淺析頁巖氣地質調查中鉆探施工質量評價

摘要：浙桐地1井，是一口布置在淳安—桐廬復向斜東輝向斜構造的頁巖氣地質調查井。本文以下揚子地區古生界頁巖氣基礎地質調查項目浙桐地1井為例，對鉆探施工質量及目的層保護及井控質量等進行分析及論述，希望文中所述可以為今后相關工作提供有價值的參考。

關鍵詞：浙桐地1井；鉆井質量；技術總結

前言

浙桐地1井是一口布置在淳安—桐廬復向斜東輝向斜構造的頁巖氣地質調查井，位于浙江省杭州市桐廬縣境內。該項目源自北京探礦工程研究所承擔的中國地質調查預算單列項目《下揚子地區古生界頁巖氣基礎地質調查（北京探礦工程研究所）》，由南京地調中心部署，北京探礦工程研究所組織實施，安徽省地質礦產勘查局313地質隊施工。

1.工程概況

為了獲取可靠地質資料，梳理浙江桐廬地區地層層序，摸清奧陶系胡樂組、寧國組在桐廬地區的發育情況，同時獲取頁巖氣評價數據和實物資料，目的層綜合解釋含氣層厚度及層數、巖性；為二級項目對頁巖氣優質儲層的理論推測提供有力的實物數據支撐和驗證。

浙桐地1井（ZTD-1），地理位置位于浙江省杭州市桐廬縣，井別為地質調查井，井型為直井，位于淳安—桐廬復向斜東輝向斜，設計垂深1100m，開孔層位奧陶系長塢組，完鉆層位奧陶系下統印渚埠組，完鉆方式為裸眼，地層∠25°～60°。浙桐地1井于2018年9月13日正式開鉆，采用繩索取心工藝，同步開展錄井工作，2018年12月26日順利完鉆，完鉆深度1103.16m，完鉆層位奧陶系印渚埠組。該工程實現鉆探目的，梳理了浙江桐廬地區地層層序。實鉆證明本井目的層儲層含氣性較差，錄井過程中油氣顯示不活躍，目的層綜合解釋含氣層共60m/10層；巖性主要為煤、碳質泥巖，巖芯微小縫發育。為頁巖氣優質儲層的理論推測提供了有力的實物數據支撐和驗證。

一開采用Ф152mm金剛石取心鉆頭鉆進，進尺40.42m。下入40.42mФ146mm套管，固定并封隔水力通道。鉆遇地層為第四系及泥質砂巖。鉆進參數選取鉆壓5kN～10kN、轉速87r/min～147r/min、泵量155.2L/Min～ 238.4L/Min。取心鉆進選取Ф73mm×89mm六方主動鉆桿+Ф114mm繩取鉆桿+Ф140mm鉆具+Ф152mm金剛石繩取鉆頭；擴孔鉆進選取Ф73mm×89mm六方主動鉆桿+Ф114mm繩取鉆桿+Ф140mm鉆具+Ф165mm復合片導向擴孔鉆頭；鉆井液密度1.03g/cm3～1.05g/cm3、粘度25s～35s、失水量8ml/30Min～12ml/30Min、泥皮厚度0.15mm～0.25mm、含砂量0.1%，pH值7.5～8.5。

二開采用Ф100mm口徑繩索取心鉆進，巖芯直徑Ф63mm，鉆至井深144.66m，因井斜超標封孔側鉆。先用Ф130mm剛性鉆具自然側鉆至85.29m，換用Ф127mm繩索取心鉆進至309.95m，再用Ф122mm繩取鉆進至完鉆1103.16m，巖芯直徑80.5mm。鉆遇地層為長塢組、黃泥崗組、硯瓦山組、胡樂組、寧國組、印渚埠組，鉆進規程為8kN～ 25kN，87r/min～212r/min，97L/min～194L/min。主要鉆具選取Φ127mm金剛石繩索取心鉆具及Φ122mm金剛石繩索取心鉆具，根據鉆孔不同深度及地層情況采用不同的泥漿體系，同時，還要有處理鉆孔特殊情況的備用泥漿設計方案、材料及備用泥漿，比如重漿等。

2.鉆井工程質量

井口位置按設計定位、復測，并請第三方復測；全井最大井斜5.5°；全井平均井徑擴大率< 6%，目的層（地層水敏且較軟）井徑擴大率< 10%；開孔直徑Ф152mm，終孔直徑Ф122mm，巖芯平均采取率達98.7%，各項指標均完全滿足設計要求。

下面以巖芯采取率、鉆孔彎曲度及測量間距、簡易水文觀測、孔深測量及校正、原始報表和封孔及巖芯保存等方面對鉆井質量具體說明。

2.1巖芯采取率

巖芯采取率要求：全孔平均采取率≥85%，目的層平均采取率≥90%。浙桐地1井完鉆井深1103.16m，全井連續取心，實際共取出合格巖芯1088.84m，巖芯直徑Ф80mm，巖芯平均采取率達98.7%，巖芯采取率優于設計要求。

2.2鉆孔彎曲度測量

按要求對鉆孔進行了測斜，參數包括傾角及方位角，并形成了正式記錄。設計井斜要求：鉆井頂角變化率最大不超過1°，最大彎曲度2°/30m，終孔頂角不超過8°。本孔每鉆進50m～100m測量一次頂角，頂角>5°時，需同時測量鉆井頂角和方位角，觀測頂角誤差是否每百米不超過±1°，測量原始資料詳細記錄在班報表中，并對結果進行了及時復核、認定簽字。本井鉆遇地層傾角變化較大，鉆孔易斜，但運用固井側鉆技術控制，本井最大井斜5.5°，符合設計要求。

2.3簡易水文觀測g/cm3

機臺人員按照設計要求進行了簡易水文觀測，對提鉆前下鉆后的水位進行了觀測，對回次鉆進過程中的沖洗液消耗量也進行了觀測記錄，填寫在相應的表格中，符合相關技術要求。

2.4井深測量及校正

該井進行了12次孔深測量及校正，井深測量使用經過校正的鋼尺。按要求對孔深進行了及時校正，測量間距1次/100m，孔深誤差率均小于千分之一，符合技術要求，延續原井深，未做更正。校正孔深的原始資料詳細記錄在班報表中，并對結果進行了及時復核、認定簽字。

2.5原始班報表

各班記錄員在現場用比較耐久的字跡材料及時填寫原始報表，詳細真實地記錄各回次進尺、鉆進參數、設備運行情況、泥漿使用及消耗、下套管及固井情況、測斜、校正孔深、水文觀測等各項數據。

2.6封孔情況

該井在整個取心過程中同步進行了巖芯錄井、氣測錄井、鉆井液錄井、目的層取樣解析、熒光錄井等錄井工作。完鉆后進行了孔底清潔、泥漿性能調整以利測井，于12月28日08：00～18：00及時進行了地球物理測井。該孔封孔前已進行了封孔設計，封孔設計見表1。2018年12月29日08：00～12月30日00：35按封井設計要求，使用32.5號普通硅酸鹽水泥進行了全孔段封孔，水灰比采用0.5∶1，共計消耗干水泥18.00t，封孔完畢，撤除鉆臺后設立了井口標志。

2.7巖芯保管

巖芯保管良好，取出巖芯301箱。為解析需要，目的層取樣50+1=51個，樣長0.20m/個～0.25m/個，在巖芯箱內做了空格標記，并有詳細記錄。巖芯裝箱前均按要求進行了清洗，保證了進庫巖芯質量合格。巖芯牌的填寫認真、仔細、清晰、數據真實可靠。巖芯箱均采購于四川德陽，質量優良，符合長期保存巖芯的要求，巖芯箱外按要求標注了箱號及回次進尺。巖芯運輸到南京地調中心指定的巖芯存儲地點，并妥善移交。

綜上所述，鉆孔的資料真實、準確，鉆孔質量六大指標均符合要求。

3.目的層保護及井控質量情況

3.1目的層保護

根據設計要求，要打好和保護好目的層段，防止目的層受到破壞，項目組以保護目的層為己任，牢固樹立全體施工人員保護好目的層的意識，建立健全了保護目的層監督體系，以及采用欠平衡鉆井等技術手段，認真搞好目的層保護工作。

3.1.1在見到目的層段泥（頁）巖層位前和取心過程中，地質、錄井技術人員堅持坐崗觀測，判好層位，做好目的層段錄井工作，取得完整準確的第一手資料；

3.1.2在打開目的層前，保證安全的前提下，鉆井液密度上限為1.07g/cm3，并嚴格控制泥漿中的固相含量，降低目的層污染損害；

3.1.3揭露目的層至完鉆，適當控制泥漿泵的泵壓和排量，鉆井液進出口密度控制在1.03g/cm3～1.05g/cm3之間；每取心鉆進一回次測量泥漿性能一次；

3.1.4目的層段起、下鉆作業平穩操作，防止因壓力激動使目的層造成坍塌、漏失，而損壞目的層；

3.1.5井隊精心組織施工，提高目的層鉆進速度，盡可能縮短鉆井液對目的層的浸泡時間，以減少對目的層的損害。

3.2井控情況

3.2.1井控裝置

當前，沒有現成的巖芯鉆機+繩索取心鉆進配套的井控系統，本工程對SG-23.5鉆塔進行改裝，定制了地質調查井井控安裝平臺，加高一層臺，留出了井口裝置安裝空間。井控裝置采用21MPa雙閘板防噴器+四通+放噴管線形式的井控系統；放噴管線1條，出口離井口50m，下風方向，見圖1。

3.2.2井控教育及培訓

安裝井控裝置之后，進行防噴器、正壓呼吸器、滅火器等井控安全設備使用培訓以及井控應急方案演練3次，組織施工人員專門到皖油地1井施工現場，集中接受了為期一周的井控、硫化氫、HSE培訓，華北油田井控專家鄭愛軍教授親自授課、指導，施工承擔單位的安全部門和單位領導也親自參加了培訓與指導。

4.鉆井技術總結

4.1鉆頭使用情況

浙桐地1井表層采用Φ152mm金剛石取心鉆頭，鉆進至12.42m。二開采用Φ100mm繩索取心鉆頭取心鉆進至144.66m，進尺132.24m，使用2只Φ100mm繩索取心孕鑲金剛石鉆頭。二開Φ100mm口徑鉆進，144.66m以上鉆孔孔斜超標，采用水泥封孔進行側鉆，分別采用Ф130mm普鉆、Ф127mm繩取、Ф122mm繩取鉆進，終孔Ф122mm口徑完鉆。

4.2鉆井液配方及性能

浙桐地1井分段采用了無固相泥漿體系和非分散低固相無熒光鉀基聚合物泥漿體系，保證了地層氣體的自然溢出，對測錄井沒有影響。具體配方如下：

1m3清水+1%～2%的膨潤土+1%～2%的廣譜護壁劑+1%～2%的腐植酸鉀+0.05%～0.01%的聚丙烯酸鉀+0.1%～0.3%LCMC。

復雜地層（比如煤系地層、破碎地層）為了安全鉆進，適當加入0.1%～0.3%的中粘CMC（俗稱纖維素），其他材料的用量也適當增加。目的層取心過程，停止加入破壞泥頁巖地層孔壁的純堿和片堿等分散劑，沒有加影響測、錄井工作的泥漿處理劑。泥漿的性能：蘇式漏斗粘度21s～25s，比重1.03g/cm3～1.05g/cm3，失水量8ml/30min～12ml/30min，pH值7.5～8.5，含砂量小于千分之一，膠體率100%，泥皮厚0.15mm～0.25mm。

4.3鉆井液固相控制及現場維護

深孔鉆探泥漿的用量大，對泥漿性能要求高。泥漿現場管理與維護相對煩瑣，如果管理與維護不力，泥漿性能無法保證，易造成泥漿護壁成本增加和孔內事故。現場泥漿管理與維護主要做到了以下幾點：

4.3.1配專人管理維護泥漿性能，做到“三勤”（勤觀察、勤測試、勤調整）并建立泥漿技術檔案；

4.3.2配齊常規泥漿測試儀器，建立現場簡易泥漿試驗室；

4.3.3強化泥漿的固相控制，利用地表固控系統及時清除泥漿固相顆粒，并定期清理沉淀池池底的沉渣；

4.3.4考慮到處理劑之間的質量及性能差異，配制新漿時以實際泥漿性能符合要求為準，不拘泥于理論配方的用量；

4.3.5在轉換泥漿體系或換漿時，先做小樣試驗，再確定實際加量；

4.3.6在攪拌新漿或加入處理劑調漿時，充分攪拌后再排入泥漿池內循環；

4.3.7鉆孔替漿要從上至下逐步替換，以免造成孔壁失穩事故；

4.3.8禁止用清水直接向孔內替漿和稀釋泥漿，以免破壞泥漿體系性能而造成孔內事故；

4.3.9泥漿池、沉淀池上設有遮雨設施，避免雨水流入破壞泥漿性能；

4.3.10現場泥漿材料及堵漏材料均標注了名稱，分類堆放，并有防濕措施。

參考文獻：

[1]朱恒銀.深部巖芯鉆探技術與管理（M）.北京：地質出版社； 2014.

[2]蔣希文.鉆井事故與復雜問題（第二版）[M].北京：石油工業出版社， 2006.