實例淺談武岡中揚子地區頁巖氣勘探施工管理

黎攀軍 王暢

（湖南省有色地質勘查局二一七隊 湖南衡陽 421001）

實例淺談武岡中揚子地區頁巖氣勘探施工管理

黎攀軍 王暢

（湖南省有色地質勘查局二一七隊 湖南衡陽 421001）

隨著時代的發展科技的進步，人類對于能源的需求越來越大，目前運用最為普遍的能源就是石油，而伴隨著石油的大量開采與使用人們急需尋找其他的代替能源。天然氣作為一種清潔能源在人們的生活中得到了廣泛的利用。頁巖氣是蘊藏于頁巖層可供開采的天然氣資源，我國的可采頁巖氣儲量較大。頁巖氣的形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規天然氣相比，頁巖氣開發具有開采壽命長和生產周期長的優點，大部分產氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣。但是頁巖氣的開采相對而言也較為困難，本文結合實例探討了頁巖氣勘探施工中的一些問題以及難點。

武岡；中揚子地區；頁巖氣；勘探；施工管理

1 我國頁巖氣勘探開發現狀

我國與美國在頁巖氣地質條件上具有許多相似之處，頁巖氣富集地質條件優越，具有與美國大致相同的頁巖氣資源前景和開發潛力。頁巖氣資源已引起油氣界廣泛而密切的關注，受到黨中央、國務院的高度重視。目前我國頁巖氣資源調查與勘探開發還處于探索起步階段，更新理念、破解難題、創新模式，大力推進頁巖氣資源戰略調查和勘探開發，已成為我國油氣資源領域重要而迫切的戰略任務。

頁巖氣是指賦存于富有有機質泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的非常規天然氣，成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源。頁巖氣埋藏深度范圍大，埋深從200m到深于3000m。大部分產氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩定的速率產氣，具有開采壽命長和生產周期長的優點。作為天然氣家族的一員，頁巖氣在全球分布廣泛，資源量約456萬億m3，相當于煤層氣和致密砂巖氣的總和。我國地下礦產豐富，擁有品種多樣，儲量巨大的優越條件，但在能源方面，還是以煤炭，石油，常規天然氣為主。隨著中國發展越來越國際化，對能源方面的要求也越來越高，綠色能源恰好呼應了我國可持續發展的口號，其中頁巖氣作為一種清潔、高效的能源，將會成為綠色能源中冉冉升起的一顆新星，因此國家非常重視頁巖氣的開發、利用以及發展。

從國內已經施工的頁巖氣井的生產情況來看，我國頁巖氣藏壓裂僅局限于直井，且沒有成型的壓裂理論與方法，基于我國頁巖演化程度較高，含氣量偏低，開發工藝和技術與國外不盡相同現狀，應加強頁巖氣的基礎研究，引進消化吸收國外先進頁巖氣完井工具及壓裂技術，進行現有壓裂技術適應性評價和優化及水平井分段壓裂改造技術先導性試驗，對降本增效，形成適合我國的頁巖氣儲層改造及其配套技術具有重要意義。

2 武岡區域簡介及其工程地質情況與巖石的可鉆性

武岡地處資水上游、雪峰山麓，是邵陽市西南五縣之間的中心地域，素有黔巫要地和湘西南重鎮之稱。武岡市東南西北依次與邵陽縣、新寧縣、城步縣、綏寧縣、洞口縣、隆回縣交界。地理坐標為東經110°25′35″～111°01′58″，北緯 26°32′42″～27°02′09″。全市總面積為 1549km2，疆域東西極寬60.8km，南北極長54.43km。

武岡位于雪峰山東南麓與南嶺山脈北緣，屬湘南丘陵區向云貴高原隆起的過渡地帶。地形三面環山、中部低平、北向敞口，大體呈南高北低傾斜地勢。地形地貌多樣，有獨特小氣候的山丘崗地平原齊全。

境區地貌以山地、丘陵為主，山、丘、崗、平、水俱全。地貌成因分構造、侵蝕（溶蝕）和堆積地貌等。

武岡境內山脈連綿起伏，溪河交錯。境內有天子山、照面山海拔千米以上大的山系五處，有中山56座，面積為131.16km2；中低山81座，面積323.17km2。其中海拔500m以上的山峰428座。

武岡中揚子地區鉆孔巖性自上而下為：0～10m，第四系根植土；10～180m，深灰色，中厚層含泥砂巖夾泥質灰巖為主；180～230m，上段為灰黑色頁巖、碳質頁巖、石英砂巖、粉砂巖夾1～2可采煤層；230～350m，下段為灰綠色砂質頁巖、粉砂巖、碳質頁巖夾長石石英砂巖。350～490m，為含錳硅質頁巖、碳質頁巖、夾灰巖透鏡體；490～560m，深灰色灰巖為主，含燧石結合；560～860m，淺灰色白云質灰巖夾灰巖；860～1190m，灰白色白云巖夾白云質灰巖；1190～1390m，泥質灰巖為主，局部夾白云質灰巖；1390～1470m，上部為灰色頁巖、砂石夾鐵礦層、下部為深灰色頁巖、碳質頁巖、石英砂巖夾1～2層可采煤；1470～1500m，灰黑色中厚層狀灰巖為主，夾薄層泥灰巖。

巖層可鉆性一般在1～6級；部分為錳硅質頁巖，含燧石結合達8～10級，巖石的可鉆性級別跨度比較大，通過對巖石的可鉆性了解，更好的選擇胎體硬度和金剛石的密度。

3 主要鉆探設備以及場地的選址

依據鉆孔設計孔深以及中孔口徑，結合煤田第五隊現有的設備，選用以下主要設備：xy-8B型鉆機（配98kW的電動機）；SG24鉆探四角加重鉆塔；NBB360/10系列的泥漿泵；現場配備200kW發電機組；JSJ-1000型繩索取芯絞車等。

場地的選址：由于機器設備比較大、笨重，其中最大立軸（2t），設備在搬運的過程中不方便，一般建在道路旁邊。鉆孔結構的設計如圖1所示。

圖1 井身結構設計圖

開孔采用φ150mm，隔離上表面第四系覆蓋層；在鉆至完整的基巖層位，下入φ146mm的套管；變徑φ96mm采用繩索取芯，鉆至230m以探明下面完整的灰巖，在采取φ110mm鉆頭進行擴孔，下入φ108mm的技術套管；再度變徑φ96mm，直到終孔。

4 頁巖氣勘探施工管理

4.1 安全生產管理

在頁巖氣勘探施工期間一定要重視安全生產，安全生產對于工程而言有著極為重要的意義。頁巖氣鉆探施工項目與一般的巖心鉆探項目在安全管理上有很大的區別，一方面嚴格執行安全生產標準化機臺，另一方面頁巖氣里主要含有有毒硫化氫氣；在施工之前需要針對硫化氫氣體做一些基本的準備工作：首先在開工之前準備適量的硫酸鋇加重劑和現場測量硫化氫儀器、有氧呼吸器、風向標，以確保施工安全進行；其次新工人來的第一天加強安全教育和安全生產的法規培訓。促使在工作中做到“四不傷害”原則；同時也增強員工安全保護意識。

4.2 業務和技能管理

對于現場機械不夠熟悉的施工人員可以通過其對以往的xy－4鉆機熟悉和了解，加強對于XY－8B鉆機的操作和運行的規律。通過實際操作，結合所學的理論知識；以及老工人師傅的指導幫助，快速掌握鉆機基本操作。由于該地層以前從來沒有做過鉆探項目施工，對以前地質條件不清楚，在施工中嚴格按照設計要求，在施工零班時，如過泥漿調的有點淡，在提鉆取芯的時候易出現糊鉆現象，對此施工管理人員需要高度重視，應當及時向泥漿池里多加泥粉，以調高泥漿濃度，在調好的泥漿的同時盡量將孔內的鉆渣排除來。避免在開鉆的時候出現孔內事故。

換徑φ96mm在鉆至230m未發現完整灰巖地層，經過項目部的討論和結合現場巖心性質，考慮到第二層套管作為技術套來施工，無法達到技術要求，繼續往下鉆進，當施工到最終孔深744.7m還是在碳質泥頁巖，與當初設計差很遠，打亂了整個施工進度計劃，這當中主要是炭質頁泥巖為主，幾乎灌注了整個施工鉆孔，沒有第二層技術套管隔離作為支持很難完成最后的終孔尺寸，鉆孔就會出現掉塊和鉆內出現打的塌方，在這種地層，要采用快速打法，時間越久，孔內的井壁性能就越差。在施工的過程中，泥漿的配比：1m3清水+100～150kg鈉膨潤土+5～6kg植物膠+5～6高效防塌劑+3～4kg低熒光粉+PAM；通過對以上材料在該地地層的運用，從孔內泥漿返出來，做泥漿的粘度測試基本在40s，比重在：1.35，但還是沒有穩定地層壓力，鉆孔在99m、292m、395m、406m、525m、610m、620m、650m等都出現明顯的塌方，在525m做了物探井，從它傳出來地記錄可以明顯感覺在406形成一個大肚子，之前在層位來回掃了半個月的時間，才將鉆孔井壁護住最終在744.7m無法施工，通過上述泥漿作為護壁劑在碳質泥頁巖中運用，只能護壁200～300m，盡量采取技術套管將碳質泥頁巖隔開。在炭質泥巖掃孔施工中，不能盲目的加桿，當掃完一個桿的時候，要來回進行串動，看是否這個桿掃通，時時觀察水泵的泵壓表，往往有時候將桿加下去可能就開不了泵。

5 施工難點總結

（1）頁巖氣勘察施工生產周期長，一般頁巖氣的埋深在1500m，從開孔到項目竣工一般在4～6個月左右。

（2）在施工的過程中要尊重設計，但同時也要對設計進行質疑。從現場取出來巖石性質，在230m左右沒未見到灰巖，一直鉆至744.7m還是泥質頁巖；從而在施工過程中無法采取變徑措施，增加了施工難度。

（3）當施工泥頁巖層位，巖心采取直徑比原來的采取的直徑要少很多，經常有巖心掉到外管里，增加輔助時間。

（4）在施工過程盡量避免泥漿里面混有清水，改變泥漿的性能指標，從而造成泥漿大量失水，地層層位坍塌掉塊。

6 結語

通過對于頁巖氣勘察施工過程的施工管理總結，有效的分析了勘探施工過程中常見的一些問題以及施工的重難點，能夠幫助相關的從業人員在進行相關操作時起到一個提示作用，從而有效的幫助頁巖氣勘察工作的順利進行。

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P618.13

A

1004-7344（2016）17-0150-02

2016-5-18

作者簡介：黎攀軍（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事地質鉆探工作。