新疆頁巖氣調查井準頁2井鉆井施工技術及問題

李 昌，梁 斌，秦首武

(新疆地質礦產勘查開發局第九地質大隊，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆頁巖氣調查井準頁2井，由《新疆準噶爾盆地南緣重點遠景區頁巖氣資源潛力調查評估》項目設計，地處吉木薩爾縣境內，是該項目3口調查井中相對較好的調查井，調查目的旨在為后續的頁巖氣調查、評價，積累數據信息，從而提升選擇目標區的有效性。

1 工程與地層概述

1.1 工程概述

主要調查任務如下：

(1)對準噶爾盆地南緣晚古生界——中生界沉積充填系列進行勘察；

(2)對主要目標層段巖相類型與空間分布特征進行初步確定；

(3)對各類樣品進行系統采集，并對頁巖氣賦存層段、含氣性、諸層特征，和影響頁巖氣富集的主要因素進行初步確定；

(4)主要工程質量要求包括鉆井井斜質量、巖心采取率、巖心采取繩索取心技術、全孔隨鉆氣體檢測。其中，繩索取心技術取心時要求巖心直徑在60 mm以上，并于1 000 m下井深打撈巖心時，將打撈時間控制在20 min以下，到達地面后需在10 min內快速取出并置入氣體解吸罐，要求以現場解吸為準，并通過制作符合氣測錄井要求的水泥方磚砌制機臺，輔助全孔隨鉆氣體檢測等。

1.2 地層概述

該調查井屬于沉積巖地層，各類巖石交替出現現象明顯，主要包括碳質泥巖、泥質粉砂巖、泥巖、粉砂質泥巖、砂質泥巖等。該區域的地層發育相對較好，完善性高，具體發育包括石巖系到新生界。鉆遇地層以二疊系泉子街組、蘆草溝組：

(1)從海平面到750 m范圍存在鈣質與泥質膠結現象，風化嚴重區域以上部為主，因此，巖層的松軟度相對較高，評估后認為可鉆性需要控制在4～5級范圍內；

(2)從750～1 400 m范圍存在硅質膠結現象，因此巖層松軟度相對較低，硬性較高，完整性較好，其可鉆性需控制在6～7級范圍內；

(3)從1 400～1 617 m，巖層以泥質與鈣質及白云質膠結為主，可鉆性控制在5級左右即可達到完整性，但是由于井壁巖層存在發育方面的裂隙，會使鉆井液發生滲漏。

2 鉆井施工技術分析

2.1 施工準備階段

施工準備階段，除基礎準備工作之外，主要以鉆井設備的選擇為主，由于施工單位缺乏主要鉆探設備，因此，需要重新購置，具體包括：

(1)鉆機——HXY-9型立軸式巖心鉆機；

(2)鉆塔——HA-29/90型鉆塔；

(3)泥漿泵——NBB260/7A型泥漿泵；

(4)動力設備——400 kW沃爾沃柴油發電機組(備用電源)。

2.2 施工階段技術分析

2.2.1 井身結構分析

根據對該調查井的地層、主要質量要求分析，由于限制性條件較大，井身結構只以二開井身結構為主，具體而言，在滿足覆蓋層要求的前提下，針對取心段的技術要求，要做到“一徑到底”。將設計結構與實際井身結構相比，實際井身結構本身也是二開結構。

(1)從實際井身結構方面分析，一開采用復合片鉆頭鉆進，規格以φ153 mm為主；在鉆穿覆蓋層方面，以5.19 m為上限；下限采用φ146 mm套管，以5.38 m為準；實際井身結構中需要匹配水泥漿固井。上限與下限的確定可以預留出φ127 mm和108 mm 2級套管位置；覆蓋層無須取心，但是到下部取心段則需要根據復雜的地層環境，選擇φ130 mm口徑，按照施工需要經過擴孔即可進入到φ127 mm套管。

(2)覆蓋層相對較薄，加上二開取心鉆進在鉆壓與鉆速方面相對較低，因此，鉆桿擺動幅度不大，下入多層表層套管也無多大必要性；根據二開需要，在繩索取心中，可以將外徑擴大到φ110 mm，確定金剛石鉆頭為XJS95規格后，可以鉆至最底端1 617.18 m位置。鉆頭外徑擴大后，能夠使井壁與鉆桿間的環狀間隙增加，從而加強鉆井液的循環排粉。在設計方案中，預計井深階段的地層十分復雜，因此在取心井段，提前準備了φ108 mm套管，這樣就能夠使鉆頭規格控制到φ96 mm，進一步完成鉆進工作。

2.2.2 取心鉆具與鉆頭的使用技術分析

(1)在鉆具方面，以XJS95規格、H口徑金剛石鉆具為準；該鉆具是一整套鉆具；巖心直徑可控制為63 mm，在取心段取心的1 611.99 m位置處，對于巖礦心的采取可以達到100 %的效率，其打撈成功率也高于95 %，所以，該鉆具能夠滿足<氣體解吸罐內徑，且在取心方面產生較好的質量保障；

(2)在鉆頭方面，鉆桿規格為φ89 mm、公稱直徑為95 mm；在實際的操作方面，為了有效控制沖洗液攜帶巖粉量并起到護壁作用，調查中擴大了繩索取心金剛石頭鉆頭外徑，具體擴大值以110 mm為準。

2.2.3 鉆進技術參數分析

取心鉆進井段選用的鉆進技術參數控制相對嚴格，具體見表1。

雖然通過對鉆進技術參數進行了有效控制，未在鉆進過程中發生較大的井內問題，證實了其參數設置的合理性，但是從臺用效率為282 m來看，鉆進效率相對不高。

3 問題探討

首先，井身結構相對簡單，對于井壁的維護功能相對較差；因此在1 600 m井深處需要采取多級井身結構，匹配技術套管維護井壁安全；其次，兩開井身結構以優質泥漿為維護材料，風險相對較高，建議如下：

表1 鉆進技術參數

(1)二開階段選擇P口徑代替H口徑鉆具；鉆頭外徑擴大值由原來的110 mm，變為130 mm；鉆進中下套管位置選取750 m左右，套管規格以φ127 mm為準，因此，需要增加三開鉆進到完鉆。若井深過深，比如，針對2 000 m以深的井，地層條件相對復雜，此時，應該對一開口徑進行擴大，并在二開階段選擇S口徑，并增加三開與四開鉆進流程。需要注意的是，口徑擴容、地質勘察、井身結構設計、鉆具鉆頭選擇、氣體解吸罐均屬于一個整體的調查工具，所以，在實際的施工中需要提前做好各方面溝通，并匹配定制相應設備。

(2)鉆機井以HXY-9型巖心鉆機為準，在操作與體積方面均有不便，如操縱距離過遠，操作觀察不便；不利于鉆桿起時的工作人員配合活動，于是增加了安全風險；因此，建議安裝一套包括語音與視頻的監控系統，以此解決該問題；在后續調研中建議以此為鑒，科學選擇鉆機。

(3)調研對象為頁巖氣，需要在各個方面做好消防安全，確保防火措施的有效性與預防性，包括禁止明火、合理架設鍋爐供暖設備等，尤其是在施工季節的選擇與工作安排方面，盡可能根據實際需求，以降低成本的施工要素為必要條件。

4 結 語

以上探討以調查設計方案為準，經驗的成份相對較多，因此，在問題探討時必然存在一些不足之處。結合以上分析可以看出新疆頁巖氣調查井準2井鉆井施工技術相對復雜，其問題也比較細，所以，在做進一步的研究與探討時，除了注重經驗觀察與問題總結，仍然需要加強對整體調查方案的復核，并使實際的調查實踐環節與安全質量標準相對應，提升作業安全與作業效率，進而將各項調查成本控制到較低程度。