秀頁(yè)5井鉆探施工實(shí)踐

晏忠強(qiáng)+舒克鑫

【摘 要】簡(jiǎn)要介紹了渝黔湘秀山頁(yè)巖氣秀頁(yè)5井鉆探工藝，選擇合理的設(shè)備和機(jī)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(lèi)頁(yè)巖氣調(diào)查井提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】頁(yè)巖氣；鉆探工藝；鉆井液；秀頁(yè)5井

1. 項(xiàng)目背景及概況

（1）“渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊”是2009年國(guó)土資源部《全國(guó)油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評(píng)價(jià)國(guó)家專(zhuān)項(xiàng)（第二批）——中國(guó)重點(diǎn)海相地區(qū)頁(yè)巖氣資源潛力及有利區(qū)優(yōu)選》項(xiàng)目的重點(diǎn)研究區(qū)，也是2010年國(guó)土資源部全國(guó)頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)項(xiàng)目的核心部分。

（2）渝黔湘秀山頁(yè)巖氣區(qū)塊秀頁(yè)5井鉆探施工項(xiàng)目。根據(jù)設(shè)計(jì)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(yè)巖氣區(qū)塊處于揚(yáng)子臺(tái)地內(nèi)的川湘凹陷南部邊緣，主要構(gòu)造線(xiàn)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(yè)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(guò)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(yè)巖為主，局部夾灰白色粉砂巖條帶，裂隙節(jié)理發(fā)育無(wú)填充，產(chǎn)團(tuán)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(yè)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(yè)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(yè)巖及灰綠色粉砂質(zhì)頁(yè)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(yè)巖為主，其上部為觀(guān)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(yè)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(jì)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(dá)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(jí)以上的鉆孔結(jié)構(gòu)，并在較大口徑金剛石繩索取心鉆進(jìn)時(shí)，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(jìn)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(jìn)至孔深309.85m），終孔口徑95mm。

圖1

5. 設(shè)備及機(jī)具

5.1 鉆機(jī)。

由于所選工作區(qū)以往一般較少或空白類(lèi)似鉆井資料，僅憑地質(zhì)人員地表調(diào)查設(shè)計(jì)，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(wèn)題。因此，選用長(zhǎng)沙探礦廠(chǎng)生產(chǎn)的XY-6B型立軸式液壓鉆機(jī)，鉆進(jìn)能力2500m，此型鉆機(jī)設(shè)計(jì)功率99KW，立軸低速扭矩8500N·m，雙油缸給進(jìn)，長(zhǎng)給行程600mm，液壓卡盤(pán)夾持力大，能滿(mǎn)足多種口徑巖心鉆進(jìn)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(xiāo)裝式整體底盤(pán)更具安全性和穩(wěn)定性。天車(chē)有效額定負(fù)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(jī)作為動(dòng)力。變量及額定壓力調(diào)節(jié)范圍較寬，能滿(mǎn)足各種鉆進(jìn)泥漿流壓參數(shù)的需要。

5.4 鉆具。

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

（1）剛性強(qiáng)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(jìn)時(shí)鉆頭不易被堵塞，滿(mǎn)貫率高）；（3）勞動(dòng)強(qiáng)度低且工藝簡(jiǎn)單，鉆進(jìn)效率高。（4）隔開(kāi)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(jiàn)圖1。

6. 鉆井液技術(shù)

頁(yè)巖氣是蘊(yùn)藏于頁(yè)巖層中的天然氣，頁(yè)巖氣主體位于暗色泥頁(yè)巖和高碳泥頁(yè)巖中，是以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁(yè)巖及粉砂質(zhì)巖類(lèi)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(duì)鉆井液性能提出了越來(lái)越高的要求，促使鉆井液技術(shù)不斷發(fā)展。實(shí)踐表面，鉆井液的性能對(duì)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(yè)5井與2014年3月21日一開(kāi)，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?jī)?yōu)質(zhì)粘土（加純堿水化，水化時(shí)間>24h），火堿，Na-CMC，加清水?dāng)嚢璩稍瓭{。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(jìn)，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(guò)第四系河床沖積物。endprint

（2）秀頁(yè)5井二、三開(kāi)，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(mǎn)足各種地層的需要，具有良好的護(hù)壁性能。泥漿配方： 1m3清水+3%膨潤(rùn)土+0.2%純堿0.3-0.5%+CMC。性能指標(biāo)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(jìn)行大排量鉆進(jìn)，保證鉆井液對(duì)井壁的沖刷作用，盡量防止厚泥餅的形成，做好固相控制。考慮到該地層復(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(hù)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(jìn)，提高了清潔井眼的效果。在鉆進(jìn)過(guò)程中，能很好的保護(hù)孔壁。

（3）秀頁(yè)5井四開(kāi)，本井段地層以泥頁(yè)巖為主，此類(lèi)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(rùn)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(jìn)時(shí)及時(shí)測(cè)量鉆井液性能，根據(jù)鉆井液性能變化隨時(shí)調(diào)整鉆井液性能，保證了井下安全。同時(shí)加強(qiáng)了密切配合，控制好起下鉆速度，防止壓力“激動(dòng)”過(guò)大，起鉆時(shí)及時(shí)向井內(nèi)灌滿(mǎn)泥漿，確保井壁穩(wěn)定。

7. 主要技術(shù)指標(biāo)完成情況

7.1 主要技術(shù)指標(biāo)。

秀頁(yè)5井施工為全孔取心鉆進(jìn)，該孔于2014年3月21日開(kāi)鉆至2014年7月9日終孔，總進(jìn)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(zhǎng)1756.58m，采取率98.74℅。取心總回次647回次，平均回次長(zhǎng)度2.74m。開(kāi)動(dòng)3.7個(gè)臺(tái)月（2664h），臺(tái)月效率480.81m，其中純鉆時(shí)間976.17h，平均機(jī)械鉆速1.82m/h，。輔助時(shí)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(shí)間統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)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(cè)異常明顯，總烴最大值為24.63%，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)解析，目的層含氣量在0.34m3/t，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。頁(yè)巖氣現(xiàn)場(chǎng)解析見(jiàn)圖3。

圖3

8. 結(jié)語(yǔ)

（1）秀頁(yè)5井，嚴(yán)格按照組織設(shè)計(jì)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(jìn)工藝，剛性強(qiáng)起到了鉆孔防斜的作用；提高了破碎地層巖心采取率，勞動(dòng)強(qiáng)度低且工藝簡(jiǎn)單，鉆進(jìn)效率高。隔開(kāi)了上部破碎帶，防止了掉塊、漏水、卡鉆事故的發(fā)生。

（3）頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)選區(qū)階段布設(shè)調(diào)查井設(shè)計(jì)井深控制性一般較弱，設(shè)備選型時(shí)應(yīng)留夠充足余地。

（4）在施工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行鉆井液設(shè)計(jì)，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(jìn)行的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 王扶志，張志強(qiáng)，宋小軍.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)[M].湖南長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008.

[2] GB/T16591-1997，金剛石繩索取心鉆探鉆具設(shè)備[S].

[3] 滿(mǎn)國(guó)祥，楊宏偉.國(guó)產(chǎn)繩索取心鉆桿設(shè)計(jì)與制造技術(shù)分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（2）.

[4] 烏效鳴，胡郁樂(lè)，賀冰新，等.鉆井液與巖土工程漿液[M].湖北武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2002.

[5] 孫丙倫，陳師遜，陶士先：復(fù)雜地層深孔鉆探泥漿護(hù)壁技術(shù)探討與實(shí)踐[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）2008，35（8）.

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