頁(yè)巖氣地質(zhì)調(diào)查皖含地1井施工工藝

趙 亮，汪程林

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)，安徽 安慶 246003)

0 引言

頁(yè)巖氣是賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層中，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，與“煤層氣”、“致密氣”同屬一類(lèi)。頁(yè)巖氣的形成和富集有著自身獨(dú)特的特點(diǎn)，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁(yè)巖烴源巖地層中。隨著油氣資源的不斷枯竭和消耗，頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)與利用是以后的發(fā)展方向，為了加快頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用，國(guó)家制定了相關(guān)的優(yōu)惠政策，同時(shí)加大科技攻關(guān)力度，突破頁(yè)巖氣勘探核心技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的步伐[1]。皖含地1井是安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊(duì)在和含巢逆沖推覆構(gòu)造帶中段巢湖背向斜構(gòu)造帶部署實(shí)施的一口地質(zhì)調(diào)查井。目的是獲取巢湖-含山-無(wú)為地區(qū)奧陶系-志留系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的各類(lèi)地質(zhì)參數(shù)，為本區(qū)五峰組-高家邊組頁(yè)巖氣資源潛力評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選提供地質(zhì)依據(jù)。

1 井區(qū)概況

1.1 井區(qū)的基本情況

皖含地1井位于安徽省馬鞍山市含山縣東山鄉(xiāng)井南莊(東山水庫(kù)附近)，井區(qū)公路交通方便，井區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)道、村道遍布，井位位于村莊附近空地上，周?chē)匦纹教?，交通便利，水源充足，鉆井工程實(shí)施條件良好。

1.2 井區(qū)地層概況

工區(qū)地層區(qū)劃屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)和縣地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)第四系地層發(fā)育，占總面積的40%以上，主要分布于長(zhǎng)江兩岸沖積平原上，構(gòu)成長(zhǎng)江河漫灘及階地等?；鶐r出露分布于東部和西北部，主要為震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系及新近系地層，其中各地層均較為發(fā)育。

本次井位優(yōu)選所涉及的目的層位主要包括上奧陶統(tǒng)五峰組和下志留統(tǒng)高家邊組。皖含地1井地層分層見(jiàn)表1。

表1 皖含地1井地層分層Table 1 Stratification of Well Wanhandi-1

2 鉆井的質(zhì)量指標(biāo)和技術(shù)要求

(1)鉆井類(lèi)型：直井；

(2)鉆井設(shè)計(jì)深度：1500 m；

(3)井斜、水平位移：井斜≯3°，保證測(cè)井井身的順利暢通，井底位移≯30 m；

(4)井徑擴(kuò)大率：非地層破碎、垮塌井段，全井井徑擴(kuò)大率≤15%；對(duì)可能垮塌井段，井徑擴(kuò)大率≯20%；

(5)終孔口徑：≮95 mm；

(6)巖心采取率：全井段取心，巖心直徑≮60 mm；采取率≮90%[2-4]。

3 鉆井施工技術(shù)

3.1 鉆探設(shè)備

鉆探設(shè)備根據(jù)鉆井目的、施工的環(huán)境條件、鉆探方法、鉆井井深和終孔直徑等綜合因素確定。主要設(shè)備見(jiàn)表2[5]。

表2 皖含地1井設(shè)備配置Table 2 Equipment configuration for Well Wanhandi-1

3.2 鉆具組合

為提高機(jī)械鉆速、減輕鉆具的磨損，根據(jù)地層情況合理使用不同種類(lèi)鉆具及金剛石鉆頭，鉆具使用合理，大大減輕了鉆具的磨損，避免了長(zhǎng)周期內(nèi)的鉆具事故，同時(shí)確保井斜度。

本次一開(kāi)?150 mm、二開(kāi)?130 mm鉆具采用單套金剛石取心鉆具，配以?60 mm鉆桿。三開(kāi)?114 mm、四開(kāi)?95 mm鉆具均采用繩索取心鉆具，配以相應(yīng)級(jí)配的繩索鉆桿。鉆具組合見(jiàn)表3。

表3 鉆具組合Table 3 Drilling tool combination

施工中均選用金剛石鉆頭，?150、130 mm選用電鍍金剛石鉆頭，胎體硬度HRC25～30，金剛石目數(shù)60～80，平底形；?114、95 mm選用熱壓金剛石鉆頭，胎體硬度HRC20～25，金剛石目數(shù)60～100，水口10～14個(gè)，平底形和鋸齒形。

皖含地1井鉆達(dá)井深1412.28 m，共使用鉆頭12只，其中一開(kāi)使用1只，二開(kāi)使用1只，三開(kāi)使用1只，四開(kāi)使用9只。依照各井深實(shí)鉆情況及時(shí)調(diào)整鉆頭型號(hào)，取得了較好的機(jī)械效率。

3.3 井身結(jié)構(gòu)

皖含地1井根據(jù)地層特征，結(jié)合我隊(duì)的鉆具級(jí)配，采用三級(jí)套管四級(jí)井徑的井身結(jié)構(gòu)，井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 皖含地1井井身結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of Well Wanhandi-1

一開(kāi)采用?150 mm單套取心鉆具，由小鉆壓大排量鉆進(jìn)。鉆進(jìn)依據(jù)地層特點(diǎn)，鉆壓由小到大，先輕壓吊打，保證井眼開(kāi)直；防止刺垮上部松軟地層。

二開(kāi)采用?130 mm單套取心鉆具，鉆頭從井深25.24 m鉆至25.71 m。

三開(kāi)采用?114 mm繩索取心鉆具，鉆頭從井深25.71 m鉆至61.57 m。

四開(kāi)采用?95 mm繩索取心鉆具，鉆頭從井深61.57 m鉆至終孔，井深1412.28 m。

3.4 鉆進(jìn)參數(shù)(見(jiàn)表4)

表4 皖含地1井鉆進(jìn)參數(shù)[6-9]Table 4Drilling parameters of Well Wanhandi-1

3.5 鉆井液

根據(jù)頁(yè)巖氣勘探技術(shù)規(guī)范要求，鉆井液不能加入含油、含熒光等化學(xué)處理劑和添加劑，我們依據(jù)本次鉆井巖性，使用的鉆井液主要以無(wú)固相聚丙稀酰胺為主，此鉆井液具有較好的攜帶和懸浮巖屑的能力，且能在井壁上形成薄的吸附膜，具有一定的護(hù)壁能力和抑制水敏膨脹作用，并且有較好的潤(rùn)滑和減阻作用，配置簡(jiǎn)單,同時(shí)在鉆進(jìn)30～50 m要替換2～3 m3新鮮鉆井液，確保井內(nèi)的鉆井液質(zhì)量，改善流變性、降低濾失量、減少含砂量等。此井在鉆進(jìn)至1234 m處，地層為黑色泥頁(yè)巖，巖石固結(jié)性差，易水敏、剝落、井內(nèi)出現(xiàn)垮塌，繩索鉆具無(wú)法到底，在征得測(cè)井人員同意后我們改用低固相優(yōu)質(zhì)鈉土鉆井液鉆進(jìn)，增加鉆井液密度及粘度，提高排放能力及護(hù)壁效果，從而達(dá)到鉆進(jìn)目的。本次鉆井液配比如下。

無(wú)固相鉆井液：1 m3清水+0.5%～2%PHP(水解度為30%)+0.05%～0.1%純堿。

性能指標(biāo)：密度1.005～1.01 g/ cm3，粘度16～20 s，濾失量15～25 mL/30 min，泥餅厚度0.1～0.5 mm，含砂量<0.5%，pH值7.5～9.5。

低固相鉆井液：1 m3清水+2.5%～5%鈉膨潤(rùn)土(200目)+0.2%～0.4%純堿+0.1%～0.5%PHP(水解度為30%)+0.5%～1%廣譜護(hù)壁劑。

性能參數(shù)：密度1.03～1.06 g/ cm3，粘度20～25 s，濾失量10～15 mL/30 min，泥餅厚度1～1.5 mm，含砂量<3%，pH值8.0～9.5。

4 鉆井質(zhì)量控制

4.1 取心技術(shù)措施

4.1.1 下鉆

下鉆操作要平穩(wěn)，不猛剎、猛放，嚴(yán)防蹾鉆，裸眼井段要控制下鉆速度，嚴(yán)防遇阻硬壓卡鉆，遇阻應(yīng)及時(shí)合車(chē)開(kāi)泵沖洗、上下活動(dòng)鉆具，仍下不去時(shí)可劃眼，劃眼鉆壓控制在2～5 kN，轉(zhuǎn)速175 r/min，劃眼暢通后再下鉆。下鉆過(guò)程中操作平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛剎、猛放、猛蹾。鉆頭距井底最后一根單根應(yīng)接主動(dòng)鉆桿送水輕壓慢轉(zhuǎn)速劃眼到底。

4.1.2 循環(huán)鉆井液

下鉆過(guò)程中根據(jù)井下情況循環(huán)鉆井液。下鉆到底循環(huán)鉆井液時(shí)間是根據(jù)鉆桿內(nèi)徑及井深來(lái)?yè)Q算鉆井液是否到孔底已出鉆頭的。要把鉆井液性能調(diào)整處理好，尤其在替換井內(nèi)鉆井液時(shí)，切不可操之過(guò)急，急于鉆進(jìn)，新鮮鉆井液還沒(méi)有替換掉井底鉆井液，井內(nèi)沉淀的巖屑還沒(méi)有徹底排清，很容易出現(xiàn)糊鉆。

4.1.3 取心工藝

?150、130 mm單套取心鉆進(jìn)，取心過(guò)程主要是靠鐵絲或卡料來(lái)擰斷井內(nèi)巖心，判斷井底巖心是否擰斷，需慢轉(zhuǎn)一下鉆具，再下放鉆具是否能到井底。提鉆擰卸鉆桿時(shí)不可大錘敲打，謹(jǐn)防巖心脫落。同樣?114、95 mm繩索取心鉆具，下鉆前鉆具總成卡簧一定要檢查，卡簧是否自如卡著上回次巖心，以防脫心。鉆進(jìn)中代班人員判斷鉆具是否堵心，切不可磨心、打懶鉆。

4.1.4 起鉆

起鉆操作平穩(wěn)，不猛剎猛停，防止巖心中途脫落。

4.1.5 出巖心

出巖心在井外進(jìn)行。專(zhuān)用巖心鉗、內(nèi)筒提環(huán)、內(nèi)筒卡子、巖心順序不得錯(cuò)亂。部分巖心照片見(jiàn)圖2。

圖2 巖心照片F(xiàn)ig.2 Core photos

4.2 井斜的控制

測(cè)量方案以隨鉆檢測(cè)為主，同時(shí)單點(diǎn)間斷進(jìn)行檢驗(yàn)，以多點(diǎn)進(jìn)行再次檢驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)所使用的儀器提前做好校正，確保儀器使用精度。本次測(cè)斜儀型號(hào)：KXP-3D型遙控?cái)?shù)字測(cè)斜儀。每鉆進(jìn)20～30 m測(cè)斜一次，具體做法是把測(cè)斜儀接在繩索打撈巖心內(nèi)管鋼絲繩上，在測(cè)單點(diǎn)時(shí)，提離一個(gè)立根15 m，測(cè)斜儀直徑40 mm可直接出鉆頭進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)斜；若發(fā)現(xiàn)井斜增長(zhǎng)過(guò)快，井斜達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)，必須加密測(cè)斜，查明造成井斜的原因，檢查鉆桿是否彎曲，把彎曲鉆桿替換掉，及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)三參數(shù)，控制進(jìn)尺，在容許的情況下，以高轉(zhuǎn)速為主，小壓力，避免形成臺(tái)肩增斜，提劃眼反復(fù)修整界面3～5次，處理好錯(cuò)層界面，防止造成井斜變化大及超標(biāo)，該井終孔頂角2.96°，井底水平偏距27.621 m[10-12]。

4.3 井控措施

根據(jù)設(shè)計(jì)提示，在進(jìn)入四開(kāi)井段后，井隊(duì)把井控安全放在第一生產(chǎn)點(diǎn)上，對(duì)全體員工進(jìn)行與井控有關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)，提高員工的井控防硫意識(shí)，切實(shí)搞好目的層井控防硫工作。

井控設(shè)備選用改進(jìn)型2FZ18-21雙閘板防噴器。防噴器組合見(jiàn)表5，井口裝置見(jiàn)圖3[13-15]。

表5 防噴器組合Table 5 BOP combination

圖3 井口防噴器示意圖Fig.3 Schematic diagram of wellhead blowout preventer

5 鉆井主要技術(shù)成果

皖含地1井嚴(yán)格按照規(guī)范的實(shí)施細(xì)則進(jìn)行施工，并對(duì)井身質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)級(jí)，作業(yè)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行鉆井生產(chǎn)安全制度、操作規(guī)程、安全措施。質(zhì)量評(píng)定如下。

5.1 巖心采取率

皖含地1井全井采取巖心長(zhǎng)度1393.35 m，巖心采取率98.66%，達(dá)到了合同設(shè)計(jì)的巖心采取率≥90%的要求。巖心無(wú)污染，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)測(cè)試要求，保存巖心箱數(shù)320箱。

5.2 井斜測(cè)量及控制

皖含地1井設(shè)計(jì)井斜要求：終孔井斜≯3°，采用KXP-3D型測(cè)斜儀進(jìn)行了17次井斜測(cè)量，在鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)井斜情況，合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，克服頁(yè)巖解理裂隙發(fā)育，頂角易朝一個(gè)方向增大等特點(diǎn)，通過(guò)轉(zhuǎn)速、鉆壓來(lái)控制頂角變化。如發(fā)現(xiàn)鉆井頂角有增大的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)數(shù)提高一擋，井底鉆頭壓力減小2～3 kN工作壓力，又如方位角總是朝一個(gè)方向發(fā)展，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速快慢來(lái)改變方位角的變化，不讓頂角朝一個(gè)方向遞增，從而有效地控制了鉆井的頂角，終孔頂角2.96°，終孔水平偏距27.261 m，符合皖含地1井的合同要求及地質(zhì)設(shè)計(jì)目的。井斜測(cè)量成果見(jiàn)表6。

表6 皖含地1井井斜成果表Table 6 Deviation results of Well Wanhandi-1

6 實(shí)際施工效果及效率分析

6.1 施工進(jìn)度

我單位6號(hào)機(jī)組于2017年8月22日開(kāi)鉆至2017年12月6日完鉆,歷時(shí)107 d，完井井深1412.28 m，完井時(shí)間2017年12月20日。

6.2 臺(tái)月效率分析

鉆井平均臺(tái)月效率396 m，最高臺(tái)月效率528.42 m。繩索取心鉆進(jìn)隨著鉆井井深至900 m后，臺(tái)月效率逐漸降低，回次巖心打撈時(shí)間增長(zhǎng)，輔助時(shí)間增加，純鉆進(jìn)時(shí)間減少；該井在鉆進(jìn)井深1212 m處，出現(xiàn)5～6 m易水敏泥巖，巖石固結(jié)性差，井徑出現(xiàn)縮徑、垮塌，后期采用低固相鈉土鉆井液鉆進(jìn)，泵壓升高，井底阻力增大，轉(zhuǎn)速降低等因素，導(dǎo)致純鉆進(jìn)小時(shí)效率降低、臺(tái)月效率降低。

鉆井純鉆進(jìn)時(shí)間率47.66%，提下鉆時(shí)間率7.81%，設(shè)備維修時(shí)間率6.56%，內(nèi)管投放與取心時(shí)間率17.56%，其他輔助時(shí)間率20.39%，具體作業(yè)時(shí)間分布如圖4所示。

7 結(jié)語(yǔ)

本次頁(yè)巖氣鉆探總結(jié)了以往的鉆井施工經(jīng)驗(yàn)，注意控制鉆進(jìn)速度，實(shí)施跟蹤測(cè)斜，每20～30 m測(cè)斜一次，及時(shí)掌握孔斜情況，避免井斜超大重新糾斜等不必要的輔助時(shí)間。該鉆井終孔井斜在3°以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足了合同技術(shù)要求。

圖4 皖含地1井施工作業(yè)時(shí)間分析圖Fig.4 Analysis chart of drilling time of Well Wanhandi-1

巖心采取率：充分實(shí)現(xiàn)繩索取心鉆具巖心采取率高的優(yōu)點(diǎn)。利用?95 mm繩索取心鉆頭與?89 mm繩索鉆桿和井壁環(huán)空間隙大、排粉暢，泵壓低，巖心不宜堵等特點(diǎn)，勤換鉆井液；遇松散、破碎巖層，不打懶鉆。該井采取巖心長(zhǎng)度1393.35 m，巖心采取率98.66%，滿(mǎn)足了合同設(shè)計(jì)的巖心采取率≥90%要求。

鉆井效率：根據(jù)泥頁(yè)巖地層自然造漿的特點(diǎn)，四開(kāi)鉆進(jìn)鉆頭主要選擇階梯式金剛石鉆頭，該類(lèi)型鉆頭底唇面過(guò)水快，排粉快，不易糊齒，四開(kāi)95 mm口徑平均時(shí)效1.22 m,最高時(shí)效1.81 m；全井平均時(shí)效1.15 m。

深孔鉆進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)較大，需穩(wěn)中求快，鉆進(jìn)中若稍有不慎，影響進(jìn)尺，重者鉆井達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。鉆前應(yīng)加強(qiáng)員工鉆井培訓(xùn)技能，提高業(yè)務(wù)水平，增強(qiáng)安全、環(huán)保觀念，加強(qiáng)服務(wù)意識(shí)，科學(xué)打井。