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页岩气井施工工艺探讨

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摘要:新疆在准噶尔盆地南缘、北部地区中小盆地、库车凹陷和吐哈盆地及周边地区开展了页岩气资源调查评价,截至2017年5月,施工页岩气调查井和参数井合计12口,累计钻探进尺超2×104m,采用小口径绳索取芯钻进工艺施工和大口径提钻取芯钻进工艺施工。介绍了2种工艺方法设备选型、钻具组合和钻孔结构,统计了施工效率,得出了新疆页岩气资源埋藏较深,均在1500m以深,建议设计调查井和参数井二井合一,选择大口径提钻取芯钻进工艺施工,调查井和参数井一次成井的结论。

关键词:新疆;页岩气井;小口径绳索取芯钻进;大口径提钻取芯钻进;探讨

1概述

页岩气是一种新型、清洁、高效的非常规天然气,主要成分为甲烷(CH4),以吸附和游离状态同时赋存于黑色页岩、炭质页岩、泥岩、高炭泥岩及粉砂质岩类夹层等地层中,以游离相态(大约50%)存在于裂缝、孔隙及其它储集空间,以吸附状态(大约50%)存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面,具有自生自储、吸附成藏、隐蔽聚集等地质特点。新疆在准噶尔盆地南缘、北部地区中小盆地、库车凹陷和吐哈盆地及周边地区开展了页岩气资源调查评价,截至2017年5月,施工页岩气调查井和参数井合计12口,累计钻探进尺超2×104m,平均井深1810m,最浅井1033m,最深井3439m。其中,采用小口径绳索取芯钻进工艺施工调查井8口,采用大口径提钻取芯钻进工艺施工参数井4口。

2地层特征

3小口径绳索取芯钻进工艺

采用小口径绳索取芯钻进工艺施工调查井8口,按照设计要求,全井段取芯,累计进尺11773.01m,选择HQ系列绳索取芯钻具,岩芯直径63.5mm。

3.1设备选择

采用小口径绳索取芯钻进工艺施工井深在1000~1900m之间,选用XY-6B型、XY-8型和XY-9型立轴钻机,四角钻塔和A型钻塔,BW-250型和NBB260/7型泥浆泵,固控设备有泥浆净化器和离心机。

3.2井身结构及钻具组合

依据地层特征、绳索取芯钻具规格系列及取芯直径限制,地层稳定钻孔采用两级孔径,一般采用三级孔径。两级孔径:一开采用⌀150mm孕镶金刚石钻头,单管钻具,钻穿第四系后下入⌀146mm套管,注水泥封闭孔壁间隙;二开采用HQ系列绳索取芯钻具,钻进至终孔。三级孔径:一开采用⌀150mm孕镶金刚石钻头,单管钻具,钻穿第四系后下入⌀146mm套管,注水泥封闭孔壁间隙;二开采用PQ系列绳索取芯钻具,钻穿第三系、白垩系后下入⌀114mm套管;三开采用HQ系列绳索取芯钻具,钻进至终孔。

3.3施工效率

采用小口径绳索取芯钻进工艺施工调查井8口,平均井深1471.63m,最浅井1022.23m,最深井1868.60m。平均台月效率299.6m/台月,最低台月效率103.8m/台月,最高台月效率522.6m/台月。

4大口径提钻取芯钻进

采用大口径提钻取芯钻进工艺施工参数井4口,累计进尺9947.50m,按照设计要求,目的层取芯,其它井段全面钻进,累计取芯2426.40m。其中,库页2井取芯进尺209.26m,准页4井取芯进尺147.50m,南页1井取芯进尺1707.45m,沙参1井取芯进尺362.19m。

4.1设备选择

采用大口径连续提钻取芯钻进工艺施工井深2000m左右,选用ZJ20C型石油钻机、JJ200/35型井架、3NB1300型泥浆泵和石油钻井用整套泥浆循环及固控系统。

4.2井身结构及钻具组合

采用三开井身结构,井身结构如图2所示。一开:采用⌀444.5mm钻头,钻穿第四系后下入⌀339.7mm套管并固井。二开:采用⌀311.2mm钻头,钻穿第三系、白垩系后下入⌀244.5mm套管并固井。三开:采用⌀215.9mm钻头,钻进至完钻井深,根据地质要求下入⌀139.7mm套管并固井或测井后注水泥封井。取芯工具:选用川-4型常规取芯工具和KT型系列取芯工具。川-4型常规取芯工具是石油、地质勘探钻井中常规取芯作业最理想的取芯工具。该型常规取芯工具配套完善、规格齐全、技术先进,适用于软、中、硬及破碎地层取芯。KT型系列取芯钻具是中国地质调查局勘探技术研究所针对我国科学钻探连续取芯作业研制的,在中国大陆科学钻探工程科钻井应用并逐渐完善,形成KT-114、KT-140、KT-194、KT-273和KT-298系列,其优势主要结合了传统石油钻井大口径钻具及岩芯钻探金刚石钻进技术,结构简单可靠的高强度钻具,兼顾薄壁取芯技术的特点,钻具适应性强,尤其在钻穿多套地层的连续取芯作业中具有巨大的技术优势。在南页1井施工中,采用KT-140型钻具自780m连续取芯钻进至2507m,钻进效率高,取芯效果好。

4.3施工效率

采用大口径提钻取芯工艺施工参数井4口,平均井深2486.9m,最浅井2000.00m,最深井3439.50m。平均台月效率413.1m/台月,最低台月效率277.8m/台月,最高台月效率518.5m/台月。详见表3。

5结论

(1)采用小口径绳索取芯钻进工艺施工,由于绳索取芯钻具系列限制,只能采用HQ系列绳索取芯钻具钻进至完钻,钻进效率较低,平均台月效率仅299.6m/台月。

(2)采用大口径提钻取芯工艺施工,由于石油钻井工艺施工深井较成熟,虽然成本较高,但风险低,效率高,平均台月效率413.1m/台月。

(3)新疆页岩气资源埋藏较深,均在1500m以深,建议设计调查井和参数井二井合一,选择石油钻进工艺施工,调查井和参数井一次成井。

作者:张飞;熊虎林 单位:新疆地矿局第九地质大队

页岩气井施工工艺探讨责任编辑:张雨    阅读:人次