一次頂角和方位。終孔測斜地質(zhì)編錄員應(yīng)在現(xiàn)場監(jiān)測。

(6)每班至少測量孔內(nèi)水位1～2次，每次觀測應(yīng)在提鉆后、下鉆前各測量1次，間隔時間>5 min。

(7)鉆進時遇有涌水、漏水、溶洞等現(xiàn)象應(yīng)及時記錄孔深。

(8)以100 m為單位在進出礦層、終孔后要進行孔深測量，誤差>1‰時必須修正。校正時，相應(yīng)人員應(yīng)在現(xiàn)場監(jiān)測。

(9)班報表要在現(xiàn)場真實、準(zhǔn)確、齊全的填寫，負(fù)責(zé)人要親筆簽字，終孔后裝訂留存。

(10)鉆孔封孔要用325號以上未過期的水泥、水灰比要符合設(shè)計要求。

(11)孔口立水泥標(biāo)樁，并保證其質(zhì)量。

2.2.2 原始資料要求

提交鉆孔工程施工設(shè)計和鉆孔工程地質(zhì)報告，涉及項目各項工作所取得的全部原始資料(包括鉆孔施工組織設(shè)計、原始班報、簡易水文觀測、泥漿錄井記錄、氯離子滴定記錄、遲到時間記錄、鉆具丈量記錄、巖屑鑒定記錄、巖心鑒定本、取樣送樣記錄、鉆孔竣工驗收表、套管數(shù)據(jù)表、測井曲線等)及項目實施過程中的各類文件等資料。

2.2.3 提交成果要求

安全順利完成鉆探工程，獲得目標(biāo)層段泥頁巖巖心和含氣量等參數(shù)。

包括：按設(shè)計取得相應(yīng)的全套的巖心實物資料。提交單孔地質(zhì)綜合評價報告、鉆孔終孔報告、鉆孔綜合柱狀圖、測井報告、測井曲線等。

3 鉆探設(shè)備、工藝選擇及鉆孔結(jié)構(gòu)確定

3.1 鉆探設(shè)備的配備

本次鉆探施工的鉆探設(shè)備配置情況見表1。

3.2 鉆具及工藝的選擇

根據(jù)物探提供的地層分布圖和相鄰地區(qū)以往鉆探施工資料，初步預(yù)測從上到下可能鉆遇的地層，結(jié)合巖石的鉆進特性和國內(nèi)的工藝措施[11-14]，確定繩索取心與普通雙管、普通單管鉆進相結(jié)合的鉆探施工方案。鉆探工具配備見表2。

表2 鉆具配備Table 2 Drilling tools

注：?60 mm外絲鉆桿普通單管鉆進方法在繩索取心鉆進效果較差的情況下啟用。

3.3 鉆孔結(jié)構(gòu)的確定

根據(jù)地層情況，結(jié)合繩索取心鉆進工藝要求，確定該鉆孔采用4級成孔。

一開采用?155.5 mm鉆頭穿過第四系和強風(fēng)化層，下入?146 mm套管10～20 m(根據(jù)地層情況確定)。

二開采用?125.5 mm鉆頭，單管鉆具穿過不穩(wěn)定層。下入?114 mm套管，把套管坐落在凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r地層。該層套管的主要目的是隔離漏失層，長度120～150 m(根據(jù)地層情況確定)。

三開采用?95 mm繩索取心鉆具，穿過塑性泥巖、頁巖地層，下入?95 mm反絲套管，主要隔離塑性地層，并做技術(shù)套管用。長度約300～350 m，套管坐落在完整地層[7]。

四開采用CHD-75型繩索取心鉆具完成剩余工作量。

鉆孔結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Diagram of borehole structure

4 沖洗液選擇與維護

根據(jù)地層巖性，選擇不同類型的沖洗液。開孔第四系粘土、亞粘土、砂礫石層,30～150 m為流砂層，鉆孔坍塌嚴(yán)重。選擇密度較大、固相含量較高的普通細(xì)分散泥漿。沖洗液配方：1 m3水+3%～5%粘土+0.3%火堿+3～5 kg CMC+3～5 kg聚丙烯酸鉀。

150 m以深多為炭質(zhì)泥巖、砂巖，地層較完整，沖洗液主要以潤滑、攜粉為主，選擇無固相聚合物乳化沖洗液。沖洗液配方：1 m3水+3～5 kg PHP干粉+10 kg皂化油液體+3～5 kg CMC+3～5 kg聚丙烯酸鉀。

不同開次沖洗液的維護要點及性能控制要求見表3。

表3 沖洗液維護要點及性能控制要求Table 3 Maintenance points and performance control requirements of drilling fluids

根據(jù)鉆孔實際情況，可選擇是否使用膠液形式補充維護沖洗液性能。沖洗液循環(huán)的布置方案為：

長2 m×寬1.5 m×深1.7 m沉淀池1個；

長2 m×寬2 m×深1.7 m吸水池1個；

長2 m×寬2.5 m×深1.7 m廢漿池1個；

長25 m×寬0.4 m×深0.3 m循環(huán)槽1套；

長2 m×寬1.5 m×高1.1 m膠液箱1個；

長1 m×寬1 m×高1.1 m配漿箱(帶攪拌設(shè)備)1個。

為保持孔內(nèi)清潔，維護沖洗液性能，必須對沖洗液進行固相控制。本工程采用以下方法進行固相控制：

(1)設(shè)置足夠橫斷面積和長度的沖洗液循環(huán)溝槽和沉淀池；

(2)選用高效包被劑除砂。

作業(yè)現(xiàn)場還配備了以下沖洗液試驗儀器：密度計；漏斗粘度計；中壓失水儀；含砂量測定儀；pH試紙。

5 現(xiàn)場操作技術(shù)要點及鉆進技術(shù)參數(shù)

(1)鉆進總體要求采用低鉆壓、慢轉(zhuǎn)速，確保鉆孔質(zhì)量，預(yù)防孔內(nèi)事故發(fā)生。

(2)鉆進中，要準(zhǔn)確記錄鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量、鉆速等相關(guān)數(shù)據(jù)，優(yōu)選鉆進參數(shù)。

(3)保證內(nèi)管投放到位，可通過聽取孔內(nèi)回聲來判斷內(nèi)管是否到位，無法聽到回聲的情況下，可按每100延米2 min計算。也可用絞車將打撈器送下去判斷，在前一次打撈巖心時標(biāo)記位置。杜絕繩索取心打空管導(dǎo)致提鉆情況。

(4)檢查卡簧、卡簧座的磨損情況，預(yù)防脫落巖心導(dǎo)致的提鉆、巖心質(zhì)量事故發(fā)生。

(5)注意觀察泵壓的變化情況，當(dāng)泵壓突然大幅度上升或下降時，第一時間查找原因，需要提鉆時，禁止下?lián)泼瑩迫?nèi)管，防止撈矛卡在孔內(nèi)或鋼絲繩掉入孔內(nèi)，引發(fā)孔內(nèi)事故[15]。

(6)嚴(yán)格檢查鉆桿絲扣、管體等的磨損情況，杜絕損壞、變形、磨損超差等有問題的鉆桿下入孔內(nèi)。提下鉆時要認(rèn)真檢查每一個立根的連接情況，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。

(7)每一次提鉆后都要認(rèn)真檢查、測量鉆頭、擴孔器尺寸和磨損情況，做到鉆頭排隊使用。

(8)提下鉆時要勻速慢提，堅持回灌沖洗液保持孔內(nèi)壓力平衡，嚴(yán)禁猛提快下產(chǎn)生壓力激動造成孔內(nèi)掉塊、孔壁失穩(wěn)。

(9)開孔套管下完后，要進行水泥漿回灌(固井)處理，二層套管要做隔水，三層套管螺紋采用反絲，并在各連接處采用專用膠密封防止倒扣脫節(jié)。

鉆進技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 鉆進技術(shù)參數(shù)Table 4 Drilling parameters

6 鉆孔防斜糾斜措施

6.1 控制鉆孔傾斜率的基本措施

(1)設(shè)備安裝必須周正、穩(wěn)固，塔基基礎(chǔ)牢固，保持均勻沉降，保證鉆塔持重狀態(tài)下不會發(fā)生傾斜。

(2)800 m以內(nèi)用?95 mm繩索取心鉆具鉆進，保證鉆桿的剛度，采用優(yōu)質(zhì)XJY-89 mm合金管材。800 m以深采用CHD-76 mm加強型繩索取心鉆桿，完成鉆孔施工任務(wù)。

(3)設(shè)計合理的鉆孔結(jié)構(gòu)，大口徑鉆具盡量鉆進，可根據(jù)鉆機的鉆進能力確定鉆進深度。

(4)無論采取何種鉆具必須加裝保直穩(wěn)定器，保證鉆桿在孔內(nèi)有良好的回轉(zhuǎn)同心度。減壓鉆進時，孔底承受加壓部分的鉆桿全部加裝保直穩(wěn)定器，一般控制在6處左右[16]。

(5)使用先進的數(shù)字測斜儀器，按50 m一個測點準(zhǔn)確掌握鉆孔軌跡(見表5)。做好鉆孔軌跡圖，隨時跟蹤鉆孔軌跡變化。

表5 通地-1井鉆孔頂角實測統(tǒng)計Table 5 Measured inclination data of Well Tongdi-1

(6)現(xiàn)場配置校驗臺，隨時校對測斜儀器的精度和準(zhǔn)確性，確保鉆孔軌跡真實，與地球物理測井基本一致。

(7)合理控制鉆進參數(shù)，在頂角下垂控制范圍下限時采用較大壓力，孔底壓力控制在20～25 kN，在頂角上漂控制范圍上限時采用較小壓力，孔底壓力控制在10～15 kN。

6.2 鉆孔糾斜措施

鉆孔在施工過程中頂角發(fā)生下垂、上漂超差時，采取如下措施：

(1)利用連續(xù)造斜器進行糾斜鉆進，改變原來的方位角、頂角，使鉆孔按設(shè)計軌跡延伸，最終滿足地質(zhì)要求。

(2)利用螺桿連續(xù)造斜器進行可控造斜鉆進，滿足地質(zhì)技術(shù)要求。

7 鉆探技術(shù)經(jīng)濟成果

按設(shè)計順利完成了鉆探施工，終孔深度1502 m，臺月效率409.64 m；經(jīng)現(xiàn)場驗收鉆孔各項質(zhì)量指標(biāo)均滿足地質(zhì)設(shè)計要求，達到了地質(zhì)的目的。

以實現(xiàn)地質(zhì)目的為前提，與常規(guī)石油勘探井施工主要成本進行比對分析(見表6)，此施工工藝具有占地面積小，油料、沖洗液材料消耗少的優(yōu)點，不但降低了石油勘探井資金投入的風(fēng)險,也大幅度降低了施工成本。

表6 裸眼施工直接成本對比Table 6 Direct cost comparison of open hole drilling

注：(1)工期計劃為90 d；(2)估算鉆探(井)主要成本非全成本，材料費以市場價格為依據(jù)；(3)人工費中含有附加費用；(4)不包括成孔(井)管材、固井、測井等費用；(5)參考本礦區(qū)石油勘探井成本概算。

8 結(jié)語

(1)通地-1井的鉆探施工取得了較好的地質(zhì)效果，成本未超預(yù)算范圍。實踐證明，小口徑鉆探技術(shù)可以滿足油氣田勘探的地質(zhì)技術(shù)要求，可以達到預(yù)期的目的。具有一定的科學(xué)性和經(jīng)濟性，鉆探成本可顯著降低，有利于綠色勘查的實施。

(2)通地-1井小口徑鉆探施工獲取的各項地質(zhì)資料、測井?dāng)?shù)據(jù)，為后期布設(shè)石油井(附近50 m)提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

(3)應(yīng)用小口徑鉆探施工油氣田地質(zhì)調(diào)查孔，還需進一步完善防噴、固控、固井、氣錄井等設(shè)備配套。

(4)還需進一步對小口徑繩索取心鉆探在沉積巖地層中鉆進給壓方法、鉆遇水敏性和塑性地層沖洗液維護、建立沖洗液封閉式循環(huán)可利用系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)進行探索。