南方地区页岩气基础地质调查黔绥地1井钻井工艺及完井地质

2018-03-19吴纪修王志刚辛云路周东东

钻探工程 2018年2期

吴纪修，王志刚，辛云路，李宽，周东东

(1.中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊 065000； 2.中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100029； 3.贵州省地质矿产勘查开发局一一五地质大队，贵州贵阳 550000)

0 引言

页岩气主要以吸附和游离状态赋存于泥页岩中，吸附气存在于有机质和粘土矿物表面，游离气存在于孔隙和裂隙中[1]。页岩气作为一种典型的自生自储非常规天然气[2-4]，因其分布范围广，已成为油气勘探的重要领域。随着美国页岩气勘探开发的成功，我国南方海相页岩气勘探有了实质性的进展，如四川威远与长宁等地区相继发现页岩气田，并形成了“沉积是基础、保存是关键”、“二元富集”等志留系龙马溪组页岩气富集规律理论认识[5-10]。黔北地区是我国上扬子地区海相页岩气资源调查评价的重点先导试验区之一，该区下古生界泥页岩有机质含量高，有机质类型主要为Ⅰ型，成熟度普遍高(为高—过成熟)，且富有机质泥页岩厚度较大，具备页岩气藏形成的地质条件，页岩气资源潜力巨大[11-17]。2016年，中国地质调查局油气资源调查中心部署在黔北安场向斜的安页1井获得了二叠系栖霞组油气、志留系石牛栏组致密气、五峰组-龙马溪组页岩气和奥陶系宝塔组天然气的“四层楼”式油气重大突破。为此，拟通过黔绥地1井岩心地质编录、气测录井、目的层有机地化、现场浸水试验等资料，进一步分析总结黔北绥阳地区地层结构和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气含气性特征，为该区页岩气的进一步勘探开发提供地质依据。

1 区域地质背景

黔绥地1井位于贵州省遵义市绥阳县太白镇，构造位置属于桴焉-宽阔向斜带太白向斜(见图1)。桴焉-宽阔向斜带位于桴焉-宽阔一带，东西两侧受逆冲断裂带夹持，遵义断裂带与正安断裂带在向斜南部交汇，夹角约30°，受此影响，向斜总体由南西紧闭向北东撒开，轴迹清晰微呈S形弯曲。轴向北北东20°～30°，延伸长度约45 km，核部出露二叠系-三叠系地层，翼部为志留系-奥陶系地层。太白向斜位于宽阔向斜北东侧，轴向为北东南西向(图2)。剖面显示，该向斜整体较宽缓。核部发育三叠系地层，向翼部依次发育二叠系、志留系、奥陶系地层。向斜西翼产状较陡，地层倾角一般在60°～75°，发育小型褶皱，构造较复杂；东翼产状平缓，地层倾角一般为5°～25°。平面上，太白向斜位于遵义断裂与正安断裂之间(见图1 C-C′)。西侧的遵义断裂对向斜西翼改造作用较强，导致西翼出露地层较局限；东侧的正安断裂距向斜较远，对向斜的控制作用较弱，使得东翼整体较宽缓，地层出露宽阔。

注：据中国地质调查局油气资源调查中心黔绥地1井地质设计

图1桴焉-宽阔向斜构造地质简图

注：据中国地质调查局油气资源调查中心黔绥地1井地质设计

2 井身结构及取心工艺

井身结构设计主要是确定不同直径钻进深度和下套管的规格和深度，既要满足工程要求又要满足地质要求，依据页岩气地质调查井的气测异常判断和现场解析快速出心的要求，岩心终孔直径≮95 mm，并且需要采取技术成熟、钻进效率高，快速取心、出心的绳索取心工艺以达到对页岩含气层的准确判断和减小现场损失气量的目的。黔绥地1井实钻井身结构与钻遇地层说明见表1。

表1 钻井井身结构与钻遇地层说明

3 护壁堵漏措施

由于黔绥地1井位于南方岩溶发育区，全井漏失共计7段。其中，溶蚀性全孔漏失3段，裂缝性漏失6段。分别为溶蚀性漏失：242.6～289.3、319.6～358.6 m二叠系栖霞组泥晶灰岩、373.6～392.0 m二叠系梁山组粘土岩；裂缝性漏失：289.3～296.6、358.6～368.6 m二叠系栖霞组泥晶灰岩、368.6～372.6 m二叠系梁山组粘土岩、392.0～398.6 m二叠系梁山组粘土岩。由此可见该井全孔漏失段集中在二叠系栖霞组，裂缝性漏失主要集中在二叠系梁山组，全井漏失层段均为二叠系地层。为保障页岩气钻井气测资料实时采集、气测异常及时发现，黔绥地1井在二叠系地层茅口组、栖霞组、梁山组主要采取堵漏措施。裂缝性漏失堵漏泥浆配方为：1 m3清水+3%膨润土+1%高粘防塌剂+5%单向压力封闭剂+3%堵漏剂，密度控制在1.01～1.03 g/cm3、漏斗粘度26～35 s，堵漏后泥浆上返率达到30%。

全井井壁坍塌井段共计4段，分别为1072.9～1079.6 m志留系石牛栏组粉砂质粘土岩、1086.9～1100.8 m志留系石牛栏组粉砂岩、1125.6～1131.5 m志留系石牛栏组钙质粘土岩、1132.3～1141.10 m志留系龙马溪组—奥陶系五峰组炭质粘土岩(页岩)，由此可见该井井壁坍塌段主要集中在接近目的层的石牛栏组钙质粘土岩和目的层炭质粘土岩(页岩)。因此，为保障井壁坍塌破碎地层的岩心采取率，以配合近目的层段和目的层段现场解析、浸水试验、有机地化等页岩气含气性参数的获取，主要采取护壁措施。具体配方为：1 m3清水+3%膨润土+0.5%广谱护壁剂Ⅲ型+0.1%高粘防塌剂+4%磺化褐煤树脂+0.3%氯化钾，密度控制在1.01～1.02 g/cm3，漏斗粘度22～32 s。

4 井身质量控制

页岩气基础地质调查井井型以直井为主，以落实地层层序、验证物探地层界面、获取目的层页岩气特征参数为主要目的，并且大多钻遇地层较软，因此钻井防斜尤为重要。黔绥地1井实钻工程参数为：井深0～1368.18 m，井斜角≤4.3°，全角变化率0.46%，终孔直径95 mm，岩心直径68 mm，井底水平位移≤26 m，全井岩心采取率均大于99.5%。本井各项参数均达到设计井身质量要求。

钻井防斜主要技术措施：

(1)钻塔、底座、钻机安装底盘牢固、水平、周正。为防止地下沉降，钻塔四角打水泥墩。钻机在滑轨上不得松晃。钻塔、立轴、井口必须三点一线。

(2)严格按设计钻具组合配备钻具，并选用钢性好、不弯曲、不偏磨的钻具。

(3)开孔时，选用较小的钻压，利用钻具的自重防斜。

(4)选择适宜的钻头和合理的钻进参数，钻压不宜过大。以保证井壁规整、光滑。

(5)每100 m测一次井斜，发现井斜时，及时纠偏。

(6)提下钻具轻提轻放，不得碰撞。下钻遇阻时，不得猛蹾强扭钻具，以防钻具弯曲造成井斜。

(7)岩心堵塞无进尺时，立即打捞内管，不得强行加压钻进，以防井斜。

5 钻遇地层描述

黔绥地1井终孔深度1368.18 m，开孔层位二叠系茅口组，依次钻遇栖霞组、梁山组、韩家店组、石牛栏组、新滩组、龙马溪组、五峰组、观音桥组、十字铺组、湄潭组，终孔层位奥陶系湄潭组，地层层序正常(见表2)。

二叠系茅口组(P2m)：0～276.80 m，视厚度272.80m。浅灰色—灰色—深灰色中厚层状泥晶灰岩。三段浅灰色中厚层状泥晶灰岩，局部发育溶蚀裂隙，裂隙与岩石斜交，少部分与岩石垂直，充填物为泥质，偶见方解石石脉，发育缝合线构造，缝合线充填泥铁质。二段灰色中厚层状泥晶灰岩与深黑色薄层状炭质粘土岩韵律互层，泥晶灰岩段多发育裂隙，与岩心高角度相交，发育大量方解石石脉，脉宽多数1～5 mm，最大20 mm，局部溶蚀后形成方解石晶簇。岩心局部见深黑色结核状杂基。炭质粘土岩段断面多见揉皱镜面，污手。一段浅灰色—灰色中厚层状泥晶灰岩，发育溶蚀裂隙，裂隙充填泥质，发育方解石石脉，脉宽1～6 mm。

表2 黔绥地1井钻遇地层综述

注：(1)“▼”代表未钻穿；“…”断层；“﹍”假整合；(2)地层分组及岩性定名均为野外结论。

二叠系栖霞组(P2q)：276.80～365.05 m，视厚度88.97 m。上部深灰色中—厚层状泥晶灰岩，层间夹有黑色炭质粘土岩薄皮，发育方解石石脉，脉宽1～20 mm，最大60 mm，局部见方解石晶簇，炭质粘土岩断面光滑，见揉皱镜面，污手。下部中厚层状泥晶灰岩与黑色炭质粘土岩韵律互层，局部钙质富集后形成泥灰岩。

梁山组(P1-2d)：365.05～370.15 m，视厚度5.10 m。365.05～366.50 m灰黑色薄层状炭质粘土岩，下部0.20 m为黑色粉煤。366.50～370.15 m灰白色薄、中厚层状铝土质粘土岩，底部岩层中分布有星点结核状黄铁矿。

韩家店组(S1h)：370.15～731.04 m，视厚度360.89 m。三段浅灰绿色薄层状泥质粉砂岩夹薄层状生物屑亮晶灰岩，生物屑多为介壳类，见大量腕足类生物化石。二段紫红色薄层状粉砂质粘土岩与灰绿色薄层状粉砂质粘土岩韵律互层，间夹薄层状生物屑亮晶灰岩，呈透镜状。一段浅灰绿色薄层状粉砂质粘土岩。

石牛栏组(S1sh)：731.04～976.73 m，视厚度245.69 m。三段灰色薄—中厚层状钙质粘土岩，岩石中见深灰色泥质条带737.74～737.82 m为浅灰绿色薄层状粘土岩，吸水性及可塑性好。二段深灰色薄—中厚层状泥质泥晶灰岩，夹大量顺层展布的灰黑色薄层状泥质条带，从上往下泥质含量增加，局部发育顺层展布的方解石石脉。一段灰黑色薄层状泥灰岩，夹大量薄层状泥质条带，局部夹灰色中厚层状泥质泥晶灰岩。

新滩组(S1x)：976.73～1131.83 m，视厚度155.10 m，二段深灰色薄层状钙质粉砂岩，节理较发育，与岩石高角度相交，充填少量方解石薄膜。偶见方解石石脉发育，脉宽0.5～5 mm，见大量笔石类化石。一段深灰色薄层状钙质粉砂岩，局部夹灰白—灰绿色薄层状泥岩。岩石节理较发育，节理面充填方解石薄膜。

龙马溪组—五峰组(S1l-O3w)：1131.83～1141.10 m，视厚度9.27 m。上部深灰、灰黑色薄层状炭质泥(页)岩。岩石含少量粉砂质成分，局部夹褐色、灰黄色薄层状粉砂岩。黑色泥(页)岩质地比较硬。岩石中含大量笔石，其分布无序，大小不一。下部黑色薄层状炭质泥(页)岩，含少量方解石细脉，其分布无规律。岩层破碎。

宝塔组(O2-3b)：1141.10～1193.67 m，视厚度52.57 m。灰色厚层状泥晶灰岩，龟裂纹灰岩。岩石面上龟裂纹构造特别发育，其成分为泥质、钙质。岩石局部发育方解石石脉，脉宽1～20 mm，最大40 mm。岩石中见生物化石，为角石类。

十字铺组(O2s)：1193.67～1311.66 m，视厚度117.99 m。灰黑色薄层状粘土质细砂岩、钙质细—中粒砂岩、粘土质粉砂岩与灰色中厚层状泥晶生物屑灰岩韵律互层。生物屑呈介壳状，杂乱分布。局部砂岩中见水平层理发育，其粒度向下变细。灰岩层面见微波状起伏。

湄潭组(O1-2m)：1311.66～1368.18 m，未钻穿。深灰色、灰绿色薄层状粉砂质粘土岩夹灰色薄—中厚层状泥晶生物屑灰岩，生物屑为介壳状。粉砂岩中见水平层理发育。灰岩偶发育方解石石脉。岩石局部节理发育，节理面光滑。

6 含气性特征

依据现场气测录井解释，共发现气测异常14层，累计267.10 m，微含气11层累计174.83 m，含气层92.27 m。其中含气层为98～173 m二叠系茅口组泥晶灰岩、1095～1101 m志留系新滩组泥质粉砂岩、1131.83～1141.10 m炭质页岩。1095～1101、1131.83～1141.10 m含气性较好，现场气测值甲烷分别为1.152%～5.207%、0.831%～3.893%，甲烷含量较高。

图3 1095～1101 m气测甲烷峰值

图4 1131.83～1141.10 m气测甲烷峰值

7 有机地化特征

黔绥地1井有机质丰度较好段集中在1131.12～1141.10 m下志留统龙马溪组—上奥陶统五峰组，总有机碳(TOC)分布在0.455%～3.165%之间，大部分TOC样品满足最低下限值，TOC大于1%的样品占比约为71%，TOC大于2%的样品占比约为24%，TOC大于3%的样品占比约为5.8%，有机质类型均为Ⅱ型，烃源岩分级较好。

8 裂缝发育特征

根据岩心观察，黔绥地1井1131.12～1141.10 m下志留统龙马溪组—上奥陶统五峰组裂隙较发育，主要表现为横裂缝、纵裂缝，裂缝宽度2～8 mm(参见图5)，被白云石、方解石充填。岩心出筒下部部分岩心破碎严重，上部部分岩心较完整，发育微裂隙和裂隙，现场岩心浸水试验有米粒状气泡持续冒出(见图6)。