实例浅谈武冈中扬子地区页岩气勘探施工管理

2016-08-16黎攀军王畅

大科技 2016年17期

关键词：武冈灰岩泥浆

黎攀军王畅

（湖南省有色地质勘查局二一七队湖南衡阳 421001）

实例浅谈武冈中扬子地区页岩气勘探施工管理

黎攀军王畅

（湖南省有色地质勘查局二一七队湖南衡阳 421001）

随着时代的发展科技的进步，人类对于能源的需求越来越大，目前运用最为普遍的能源就是石油，而伴随着石油的大量开采与使用人们急需寻找其他的代替能源。天然气作为一种清洁能源在人们的生活中得到了广泛的利用。页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，我国的可采页岩气储量较大。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。但是页岩气的开采相对而言也较为困难，本文结合实例探讨了页岩气勘探施工中的一些问题以及难点。

武冈；中扬子地区；页岩气；勘探；施工管理

1 我国页岩气勘探开发现状

我国与美国在页岩气地质条件上具有许多相似之处，页岩气富集地质条件优越，具有与美国大致相同的页岩气资源前景和开发潜力。页岩气资源已引起油气界广泛而密切的关注，受到党中央、国务院的高度重视。目前我国页岩气资源调查与勘探开发还处于探索起步阶段，更新理念、破解难题、创新模式，大力推进页岩气资源战略调查和勘探开发，已成为我国油气资源领域重要而迫切的战略任务。

页岩气是指赋存于富有有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。页岩气埋藏深度范围大，埋深从200m到深于3000m。大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气，具有开采寿命长和生产周期长的优点。作为天然气家族的一员，页岩气在全球分布广泛，资源量约456万亿m3，相当于煤层气和致密砂岩气的总和。我国地下矿产丰富，拥有品种多样，储量巨大的优越条件，但在能源方面，还是以煤炭，石油，常规天然气为主。随着中国发展越来越国际化，对能源方面的要求也越来越高，绿色能源恰好呼应了我国可持续发展的口号，其中页岩气作为一种清洁、高效的能源，将会成为绿色能源中冉冉升起的一颗新星，因此国家非常重视页岩气的开发、利用以及发展。

从国内已经施工的页岩气井的生产情况来看，我国页岩气藏压裂仅局限于直井，且没有成型的压裂理论与方法，基于我国页岩演化程度较高，含气量偏低，开发工艺和技术与国外不尽相同现状，应加强页岩气的基础研究，引进消化吸收国外先进页岩气完井工具及压裂技术，进行现有压裂技术适应性评价和优化及水平井分段压裂改造技术先导性试验，对降本增效，形成适合我国的页岩气储层改造及其配套技术具有重要意义。

2 武冈区域简介及其工程地质情况与岩石的可钻性

武冈地处资水上游、雪峰山麓，是邵阳市西南五县之间的中心地域，素有黔巫要地和湘西南重镇之称。武冈市东南西北依次与邵阳县、新宁县、城步县、绥宁县、洞口县、隆回县交界。地理坐标为东经110°25′35″～111°01′58″，北纬 26°32′42″～27°02′09″。全市总面积为 1549km2，疆域东西极宽60.8km，南北极长54.43km。

武冈位于雪峰山东南麓与南岭山脉北缘，属湘南丘陵区向云贵高原隆起的过渡地带。地形三面环山、中部低平、北向敞口，大体呈南高北低倾斜地势。地形地貌多样，有独特小气候的山丘岗地平原齐全。

境区地貌以山地、丘陵为主，山、丘、岗、平、水俱全。地貌成因分构造、侵蚀（溶蚀）和堆积地貌等。

武冈境内山脉连绵起伏，溪河交错。境内有天子山、照面山海拔千米以上大的山系五处，有中山56座，面积为131.16km2；中低山81座，面积323.17km2。其中海拔500m以上的山峰428座。

武冈中扬子地区钻孔岩性自上而下为：0～10m，第四系根植土；10～180m，深灰色，中厚层含泥砂岩夹泥质灰岩为主；180～230m，上段为灰黑色页岩、碳质页岩、石英砂岩、粉砂岩夹1～2可采煤层；230～350m，下段为灰绿色砂质页岩、粉砂岩、碳质页岩夹长石石英砂岩。350～490m，为含锰硅质页岩、碳质页岩、夹灰岩透镜体；490～560m，深灰色灰岩为主，含燧石结合；560～860m，浅灰色白云质灰岩夹灰岩；860～1190m，灰白色白云岩夹白云质灰岩；1190～1390m，泥质灰岩为主，局部夹白云质灰岩；1390～1470m，上部为灰色页岩、砂石夹铁矿层、下部为深灰色页岩、碳质页岩、石英砂岩夹1～2层可采煤；1470～1500m，灰黑色中厚层状灰岩为主，夹薄层泥灰岩。

岩层可钻性一般在1～6级；部分为锰硅质页岩，含燧石结合达8～10级，岩石的可钻性级别跨度比较大，通过对岩石的可钻性了解，更好的选择胎体硬度和金刚石的密度。

3 主要钻探设备以及场地的选址

依据钻孔设计孔深以及中孔口径，结合煤田第五队现有的设备，选用以下主要设备：xy-8B型钻机（配98kW的电动机）；SG24钻探四角加重钻塔；NBB360/10系列的泥浆泵；现场配备200kW发电机组；JSJ-1000型绳索取芯绞车等。

场地的选址：由于机器设备比较大、笨重，其中最大立轴（2t），设备在搬运的过程中不方便，一般建在道路旁边。钻孔结构的设计如图1所示。

图1 井身结构设计图

开孔采用φ150mm，隔离上表面第四系覆盖层；在钻至完整的基岩层位，下入φ146mm的套管；变径φ96mm采用绳索取芯，钻至230m以探明下面完整的灰岩，在采取φ110mm钻头进行扩孔，下入φ108mm的技术套管；再度变径φ96mm，直到终孔。

4 页岩气勘探施工管理

4.1 安全生产管理

在页岩气勘探施工期间一定要重视安全生产，安全生产对于工程而言有着极为重要的意义。页岩气钻探施工项目与一般的岩心钻探项目在安全管理上有很大的区别，一方面严格执行安全生产标准化机台，另一方面页岩气里主要含有有毒硫化氢气；在施工之前需要针对硫化氢气体做一些基本的准备工作：首先在开工之前准备适量的硫酸钡加重剂和现场测量硫化氢仪器、有氧呼吸器、风向标，以确保施工安全进行；其次新工人来的第一天加强安全教育和安全生产的法规培训。促使在工作中做到“四不伤害”原则；同时也增强员工安全保护意识。

4.2 业务和技能管理

对于现场机械不够熟悉的施工人员可以通过其对以往的xy－4钻机熟悉和了解，加强对于XY－8B钻机的操作和运行的规律。通过实际操作，结合所学的理论知识；以及老工人师傅的指导帮助，快速掌握钻机基本操作。由于该地层以前从来没有做过钻探项目施工，对以前地质条件不清楚，在施工中严格按照设计要求，在施工零班时，如过泥浆调的有点淡，在提钻取芯的时候易出现糊钻现象，对此施工管理人员需要高度重视，应当及时向泥浆池里多加泥粉，以调高泥浆浓度，在调好的泥浆的同时尽量将孔内的钻渣排除来。避免在开钻的时候出现孔内事故。

换径φ96mm在钻至230m未发现完整灰岩地层，经过项目部的讨论和结合现场岩心性质，考虑到第二层套管作为技术套来施工，无法达到技术要求，继续往下钻进，当施工到最终孔深744.7m还是在碳质泥页岩，与当初设计差很远，打乱了整个施工进度计划，这当中主要是炭质页泥岩为主，几乎灌注了整个施工钻孔，没有第二层技术套管隔离作为支持很难完成最后的终孔尺寸，钻孔就会出现掉块和钻内出现打的塌方，在这种地层，要采用快速打法，时间越久，孔内的井壁性能就越差。在施工的过程中，泥浆的配比：1m3清水+100～150kg钠膨润土+5～6kg植物胶+5～6高效防塌剂+3～4kg低荧光粉+PAM；通过对以上材料在该地地层的运用，从孔内泥浆返出来，做泥浆的粘度测试基本在40s，比重在：1.35，但还是没有稳定地层压力，钻孔在99m、292m、395m、406m、525m、610m、620m、650m等都出现明显的塌方，在525m做了物探井，从它传出来地记录可以明显感觉在406形成一个大肚子，之前在层位来回扫了半个月的时间，才将钻孔井壁护住最终在744.7m无法施工，通过上述泥浆作为护壁剂在碳质泥页岩中运用，只能护壁200～300m，尽量采取技术套管将碳质泥页岩隔开。在炭质泥岩扫孔施工中，不能盲目的加杆，当扫完一个杆的时候，要来回进行串动，看是否这个杆扫通，时时观察水泵的泵压表，往往有时候将杆加下去可能就开不了泵。