李 昌，梁 斌，秦首武

(新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆頁巖氣調(diào)查井準(zhǔn)頁2井，由《新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣重點(diǎn)遠(yuǎn)景區(qū)頁巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)估》項(xiàng)目設(shè)計(jì)，地處吉木薩爾縣境內(nèi)，是該項(xiàng)目3口調(diào)查井中相對(duì)較好的調(diào)查井，調(diào)查目的旨在為后續(xù)的頁巖氣調(diào)查、評(píng)價(jià)，積累數(shù)據(jù)信息，從而提升選擇目標(biāo)區(qū)的有效性。

1 工程與地層概述

1.1 工程概述

主要調(diào)查任務(wù)如下：

(1)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣晚古生界——中生界沉積充填系列進(jìn)行勘察；

(2)對(duì)主要目標(biāo)層段巖相類型與空間分布特征進(jìn)行初步確定；

(3)對(duì)各類樣品進(jìn)行系統(tǒng)采集，并對(duì)頁巖氣賦存層段、含氣性、諸層特征，和影響頁巖氣富集的主要因素進(jìn)行初步確定；

(4)主要工程質(zhì)量要求包括鉆井井斜質(zhì)量、巖心采取率、巖心采取繩索取心技術(shù)、全孔隨鉆氣體檢測(cè)。其中，繩索取心技術(shù)取心時(shí)要求巖心直徑在60 mm以上，并于1 000 m下井深打撈巖心時(shí)，將打撈時(shí)間控制在20 min以下，到達(dá)地面后需在10 min內(nèi)快速取出并置入氣體解吸罐，要求以現(xiàn)場(chǎng)解吸為準(zhǔn)，并通過制作符合氣測(cè)錄井要求的水泥方磚砌制機(jī)臺(tái)，輔助全孔隨鉆氣體檢測(cè)等。

1.2 地層概述

該調(diào)查井屬于沉積巖地層，各類巖石交替出現(xiàn)現(xiàn)象明顯，主要包括碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等。該區(qū)域的地層發(fā)育相對(duì)較好，完善性高，具體發(fā)育包括石巖系到新生界。鉆遇地層以二疊系泉子街組、蘆草溝組：

(1)從海平面到750 m范圍存在鈣質(zhì)與泥質(zhì)膠結(jié)現(xiàn)象，風(fēng)化嚴(yán)重區(qū)域以上部為主，因此，巖層的松軟度相對(duì)較高，評(píng)估后認(rèn)為可鉆性需要控制在4～5級(jí)范圍內(nèi)；

(2)從750～1 400 m范圍存在硅質(zhì)膠結(jié)現(xiàn)象，因此巖層松軟度相對(duì)較低，硬性較高，完整性較好，其可鉆性需控制在6～7級(jí)范圍內(nèi)；

(3)從1 400～1 617 m，巖層以泥質(zhì)與鈣質(zhì)及白云質(zhì)膠結(jié)為主，可鉆性控制在5級(jí)左右即可達(dá)到完整性，但是由于井壁巖層存在發(fā)育方面的裂隙，會(huì)使鉆井液發(fā)生滲漏。

2 鉆井施工技術(shù)分析

2.1 施工準(zhǔn)備階段

施工準(zhǔn)備階段，除基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作之外，主要以鉆井設(shè)備的選擇為主，由于施工單位缺乏主要鉆探設(shè)備，因此，需要重新購置，具體包括：

(1)鉆機(jī)——HXY-9型立軸式巖心鉆機(jī)；

(2)鉆塔——HA-29/90型鉆塔；

(3)泥漿泵——NBB260/7A型泥漿泵；

(4)動(dòng)力設(shè)備——400 kW沃爾沃柴油發(fā)電機(jī)組(備用電源)。

2.2 施工階段技術(shù)分析

2.2.1 井身結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)對(duì)該調(diào)查井的地層、主要質(zhì)量要求分析，由于限制性條件較大，井身結(jié)構(gòu)只以二開井身結(jié)構(gòu)為主，具體而言，在滿足覆蓋層要求的前提下，針對(duì)取心段的技術(shù)要求，要做到“一徑到底”。將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)際井身結(jié)構(gòu)相比，實(shí)際井身結(jié)構(gòu)本身也是二開結(jié)構(gòu)。

(1)從實(shí)際井身結(jié)構(gòu)方面分析，一開采用復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，規(guī)格以φ153 mm為主；在鉆穿覆蓋層方面，以5.19 m為上限；下限采用φ146 mm套管，以5.38 m為準(zhǔn)；實(shí)際井身結(jié)構(gòu)中需要匹配水泥漿固井。上限與下限的確定可以預(yù)留出φ127 mm和108 mm 2級(jí)套管位置；覆蓋層無須取心，但是到下部取心段則需要根據(jù)復(fù)雜的地層環(huán)境，選擇φ130 mm口徑，按照施工需要經(jīng)過擴(kuò)孔即可進(jìn)入到φ127 mm套管。

(2)覆蓋層相對(duì)較薄，加上二開取心鉆進(jìn)在鉆壓與鉆速方面相對(duì)較低，因此，鉆桿擺動(dòng)幅度不大，下入多層表層套管也無多大必要性；根據(jù)二開需要，在繩索取心中，可以將外徑擴(kuò)大到φ110 mm，確定金剛石鉆頭為XJS95規(guī)格后，可以鉆至最底端1 617.18 m位置。鉆頭外徑擴(kuò)大后，能夠使井壁與鉆桿間的環(huán)狀間隙增加，從而加強(qiáng)鉆井液的循環(huán)排粉。在設(shè)計(jì)方案中，預(yù)計(jì)井深階段的地層十分復(fù)雜，因此在取心井段，提前準(zhǔn)備了φ108 mm套管，這樣就能夠使鉆頭規(guī)格控制到φ96 mm，進(jìn)一步完成鉆進(jìn)工作。

2.2.2 取心鉆具與鉆頭的使用技術(shù)分析

(1)在鉆具方面，以XJS95規(guī)格、H口徑金剛石鉆具為準(zhǔn)；該鉆具是一整套鉆具；巖心直徑可控制為63 mm，在取心段取心的1 611.99 m位置處，對(duì)于巖礦心的采取可以達(dá)到100 %的效率，其打撈成功率也高于95 %，所以，該鉆具能夠滿足<氣體解吸罐內(nèi)徑，且在取心方面產(chǎn)生較好的質(zhì)量保障；

(2)在鉆頭方面，鉆桿規(guī)格為φ89 mm、公稱直徑為95 mm；在實(shí)際的操作方面，為了有效控制沖洗液攜帶巖粉量并起到護(hù)壁作用，調(diào)查中擴(kuò)大了繩索取心金剛石頭鉆頭外徑，具體擴(kuò)大值以110 mm為準(zhǔn)。

2.2.3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)分析

取心鉆進(jìn)井段選用的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)控制相對(duì)嚴(yán)格，具體見表1。

雖然通過對(duì)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了有效控制，未在鉆進(jìn)過程中發(fā)生較大的井內(nèi)問題，證實(shí)了其參數(shù)設(shè)置的合理性，但是從臺(tái)用效率為282 m來看，鉆進(jìn)效率相對(duì)不高。

3 問題探討

首先，井身結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于井壁的維護(hù)功能相對(duì)較差；因此在1 600 m井深處需要采取多級(jí)井身結(jié)構(gòu)，匹配技術(shù)套管維護(hù)井壁安全；其次，兩開井身結(jié)構(gòu)以優(yōu)質(zhì)泥漿為維護(hù)材料，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，建議如下：

表1 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

(1)二開階段選擇P口徑代替H口徑鉆具；鉆頭外徑擴(kuò)大值由原來的110 mm，變?yōu)?30 mm；鉆進(jìn)中下套管位置選取750 m左右，套管規(guī)格以φ127 mm為準(zhǔn)，因此，需要增加三開鉆進(jìn)到完鉆。若井深過深，比如，針對(duì)2 000 m以深的井，地層條件相對(duì)復(fù)雜，此時(shí)，應(yīng)該對(duì)一開口徑進(jìn)行擴(kuò)大，并在二開階段選擇S口徑，并增加三開與四開鉆進(jìn)流程。需要注意的是，口徑擴(kuò)容、地質(zhì)勘察、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鉆具鉆頭選擇、氣體解吸罐均屬于一個(gè)整體的調(diào)查工具，所以，在實(shí)際的施工中需要提前做好各方面溝通，并匹配定制相應(yīng)設(shè)備。

(2)鉆機(jī)井以HXY-9型巖心鉆機(jī)為準(zhǔn)，在操作與體積方面均有不便，如操縱距離過遠(yuǎn)，操作觀察不便；不利于鉆桿起時(shí)的工作人員配合活動(dòng)，于是增加了安全風(fēng)險(xiǎn)；因此，建議安裝一套包括語音與視頻的監(jiān)控系統(tǒng)，以此解決該問題；在后續(xù)調(diào)研中建議以此為鑒，科學(xué)選擇鉆機(jī)。

(3)調(diào)研對(duì)象為頁巖氣，需要在各個(gè)方面做好消防安全，確保防火措施的有效性與預(yù)防性，包括禁止明火、合理架設(shè)鍋爐供暖設(shè)備等，尤其是在施工季節(jié)的選擇與工作安排方面，盡可能根據(jù)實(shí)際需求，以降低成本的施工要素為必要條件。

4 結(jié) 語

以上探討以調(diào)查設(shè)計(jì)方案為準(zhǔn)，經(jīng)驗(yàn)的成份相對(duì)較多，因此，在問題探討時(shí)必然存在一些不足之處。結(jié)合以上分析可以看出新疆頁巖氣調(diào)查井準(zhǔn)2井鉆井施工技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，其問題也比較細(xì)，所以，在做進(jìn)一步的研究與探討時(shí)，除了注重經(jīng)驗(yàn)觀察與問題總結(jié)，仍然需要加強(qiáng)對(duì)整體調(diào)查方案的復(fù)核，并使實(shí)際的調(diào)查實(shí)踐環(huán)節(jié)與安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，提升作業(yè)安全與作業(yè)效率，進(jìn)而將各項(xiàng)調(diào)查成本控制到較低程度。