實例淺談武岡中揚子地區(qū)頁巖氣勘探施工管理

黎攀軍 王暢

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊 湖南衡陽 421001）

實例淺談武岡中揚子地區(qū)頁巖氣勘探施工管理

黎攀軍 王暢

（湖南省有色地質(zhì)勘查局二一七隊 湖南衡陽 421001）

隨著時代的發(fā)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(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點，大部分產(chǎn)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(wěn)定的速率產(chǎn)氣。但是頁巖氣的開采相對而言也較為困難，本文結(jié)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(qū)；頁巖氣；勘探；施工管理

1 我國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

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

頁巖氣是指賦存于富有有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中，以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的非常規(guī)天然氣，成分以甲烷為主，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(chǎn)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(wěn)定的速率產(chǎn)氣，具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)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(chǎn)豐富，擁有品種多樣，儲量巨大的優(yōu)越條件，但在能源方面，還是以煤炭，石油，常規(guī)天然氣為主。隨著中國發(fā)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(yīng)了我國可持續(xù)發(fā)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(fā)、利用以及發(fā)展。

從國內(nèi)已經(jīng)施工的頁巖氣井的生產(chǎn)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(fā)工藝和技術(shù)與國外不盡相同現(xiàn)狀，應(yīng)加強頁巖氣的基礎(chǔ)研究，引進消化吸收國外先進頁巖氣完井工具及壓裂技術(shù)，進行現(xiàn)有壓裂技術(shù)適應(yīng)性評價和優(yōu)化及水平井分段壓裂改造技術(shù)先導(dǎo)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(shù)具有重要意義。

2 武岡區(qū)域簡介及其工程地質(zhì)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(zhèn)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(jīng)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(qū)向云貴高原隆起的過渡地帶。地形三面環(huán)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(qū)地貌以山地、丘陵為主，山、丘、崗、平、水俱全。地貌成因分構(gòu)造、侵蝕（溶蝕）和堆積地貌等。

武岡境內(nèi)山脈連綿起伏，溪河交錯。境內(nèi)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(qū)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(zhì)灰?guī)r為主；180～230m，上段為灰黑色頁巖、碳質(zhì)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(zhì)頁巖、粉砂巖、碳質(zhì)頁巖夾長石石英砂巖。350～490m，為含錳硅質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、夾灰?guī)r透鏡體；490～560m，深灰色灰?guī)r為主，含燧石結(jié)合；560～860m，淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r；860～1190m，灰白色白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r；1190～1390m，泥質(zhì)灰?guī)r為主，局部夾白云質(zhì)灰?guī)r；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(zhì)頁巖、石英砂巖夾1～2層可采煤；1470～1500m，灰黑色中厚層狀灰?guī)r為主，夾薄層泥灰?guī)r。

巖層可鉆性一般在1～6級；部分為錳硅質(zhì)頁巖，含燧石結(jié)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(shè)備以及場地的選址

依據(jù)鉆孔設(shè)計孔深以及中孔口徑，結(jié)合煤田第五隊現(xiàn)有的設(shè)備，選用以下主要設(shè)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(xiàn)場配備200kW發(fā)電機組；JSJ-1000型繩索取芯絞車等。

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

圖1 井身結(jié)構(gòu)設(shè)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?guī)r，在采取φ110mm鉆頭進行擴孔，下入φ108mm的技術(shù)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(chǎn)管理

在頁巖氣勘探施工期間一定要重視安全生產(chǎn)，安全生產(chǎn)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(qū)別，一方面嚴格執(zhí)行安全生產(chǎn)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(xiàn)場測量硫化氫儀器、有氧呼吸器、風(fēng)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(chǎn)的法規(guī)培訓(xùn)。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(yè)務(wù)和技能管理

對于現(xiàn)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(guī)律。通過實際操作，結(jié)合所學(xué)的理論知識；以及老工人師傅的指導(dǎo)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(zhì)條件不清楚，在施工中嚴格按照設(shè)計要求，在施工零班時，如過泥漿調(diào)的有點淡，在提鉆取芯的時候易出現(xiàn)糊鉆現(xiàn)象，對此施工管理人員需要高度重視，應(yīng)當及時向泥漿池里多加泥粉，以調(diào)高泥漿濃度，在調(diào)好的泥漿的同時盡量將孔內(nèi)的鉆渣排除來。避免在開鉆的時候出現(xiàn)孔內(nèi)事故。

換徑φ96mm在鉆至230m未發(fā)現(xiàn)完整灰?guī)r地層，經(jīng)過項目部的討論和結(jié)合現(xiàn)場巖心性質(zhì)，考慮到第二層套管作為技術(shù)套來施工，無法達到技術(shù)要求，繼續(xù)往下鉆進，當施工到最終孔深744.7m還是在碳質(zhì)泥頁巖，與當初設(shè)計差很遠，打亂了整個施工進度計劃，這當中主要是炭質(zhì)頁泥巖為主，幾乎灌注了整個施工鉆孔，沒有第二層技術(shù)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(xiàn)掉塊和鉆內(nèi)出現(xiàn)打的塌方，在這種地層，要采用快速打法，時間越久，孔內(nèi)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(nèi)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(wěn)定地層壓力，鉆孔在99m、292m、395m、406m、525m、610m、620m、650m等都出現(xiàn)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(zhì)泥頁巖中運用，只能護壁200～300m，盡量采取技術(shù)套管將碳質(zhì)泥頁巖隔開。在炭質(zhì)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?qū)U加下去可能就開不了泵。

5 施工難點總結(jié)

（1）頁巖氣勘察施工生產(chǎn)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(shè)計，但同時也要對設(shè)計進行質(zhì)疑。從現(xiàn)場取出來巖石性質(zhì)，在230m左右沒未見到灰?guī)r，一直鉆至744.7m還是泥質(zhì)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(jīng)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(jié)語

通過對于頁巖氣勘察施工過程的施工管理總結(jié)，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(guān)的從業(yè)人員在進行相關(guān)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(zhì)鉆探工作。