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【摘 要】简要介绍了渝黔湘秀山页岩气秀页5井钻探工艺，选择合理的设备和机具，优化钻孔结构，根据地层使用适合的泥浆体系，可为同类页岩气调查井提供借鉴。
【关键词】页岩气；钻探工艺；钻井液；秀页5井
1. 项目背景及概况
（1）“渝黔湘秀山页岩气区块”是2009年国土资源部《全国油气资源战略选区调查与评价国家专项（第二批）——中国重点海相地区页岩气资源潜力及有利区优选》项目的重点研究区，也是2010年国土资源部全国页岩气资源战略调查先导试验区项目的核心部分。
（2）渝黔湘秀山页岩气区块秀页5井钻探施工项目。根据设计要求，需完成1700m岩心钻探任务且终孔直径≥95mm。
2. 矿区概述
2.1 构造特征。
秀山页岩气区块处于扬子台地内的川湘凹陷南部边缘，主要构造线呈北东向展布，向斜倾角平缓，背斜倾角较大，局部受断裂影响，有倒转现象。秀页5井构造位属于蛮子腰向斜东部斜坡，具体表现为岩层产状平缓，倾角一般<15°，多半不超过10°；两翼为奥陶系和寒武系所组成，地层产状南东翼较北西翼缓，南东翼倾角20°～25°，北西翼一般为25°～50°。
2.2 矿区地质概况。
（1）0～16.20m，地层为第四系河床冲积层，以块石、鹅卵石为主。
（2）16.20～473.30m，地层为志留系中统秀山组，以粉砂质泥、页岩为主，局部夹灰白色粉砂岩条带，裂隙节理发育无填充，产团块状黄铁矿。
（3）473.30～902.21m，地层为志留系中统溶溪组，以紫红、灰绿色粉砂质泥、页岩为主，夹粉砂岩，化石稀少，顶部均以紫红色岩层为界。
（4）902.21～1193.31m，地层为志留系下统小河坝组，以灰绿色粉砂质泥、页岩，灰白色石英砂岩及灰白色生物碎屑灰岩为主，在1173.48m处倾角突然变大（60°左右），岩心较破碎，裂面含云母晶体，底部呈现砂包泥现象。
（5）1193.31～1747.63m地层为志留系下统龙马溪组，以黑灰色粉砂质页岩及灰绿色粉砂质页岩为主，中部夹钙质砂岩。
（6）1747.63～1765.11m地层为志留系下统五峰组，以以黑灰色粉砂质页岩为主，其上部为观音桥灰岩。
（7）1765.11～1779.00m地层为志留系下统宝塔组，以龟裂纹灰岩为主，岩心较完整，取芯率较高。
3. 钻孔技术要求
该区域地层比较复杂，钻孔上部地层为志留系中统秀山组，以粉砂质泥、页岩为主，局部夹灰白色粉砂岩条带，易掉块、漏浆、钻具顺层易出现孔斜。钻孔设计1700m，龙马溪组（目的层）岩心采取率≥90%，其余组、段岩心采取率必须达到75%以上。井深<1700m，井斜≤4°；井深>1700m，井斜≤5°。
4. 钻孔结构
采用4级以上的钻孔结构，并在较大口径金刚石绳索取心钻进时，依据钻探设备的施工能力，尽可能地施工至最大孔深。其目的是利用大径金刚石钻具进行很好地控斜。
钻孔结构：150mm-130mm-110mm-95mm；
套管，146mm-127mm-108mm。146mm套管下入孔深10.40m，127mm下入孔深17.50m，108mm下入孔深310m（110mm绳索取心钻进至孔深309.85m），終孔口径95mm。
图1
5. 设备及机具
5.1 钻机。
由于所选工作区以往一般较少或空白类似钻井资料，仅凭地质人员地表调查设计，控制性较差，部分钻井井深偏差较大，可能出现设备能力不足问题。因此，选用长沙探矿厂生产的XY-6B型立轴式液压钻机，钻进能力2500m，此型钻机设计功率99KW，立轴低速扭矩8500N·m，双油缸给进，长给行程600mm，液压卡盘夹持力大，能满足多种口径岩心钻进工艺，有利于提高钻效。
5.2 钻塔。
选用SGZ-23型加厚钻塔，塔高23.5m，销装式整体底盘更具安全性和稳定性。天车有效额定负载800KN。
5.3 泥浆泵。
选用H/BW-320M三缸往复式双作用泥浆泵，配输出功率为56KW潍柴柴油机作为动力。变量及额定压力调节范围较宽，能满足各种钻进泥浆流压参数的需要。
5.4 钻具。
5.4.1 在秀页5井的施工中，采用了110mm绳索取心钻进工艺，在钻孔结构上针对孔内出现异常情况处理留有充分余地。施工实践证明，采用110mm绳索取心钻进工艺具有以下优点：
（1）刚性强起到了钻孔防斜的作用；（2）提高了破碎地层岩心采取率，特别是在58.53～278.13m井段表现出了它的优越性（由于口径大，钻进时钻头不易被堵塞，满贯率高）；（3）劳动强度低且工艺简单，钻进效率高。（4）隔开了上部破碎带，防止了掉块、漏水、卡钻事故的发生。
5.4.2 110mm钻具装配见图1。
6. 钻井液技术
页岩气是蕴藏于页岩层中的天然气，页岩气主体位于暗色泥页岩和高碳泥页岩中，是以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。随着钻井技术的发展，钻井深度逐渐增加，更多的钻遇高温、高压及各种复杂地层，对钻井液性能提出了越来越高的要求，促使钻井液技术不断发展。实践表面，钻井液的性能对于确保钻井的安全，起到十分重要的作用。
钻井液选型。
（1）秀页5井与2014年3月21日一开，本井段钻遇地层为残积层，鹅卵石层，全孔漏失，地层疏松、易垮塌，该地层主要为河床冲积物，以粒径为60～200mm的鹅卵石为主，厚度17.40m，采用300目优质粘土（加纯碱水化，水化时间>24h），火碱，Na-CMC，加清水搅拌成原浆。泥浆性能为：密度1.10～1.15g/cm3，粘度30～35s，失水量12～18mL/30min，泥皮厚度1～2mm，pH值9～10。虽然采用泥浆钻进，但是由于地层为河床冲积砾石、沙土且松散，外加第四系层位较厚，效果不是很明显，最后采取了分段水泥浆灌注方法才顺利穿过第四系河床冲积物。 （2）秀页5井二、三开，本井段地层以灰色泥岩为主，地层中有易坍塌、缩径地层。要求钻井液能满足各种地层的需要，具有良好的护壁性能。泥浆配方： 1m3清水+3%膨润土+0.2%纯碱0.3-0.5%+CMC。性能指标为：比重1.03 g/cm3，粘度19～20s，失水量5～8 mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。
由于本井段钻速快，产生岩屑多，结合工程上进行大排量钻进，保证钻井液对井壁的冲刷作用，尽量防止厚泥饼的形成，做好固相控制。考虑到该地层复杂，泥岩段较多，不稳定，易坍塌，因此，在原有钻井液基础上添加：2%广谱护壁剂（IV）+3%防塌剂，钻井液性能：比重1.05 g/cm3，粘度20～23s，失水量4～7mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。调整后的钻井液有足够携带岩屑的能力，保持低粘切钻进，提高了清洁井眼的效果。在钻进过程中，能很好的保护孔壁。
（3）秀页5井四开，本井段地层以泥页岩为主，此类岩层，泥浆失水量大，易造成钻孔缩径、孔壁软化、坍塌等，应尽量降低泥浆失水量。因此钻井液选择低固相泥浆，泥浆配方：1m3清水+25～30Kg膨润土+0.75～0.84Kg纯碱+0.5KgNa-CMC（中粘）+0.5Kg磺化沥青+0.3KgPHP+0.8KgLG植物胶+0.2～0.3Kg腐植酸钾，比重1.05～1.08g/cm3、漏斗粘度20～25s、失水量8～12mL/min、PH值8～10。钻进时及时测量钻井液性能，根据鉆井液性能变化随时调整钻井液性能，保证了井下安全。同时加强了密切配合，控制好起下钻速度，防止压力“激动”过大，起钻时及时向井内灌满泥浆，确保井壁稳定。
7. 主要技术指标完成情况
7.1 主要技术指标。
秀页5井施工为全孔取心钻进，该孔于2014年3月21日开钻至2014年7月9日终孔，总进尺1779.00m，终孔口径95mm，终孔顶角4.4°，方位角194.40°。全孔岩矿心总长1756.58m，采取率98.74℅。取心总回次647回次，平均回次长度2.74m。开动3.7个台月（2664h），台月效率480.81m，其中纯钻时间976.17h，平均机械钻速1.82m/h，。辅助时间1351.83h，水泥封孔168.00h，中途更换钻塔84.00h，待配件48h，山洪爆发停待36h。时间统计表见图2。
图2
7.2 找气成果。
该孔目的层段（龙马溪组）厚度554.32m（1193.31 ～1747.63m）。目的层共有两段气测异常明显，总烃最大值为24.63%，据现场解析，目的层含气量在0.34m3/t，具有良好的经济效益和社会效益。页岩气现场解析见图3。
图3
8. 结语
（1）秀页5井，严格按照组织设计施工，选择合理的钻孔结构，根据地层选择适合的低固相泥浆，保证施工质量。
（2）采用110mm绳索取心钻进工艺，刚性强起到了钻孔防斜的作用；提高了破碎地层岩心采取率，劳动强度低且工艺简单，钻进效率高。隔开了上部破碎带，防止了掉块、漏水、卡钻事故的发生。
（3）页岩气资源潜力评价选区阶段布设调查井设计井深控制性一般较弱，设备选型时应留够充足余地。
（4）在施工过程中严格执行钻井液设计，合理调整钻井液参数，钻井液具有良好的携砂、悬浮、防塌等性能，是保证钻井施工顺利进行的关键。
参考文献
[1] 王扶志，张志强，宋小军.地质工程钻探工艺与技术[M].湖南长沙：中南大学出版社，2008.
[2] GB/T16591-1997，金刚石绳索取心钻探钻具设备[S].
[3] 满国祥，杨宏伟.国产绳索取心钻杆设计与制造技术分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（2）.
[4] 乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，2002.
[5] 孙丙伦，陈师逊，陶士先：复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程）2008，35（8）.
[文章编号]1619-2737（2014）12-03-895
【关键词】页岩气；钻探工艺；钻井液；秀页5井
1. 项目背景及概况
（1）“渝黔湘秀山页岩气区块”是2009年国土资源部《全国油气资源战略选区调查与评价国家专项（第二批）——中国重点海相地区页岩气资源潜力及有利区优选》项目的重点研究区，也是2010年国土资源部全国页岩气资源战略调查先导试验区项目的核心部分。
（2）渝黔湘秀山页岩气区块秀页5井钻探施工项目。根据设计要求，需完成1700m岩心钻探任务且终孔直径≥95mm。
2. 矿区概述
2.1 构造特征。
秀山页岩气区块处于扬子台地内的川湘凹陷南部边缘，主要构造线呈北东向展布，向斜倾角平缓，背斜倾角较大，局部受断裂影响，有倒转现象。秀页5井构造位属于蛮子腰向斜东部斜坡，具体表现为岩层产状平缓，倾角一般<15°，多半不超过10°；两翼为奥陶系和寒武系所组成，地层产状南东翼较北西翼缓，南东翼倾角20°～25°，北西翼一般为25°～50°。
2.2 矿区地质概况。
（1）0～16.20m，地层为第四系河床冲积层，以块石、鹅卵石为主。
（2）16.20～473.30m，地层为志留系中统秀山组，以粉砂质泥、页岩为主，局部夹灰白色粉砂岩条带，裂隙节理发育无填充，产团块状黄铁矿。
（3）473.30～902.21m，地层为志留系中统溶溪组，以紫红、灰绿色粉砂质泥、页岩为主，夹粉砂岩，化石稀少，顶部均以紫红色岩层为界。
（4）902.21～1193.31m，地层为志留系下统小河坝组，以灰绿色粉砂质泥、页岩，灰白色石英砂岩及灰白色生物碎屑灰岩为主，在1173.48m处倾角突然变大（60°左右），岩心较破碎，裂面含云母晶体，底部呈现砂包泥现象。
（5）1193.31～1747.63m地层为志留系下统龙马溪组，以黑灰色粉砂质页岩及灰绿色粉砂质页岩为主，中部夹钙质砂岩。
（6）1747.63～1765.11m地层为志留系下统五峰组，以以黑灰色粉砂质页岩为主，其上部为观音桥灰岩。
（7）1765.11～1779.00m地层为志留系下统宝塔组，以龟裂纹灰岩为主，岩心较完整，取芯率较高。
3. 钻孔技术要求
该区域地层比较复杂，钻孔上部地层为志留系中统秀山组，以粉砂质泥、页岩为主，局部夹灰白色粉砂岩条带，易掉块、漏浆、钻具顺层易出现孔斜。钻孔设计1700m，龙马溪组（目的层）岩心采取率≥90%，其余组、段岩心采取率必须达到75%以上。井深<1700m，井斜≤4°；井深>1700m，井斜≤5°。
4. 钻孔结构
采用4级以上的钻孔结构，并在较大口径金刚石绳索取心钻进时，依据钻探设备的施工能力，尽可能地施工至最大孔深。其目的是利用大径金刚石钻具进行很好地控斜。
钻孔结构：150mm-130mm-110mm-95mm；
套管，146mm-127mm-108mm。146mm套管下入孔深10.40m，127mm下入孔深17.50m，108mm下入孔深310m（110mm绳索取心钻进至孔深309.85m），終孔口径95mm。
图1
5. 设备及机具
5.1 钻机。
由于所选工作区以往一般较少或空白类似钻井资料，仅凭地质人员地表调查设计，控制性较差，部分钻井井深偏差较大，可能出现设备能力不足问题。因此，选用长沙探矿厂生产的XY-6B型立轴式液压钻机，钻进能力2500m，此型钻机设计功率99KW，立轴低速扭矩8500N·m，双油缸给进，长给行程600mm，液压卡盘夹持力大，能满足多种口径岩心钻进工艺，有利于提高钻效。
5.2 钻塔。
选用SGZ-23型加厚钻塔，塔高23.5m，销装式整体底盘更具安全性和稳定性。天车有效额定负载800KN。
5.3 泥浆泵。
选用H/BW-320M三缸往复式双作用泥浆泵，配输出功率为56KW潍柴柴油机作为动力。变量及额定压力调节范围较宽，能满足各种钻进泥浆流压参数的需要。
5.4 钻具。
5.4.1 在秀页5井的施工中，采用了110mm绳索取心钻进工艺，在钻孔结构上针对孔内出现异常情况处理留有充分余地。施工实践证明，采用110mm绳索取心钻进工艺具有以下优点：
（1）刚性强起到了钻孔防斜的作用；（2）提高了破碎地层岩心采取率，特别是在58.53～278.13m井段表现出了它的优越性（由于口径大，钻进时钻头不易被堵塞，满贯率高）；（3）劳动强度低且工艺简单，钻进效率高。（4）隔开了上部破碎带，防止了掉块、漏水、卡钻事故的发生。
5.4.2 110mm钻具装配见图1。
6. 钻井液技术
页岩气是蕴藏于页岩层中的天然气，页岩气主体位于暗色泥页岩和高碳泥页岩中，是以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气。随着钻井技术的发展，钻井深度逐渐增加，更多的钻遇高温、高压及各种复杂地层，对钻井液性能提出了越来越高的要求，促使钻井液技术不断发展。实践表面，钻井液的性能对于确保钻井的安全，起到十分重要的作用。
钻井液选型。
（1）秀页5井与2014年3月21日一开，本井段钻遇地层为残积层，鹅卵石层，全孔漏失，地层疏松、易垮塌，该地层主要为河床冲积物，以粒径为60～200mm的鹅卵石为主，厚度17.40m，采用300目优质粘土（加纯碱水化，水化时间>24h），火碱，Na-CMC，加清水搅拌成原浆。泥浆性能为：密度1.10～1.15g/cm3，粘度30～35s，失水量12～18mL/30min，泥皮厚度1～2mm，pH值9～10。虽然采用泥浆钻进，但是由于地层为河床冲积砾石、沙土且松散，外加第四系层位较厚，效果不是很明显，最后采取了分段水泥浆灌注方法才顺利穿过第四系河床冲积物。 （2）秀页5井二、三开，本井段地层以灰色泥岩为主，地层中有易坍塌、缩径地层。要求钻井液能满足各种地层的需要，具有良好的护壁性能。泥浆配方： 1m3清水+3%膨润土+0.2%纯碱0.3-0.5%+CMC。性能指标为：比重1.03 g/cm3，粘度19～20s，失水量5～8 mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。
由于本井段钻速快，产生岩屑多，结合工程上进行大排量钻进，保证钻井液对井壁的冲刷作用，尽量防止厚泥饼的形成，做好固相控制。考虑到该地层复杂，泥岩段较多，不稳定，易坍塌，因此，在原有钻井液基础上添加：2%广谱护壁剂（IV）+3%防塌剂，钻井液性能：比重1.05 g/cm3，粘度20～23s，失水量4～7mL/30min，PH值8～10，泥皮厚度<0.5mm。调整后的钻井液有足够携带岩屑的能力，保持低粘切钻进，提高了清洁井眼的效果。在钻进过程中，能很好的保护孔壁。
（3）秀页5井四开，本井段地层以泥页岩为主，此类岩层，泥浆失水量大，易造成钻孔缩径、孔壁软化、坍塌等，应尽量降低泥浆失水量。因此钻井液选择低固相泥浆，泥浆配方：1m3清水+25～30Kg膨润土+0.75～0.84Kg纯碱+0.5KgNa-CMC（中粘）+0.5Kg磺化沥青+0.3KgPHP+0.8KgLG植物胶+0.2～0.3Kg腐植酸钾，比重1.05～1.08g/cm3、漏斗粘度20～25s、失水量8～12mL/min、PH值8～10。钻进时及时测量钻井液性能，根据鉆井液性能变化随时调整钻井液性能，保证了井下安全。同时加强了密切配合，控制好起下钻速度，防止压力“激动”过大，起钻时及时向井内灌满泥浆，确保井壁稳定。
7. 主要技术指标完成情况
7.1 主要技术指标。
秀页5井施工为全孔取心钻进，该孔于2014年3月21日开钻至2014年7月9日终孔，总进尺1779.00m，终孔口径95mm，终孔顶角4.4°，方位角194.40°。全孔岩矿心总长1756.58m，采取率98.74℅。取心总回次647回次，平均回次长度2.74m。开动3.7个台月（2664h），台月效率480.81m，其中纯钻时间976.17h，平均机械钻速1.82m/h，。辅助时间1351.83h，水泥封孔168.00h，中途更换钻塔84.00h，待配件48h，山洪爆发停待36h。时间统计表见图2。
图2
7.2 找气成果。
该孔目的层段（龙马溪组）厚度554.32m（1193.31 ～1747.63m）。目的层共有两段气测异常明显，总烃最大值为24.63%，据现场解析，目的层含气量在0.34m3/t，具有良好的经济效益和社会效益。页岩气现场解析见图3。
图3
8. 结语
（1）秀页5井，严格按照组织设计施工，选择合理的钻孔结构，根据地层选择适合的低固相泥浆，保证施工质量。
（2）采用110mm绳索取心钻进工艺，刚性强起到了钻孔防斜的作用；提高了破碎地层岩心采取率，劳动强度低且工艺简单，钻进效率高。隔开了上部破碎带，防止了掉块、漏水、卡钻事故的发生。
（3）页岩气资源潜力评价选区阶段布设调查井设计井深控制性一般较弱，设备选型时应留够充足余地。
（4）在施工过程中严格执行钻井液设计，合理调整钻井液参数，钻井液具有良好的携砂、悬浮、防塌等性能，是保证钻井施工顺利进行的关键。
参考文献
[1] 王扶志，张志强，宋小军.地质工程钻探工艺与技术[M].湖南长沙：中南大学出版社，2008.
[2] GB/T16591-1997，金刚石绳索取心钻探钻具设备[S].
[3] 满国祥，杨宏伟.国产绳索取心钻杆设计与制造技术分析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012，39（2）.
[4] 乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，2002.
[5] 孙丙伦，陈师逊，陶士先：复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术探讨与实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程）2008，35（8）.
[文章编号]1619-2737（2014）12-03-895