河北省御道口油页岩矿区施工经验总结

于志坚，耿 印，于保国，布 凡，丁国东，刘 存，王 越

（河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，河北承德067000）

河北省御道口油页岩矿区施工经验总结

于志坚*，耿 印，于保国，布 凡，丁国东，刘 存，王 越

（河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，河北承德067000）

油页岩地层复杂，地质钻探施工难度较大，孔壁不稳定，坍塌、缩径、漏失、掉块事故时有发生。根据油页岩多年施工经验进行总结，对油页岩地层钻井液的配制、使用及漏失防治进行总结，以供大家参考。

油页岩地层；复杂地层；坍塌；缩径；漏失防治；钻井液配制使用

1 概述

油页岩又称“油母页岩”，属非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源。

世界上油页岩资源较多，但探明的不多，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯和中国。我国查明的油页岩资源储量311.7×108t（地质部1980年发布表内储量），河北省查明油页岩资源储量1.14×108t，占全国第10位，产地6处，其中承德市5处，查明油页岩资源储量1.08×108t，可见承德油页岩资源量位于河北省内第一。

2 地质四队对油页岩的勘查概况

我单位地处承德市，对油页岩的勘查占有得天独厚的地理优势。单位1958年成立，针对油页岩这一新能源矿种从未停止过勘查脚步，仅油页岩钻探施工工作量达到近2×104m。特别是自2006年国务院下达《关于加强地质工作的决定》以来，国家加大了地质投入，作为新能源的油页岩勘查引起了国家重视。2012年承德围场御道口油页岩施工8个钻孔总工作量7584.72m最深油页岩钻孔施工孔深1578.10m。

在油页岩地层中多年的钻探施工中，我单位积累丰富的施工经验，尤其是油页岩深孔小口径岩芯钻探的施工。下面以御道口矿区情况实例总结如下，以供大家借鉴。

3 御道口油页岩地层

御道口矿区位于华北地台北缘与内蒙大兴安岭褶皱系衔接部位的褶皱系单元中，属多伦复背斜(Ⅲ)的棋盘山中凹陷(Ⅳ)构造单元中。区域上出露的地层主要有少量的二叠系、广泛发育的侏罗系、白垩系和第三系玄武岩及第四系覆盖层。

二叠系地层主要为二叠系下统，岩性为灰绿、灰白色砂岩、紫红色砂砾岩、灰紫色粉砂质泥岩和黑色页岩，厚度300m左右。

侏罗系以晚期张家口组地层为主。地层以中酸性火山岩和火山碎屑岩为主，还有少量沉积的砂岩、粉砂岩、砾岩等，产有珍珠岩矿和沸石矿。厚度200～600m。

白垩系大北沟组,由褐红色安山岩和火山碎屑岩组成。厚度260～800m。

第三系地层为汉诺坝组玄武岩，共五期喷发，近水平产出，覆盖于白垩系和侏罗系地层之上。一般厚度50～700m。

第四系近代堆积多沿沟谷及山地缓坡发育，该区域风成含砂黄土层发育，沿河谷局部有风成砂。

在侏罗纪末白垩纪初，受燕山运动影响，侏罗纪部分盆地升起消失，部分继承性发展成为白垩纪盆地。在白垩纪末期地壳升起，盆地抬升，在盆地边缘生成北东向和北西向的断裂。

4 矿区钻探施工难点

御道口油页岩矿区页岩盆地为断陷盆地，主要岩石包括油页岩、安山岩、玄武岩、砾岩、含砾砂岩、粉砂岩和粘土岩等。本矿区易漏地层主要是由于玄武岩和安山岩内部有杏仁状气孔结构，而且在岩层交界处有不同程度的裂隙和碎裂，导致御道口矿区钻孔普遍存在漏水情况。在玄武岩下部有一个古风化带容易漏失。油页岩夹杂页岩、粘土岩的地层都相对稳定。本矿区的沉积岩地层不漏水，但是在沉积地层中容易出现坍塌掉块，需要做好钻井液护壁工作。

所以在油页岩地区钻探施工地层属于复杂地层，最大的难题是：（1）孔内孔壁失稳，坍塌、掉块、缩径等现象时有发生；（2）孔内漏失水严重，頂漏钻进事故风险增大。这就需要正确合理选择使用泥浆，丰富的施工经验，确保钻探满足地质施工目的。

5 主要解决方案

5.1 通过御道口矿区页岩地层漏失及孔壁失稳机理研究，确定主要解决方案为配制使用抑制性泥浆

油页岩地层钻井液配制抑制性泥浆的机理：

（1）选优质土。由于水化效果好，粘土颗粒吸附了较厚的水化膜，泥浆体系中的自由水量大大减少，所以优质土泥浆的失水量远低于劣质土的。

（2）采取“粗分散”方法。使粘土颗粒适度絮凝，而非高度分散，从而使井壁岩土的分散性减弱，保持一定的稳定性。

（3）添加降失水剂。通过增加水化膜厚度，增大渗透阻力、孔壁网架隔膜作用，可使失水量明显减少。

（4）提高基液粘度。泥浆中的“自由水”实际上是滤向地层的基液，其粘度愈高，向地层中渗滤的速率就愈低。

（5）调整泥浆比重。平衡地层压力孔内液体压力与地层中流体的压力差是泥浆失水的动力，尽可能减少压力差，维持平衡钻进是减少钻井液漏失的有效措施。

（6）利用特殊离子对地层的“钝化”作用。一些特殊离子的嵌合作用可以加强粘土颗粒之间的结合力，从而使孔壁稳定性提高。

（7）利用大分子链网在孔壁上的隔膜作用。泥浆中的大分子物质相互桥接，滤余后附着在孔壁上形成阻碍自由水继续向地层渗漏的隔膜。

（8）利用微颗粒的堵塞作用。在泥浆中添加与地层空隙尺寸相配伍的微小颗粒，堵塞渗漏通道，降低漏失量。

（9）活度平衡。使钻井液化学性质与地层化学性质相近，减少相互之间的物质扩散交换程度。

通过实验室研究、矿区实践验证最终我们确定了选择13403号进行野外钻探施工。实验室13403号的配方如下：加土量4%，加碱6%（粘土加量）处理后，加入CMC 0.1%、PHP0.15%、KHA4.0%，现场钻井液的主要性能：漏斗粘度19～21，比重1.02～1.04，失水量7～9mL/30min。施工中钻遇的破碎带、坍塌、掉块、遇水膨胀，剥落岩层10余层都起到了很好的抑制作用，取得较好的施工效果。

实践证明该钻井液适合于御道口油页岩地层的钻探施工。

5.2 加强钻井液的现场使用方法管理

每个回次必须专人负责钻井液的清理工作，用铁锹和笊篱捞取沉淀槽、沉淀坑及沉淀池中的泥沙。严格控制浆液中的有害固相，正常钻进时一班清理岩粉2次，定期换浆。保障钻井液的沉淀效果。

钻井液粘度高时，不能直接加清水稀释，应加入低粘度浆液或稀释剂进行稀释降粘。夏季做好浆液的防雨工作，严禁雨水流入泥浆中，稀释钻井液，改变钻井液的性能。

按照已定的钻井液类型配置泥浆，坚持每班检测孔内循环的浆液粘度、比重、失水量、泥皮厚度及质量、pH值，及时了解浆液变化情况，并记录于现场浆液记录表中。发现浆液性能参数明显超出或低于设计要求，应及时用泥浆处理剂现场进行调整。

试验矿区生产中对钻井液补充。钻进生产过程中，由于孔深不断加大，钻进的不断进行，地层会不断的变化，钻井液也在不断地消耗，为了保持正常钻进，就必须不断及时地对钻井液量进行补充。当地层变化不大时，一般每个班次要向水源箱内补充一定量同样性能的钻井液。钻井液技术性能不产生大变化时不予调整，但每班要对钻井液的主要性能进行测试。如地层变化较大，特别是钻遇水敏地层时，除每班补充性能相同的冲洗液外，每班还要加大监测频率，发现钻井液性能不能满足钻进需要时及时调整性能。一般情况下就是降低钻井液的失水量，提高防坍塌性能。调整后的钻井液性能一直要保持到钻孔终孔。

5.3 加强施工组织管理的必要

油页岩矿区钻探施工地层属于复杂地层，管理非常重要，好的效益是管出来的。

必须高度重视施工组织管理，配备了强有力的领导班子和技术力量，成立了专门管理机构，科学组织施工。健全组织，制定科学严谨的操作规程，规章制度。制度执行时必须严格执行，不能流于形式，不能讲人情，做到公平合理。

钻探施工中必须狠抓职工思想教育工作，统一职工思想，树立大局意识。让每一位职工都能认识到钻探施工的意义和重要性。让职工的思想全部凝聚到生产上来，心往一处想、劲往一处使。这样可以提高职工的操作责任心，减少或避免发生孔内事故。

6 2012年至2013年御道口油页岩矿区的施工情况

2012年御道口矿区总工作量7584.72m，平均孔深948.09m。使用主要设备：

钻机：XY-4型、XY-44型、XY-5型、XY-6B型

泥浆泵:BW-250型、BW-320型；

钻塔：XG-17m、XG-23型四角管塔。

使用的钻探工艺方法为金刚石绳索取芯钻进，钻孔口径为Ø75mm。

7 施工工艺及施工过程中所遇到的其他主要问题

表1 钻机施工情况一览表

以钻孔ZK003号孔为例说明，钻孔结构见图1，采用四开井身结构，一开井径Ø150mm，下入Ø146mm套管；二开井径Ø127mm，下入Ø108mm套管；三开井径Ø95mm，下入Ø89mm套管；四开井径Ø75mm，终孔孔深为1578.10m。

图1 钻孔结构图

施工过程中除泥浆使用外，所遇到的其他主要问题就是漏失严重。当钻进至1053.60m时出现严重漏失，孔口返浆量时断时续几乎为零。頂漏钻进11m后，考虑到钻孔较深，顶漏钻进时间过长十分危险，采取水泥灌孔封堵方法进行处理，经过2次灌注取得较好效果。

水泥浆现场灌注过程中注意事项：

（1）要坚持在封孔段内上下冲孔，慢速回转钻具，以清洗掉孔壁的泥皮，保持孔壁清洁，保证水泥与孔壁更好地胶结凝固。

（2）灌浆前要仔细检查有关灌浆设备的完好性，确保灌浆过程中顺畅不发生故障。

（3）灌浆时由机长现场统一指挥，人员分工明确，各有职责，相互配合，协作工作。争取整个过程一气完成不停顿。

（4）严格按规定的水灰比来配浆进行搅浆，现场使用自制1m3的泥浆搅拌机拌浆，将拌好的水泥浆经过过滤网过滤后立即灌注，防止大块物堵塞管路。

（5）将水泵水龙头放入装满配置好的泥浆箱内立即启动泥浆泵送水泥浆。刚开泵时先打开水泵回水阀门，将吸水管及泵中的清水排出，待喷出水泥浆后再关闭回水阀将水泥浆送到待灌孔段。待泵吸水泥浆过程完后，立即将水龙头放入准备好的替浆水桶中，开泵替浆。

（6）替浆完成后，提升钻具速度要慢，过快则易发生抽吸作用而使整个灌注工作失败。待提离注浆液面50m后才能加快提钻速度，操作要稳，杜绝跑钻事故发生。

（7）从水泥浆池内取少量浆液装入水瓶内留作样品，验证孔内水泥凝固情况。水泥不能完全凝固时扫孔起不到护壁堵漏作用，水泥过硬给扫孔增加难度，一方面扫水泥时间较长，另一方面由于水泥过硬很容易扫偏造成孔内事故。

8 矿区钻孔质量分析

岩芯采取率及钻孔弯曲度：

（1）岩芯采取率：8个钻孔岩芯采取率全部在96.8%以上。ZK003孔全孔岩芯采取率为99.4%。

（2）弯曲度及测量：御道口矿区的钻孔均为直孔，采用JTC-1型动调陀螺仪每百米测量一次，倾角角度在允许误差范围之内，终孔位置均不超过勘探线间距1/4。完全满足地质设计要求需要。

8 结论

总之，油页岩地层的勘查施工，地层一般为沉积岩，地层结构相对比较复杂，漏失、坍塌、掉块的孔内事故比较普遍，在施工过程中必须注意泥浆的使用，根据不同的地层选择相应的泥浆，同时要加强技术和组织管理，以确保施工正常顺利实施。地层情况是千变万化的，同一矿区不同钻孔地层变化也是有很大的区别。一定要根据实际情况，具体分析，切不可生搬硬套。

TD83

B

1004-5716(2015)02-0101-04

2014-03-12

2014-03-13

于志坚（1977-），男（满族），河北平泉人，工程师，现从事钻探技术施工与管理工作。