关于提高超基岩地层钻进工艺及降低成本的研究.pdf

2023年第9期西部探矿工程*收稿日期：2022-09-21修回日期：2022-09-29第一作者简介：向文斌（1984-），男（汉族），四川遂宁人，工程师，现从事钻探技术研究和管理工作。关于提高超基岩地层钻进工艺及降低成本的研究向文斌*，黄杨，王冠军（四川华锋钻探工程有限责任公司，四川 成都 610000）摘要：主要针对项目施工中超基岩石地层的特点和相对应的施工工艺进行阐述，在施工过程中对工艺提出应对措施，通过管理来提高效率和质量，达到控制项目成本的目标。关键词：超基岩；岩石成分；破碎；泥浆工艺；成本管理控制中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)09-0048-041概述施工遇到超基性岩要考虑钻进该地层具有地层风化、交结性差、容易剥落、掉快、地层极易吸水膨胀缩径等特点，根据该特点制定相应的钻进工艺，并考虑钻进成本，使整个项目变得具有可行性。2超基性岩钻进工艺2.1超基岩地质性质超基性岩(ultrabasicrock)属于火成岩的一个大类。二氧化硅（SiO2）其含量小于45。常与超基性岩并用的术语是超镁铁岩，指镁铁矿物其含量超过75的暗色岩石。钻进该地层的困难：地层风化、胶结性差、容易剥落、掉块、地层极易吸水膨胀缩径，地层如图1、图2所示，钻进具有一定的难度，针对这情况的钻进工艺进行探讨。2.2泥浆工艺钻进超基性岩需要使用优质泥浆提高孔壁的稳定性。泥浆材料的配置及其使用，材料选择有：纯碱、钠土、纤维素、植物胶、腐蚀酸钾（khm)、广谱腹壁剂、荧光粉，泥浆配置见表1，泥浆性能参数见表2。选用通常泥浆材料的特点：图1地层图2地层表1泥浆的配置（以0.8m3的泥浆罐）名称纯碱彭润土纤维素植物胶腐植酸钾广谱护壁剂荧光粉数量（kg）232537.52468232323备注根据地层的造浆性，进行可控，造浆严重可控减少土量尽量把纤维素水化开，在使用根据实际的情况进行控制，每罐可加6-8kg（与渗漏量大应加大）根据情况，孔内正常上返泥浆正常可以，岔隔加入搅拌罐中根据情况，孔内正常上返泥浆正常可以，岔隔加入搅拌罐中482023年第9期西部探矿工程钠土：膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿,由于它具有特殊的性质。如:吸附性、催化性、膨润性、粘结性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性等等,所以广泛用于地质钻探中。纤维素：为白色粉末状，无臭，无味，在水中溶胀成微浑浊的胶体溶液；在氯仿或乙醚和无水乙醇中不溶，用作水溶性胶粘剂的增稠剂。植物胶：植物胶是从野生植物中提取的,外观颜色为淡黄色粉末。该产品作为钻井冲洗液材料,既可直接配制成无固相冲洗液,又可作为一种增粘、降失水及提高润滑减阻作用的泥浆处理剂,还可配制成低固相泥浆,适用于不同的复杂地层,依照产品的不同特性。腐植酸钾（KHm）：以风化煤为主要原料是经碱溶、抽提、干燥而成。特征：外易溶于水，水溶液呈碱性，观为黑褐色粉末。稳定页岩地层，抑制井壁坍塌，同时有降粘和降滤失的作用，降滤失的同时能形成薄而致密的泥饼，可减少压差卡钻。广谱护壁剂（GSP）：本品是一种由高级混合烃、植物提取物与有机亲水物进行交联接枝反应制取的多功能防塌降失水剂。特征：黑褐色粉末，易溶于水。用途：可在适度增粘的条件下，显著降低失水量。冲洗液总体设计：结合踏勘情况看，上部项目地层较为简单，主要以石英砂岩、石英片岩为主，难点可能出现在467m以下的破碎带中。020m左右为松散地表堆积层，采用较高固相含量的膨润土浆可有效应对。PQ主要钻进的上部砂岩、角砾岩，因此本层段应加强冲洗液的润滑减阻性和排粉性（可采用植物胶或者少量聚丙烯即可）。钻孔冲洗液方案难点可能出现在在于控制破碎带的稳定性，同时保证采取率。主要考虑增加胶结性和降低失水量。冲洗液的性能要求见表3。表2冲洗液选择及维护要点地层情况松散堆积层破碎地层完整地层冲洗液类型高固相低固相聚合物无固相聚合物性能要点高粘切、环保低粘切，较高剪切稀释性，润滑性，防塌护壁性低粘切，高剪切稀释性，润滑性维护要点漏失量大，保持粘切足够的冲洗液供应注意固控，保持聚合物及防塌剂的含量，维持高剪切稀释性保持聚合物含量，维持高剪切稀释性表3冲洗液性能要求地层情况松散堆积层破碎地层完整地层密度（g/cm3）1.06-1.11.021.051.01.01漏斗粘度（s）40-5530352025失水（mL）12810-塑性粘度（MPas）20-30121557动切力（Pa）12-186823动塑比0.40.60.40.60.40.5pH898989现场配备仪器：机台配备冲洗液检测仪器：比重计、漏斗粘度计、中压滤失仪、含砂量测定仪、pH试纸。2.3钻进工艺注意事项该地层的特点，有缩径、掉块、渗漏，钻进时合理地控制泵量、泵压，泵压过高容易引起孔壁不稳定，坍塌，或者泥浆压入地层。2.3.1泥浆使用方面（1）要抑制地层膨胀缩径，保持井壁稳定，泥浆失水性要低、矿化度高泥浆效果较好，其特点是泥浆的矿物质含量高，对地层膨胀有抑制作用，泥浆能够提供khm，稳定页岩地层，抑制井壁坍塌，同时有降粘和降滤失的作用，降滤失的同时能形成薄而致密的泥饼，可减少压差卡钻，它一方面可使结构紧密，另一方面使粘土负电荷减少，从而减弱了泥页岩的水化分散性，能较好地预防井塌。（2）适当提高泥浆密度，以较高的液柱压力来平衡岩石侧压力，防止其剥落、掉块或坍塌。但是若地层破碎严重，在提高密度的同时，还应提高泥浆的动切力和动塑比来进行钻进和循环。（3）要控制泥浆p值在8.59.5之间，以便减弱高碱性环境下的强水化作用，并且适当降低失水量，提高泥浆滤液粘度，减少进入地层的水分含量。（4）对泥浆性能的调整，要严禁泥浆性能大幅度地变化。2.3.2机械操作方面（1）开泵不能太快、起下钻不要用力过猛过快，以492023年第9期西部探矿工程减小钻头、钻具对井壁的剧烈撞击作用，降低液柱产生的压力激动作用，同时可以防止产生抽吸作用。提钻时要注意泥浆的回灌，下钻时控制孔内压力。（2）泵量、泵压要适当，保持泥浆在环形空间呈低速层流状态循环，减少对井壁的冲蚀作用。（3）提高钻井速度，缩短钻井周期，减少泥浆对井壁的浸泡时间。（4）钻杆间距之间可以加扩孔器，起主要作用是护径、加压的作用。（5）操作注意细节，现场操作人员应谨慎细心操作，现场要摆放整齐，设备应按时按点指定人，保养及其检修，入井前管材应仔细检查。3项目成本控制管理目前地质勘探行业萎缩严重，市场供给需求量不平衡，竞争激烈，行业同质化恶性竞争等，作为勘探专业单位，如何摆脱困局，如何开支节流成了现实的难题。除了常规管理思维模式加快单位转型升级外，还应从经营管理方面着手，完善各项管理制度、降低运行成本、减少物资损耗，各项非必要的费用降低从而实现成本管控的目的。作为专业钻探施工单位如何控制成本从项目管理的几个方面进行探讨。3.1项目组织管理钻探生产是一项探索性强、技术性强、条件艰苦环境恶劣等多工种配合才能完成的工作，钻探生产管理工作更是一个繁杂的系统工程，项目生产管理是按照自然规律和经济规律，组织和协调生产各要素把人、财、物和工艺技术有机地结合起来，并组织好、计划好、协调好的工作。生产组织管理工作的主要内容是在施工前编制和执行生产作业计划，做好生产准备工作（人、材、机），把任务经过层层分解，落实到班组乃至员工个人。3.2生产质量和进度效率管理质量管理出发点是建立在最经济的技术水平上并考虑到满足业主方的要求的条件下进行研究、设计、施工的过程。根据钻探管理要求严控质量关，从建立项目质量管理体系和质量管理措施两个方面出发。进度效率管理，采用科学的方法来确定钻进工艺，编制进度计划和材料供应计划，进行进度控制，在与质量、费用目标协调的基础上，实现高效率。钻探进度效率通常用小时效率、台班效率、台月效率等指标;与其相关的有纯钻进时间利用率、事故及停待时间率、台月时间利用系数、钻探工人劳动生产率等为对象。3.3材料消耗节约首先：人为破坏浪费，在生产中杜绝蛮干、胡干，减少材料在生产中人为损坏和浪费，装车、卸车一定要严格按照规章作业，不能人为不合理地破坏材料，现场应有人指导监督，预防物品遗留和破坏，如有需要保护应加以做好相应保护措施。其次：材料的回收与再利用。对施工中使用的材料的回收和利用，项目结束对现场使用过的材料存在三种情况，完全报废、可继续使用、重新加工后方可继续使用，统一收集整理回来交单位统一处理。再次就是泥浆材料，按照化学方式回收分离、高温处理等成本比较高，但是在生产中应节约泥浆材料，对于岩粉多的泥浆应配有相应的除砂设施，保持泥浆干净性，以便泥浆再次使用，从而降低泥浆材料成本。3.4现场费用开支节约项目在生产过程中所产生费用的开支项是很多的，比如：运输费、材料采购费用、人员住宿、交通费用等一系列的开支，项目无论大小，好多费用不可避免，在针对开支费用，原则是要选择质量好、服务好、价格低廉，前期并且做好相应的规划措施，采购时做好申请、比选、报备工作从而来实现成本管控。3.5档案管理当今市场竞争越来越激烈，档案管理越来越突出具有的重要性，档案是一种重要的信息资源，不仅仅是一种社会效益，更为重要的是档案里面潜藏着非常重要的经济效益，积累了大量的专业技术经验，还解决在施工中可能出现的工程质量问题、工程预算问题。项目施工结束后，对整个项目的合同、技术资料、人员考核分配进行存档，为以后类似的项目提供可查阅资料依据。4结语通过超基性岩项目地层施工，把地层特点钻进工艺情况和成本管控情况进行探讨交流，围绕生产工艺方法和项目管理同步进行从而来实现发展与生存。成本控制的目标是增加地质钻探带来收入、最终才有力量去提高生产质量，寻求新的发展。生产经营管理中，提高生产效率、成本管控从而提高经济效益，通常地质钻探成本是衡量地质勘探生产耗费的价值尺度，是签订地质勘探工作项目的基础，是计算地质钻探单位盈亏的依据，是地质钻探单位进行决策的依据，是综合反映地质钻探单位工作业绩的可持续发展的重要指标。（下转第54页）502023年第9期西部探矿工程石具有较高的杨氏模量和较低的泊松比。高杨氏模量与低孔隙度但高脆性矿物（石英、碳酸盐和长石）的层相关。将石英与所有矿物的质量比定义为脆性指标。然而，除了石英，碳酸盐也是脆性矿物。弹性参数（V和E）可以从Vp、Vs和密度测井的测井曲线中计算出来。具有低泊松比和高杨氏模量的层为高脆性指数，它们有利于水力压裂、裂缝的维持和扩展。此外，ECS测井可以导出粘土、Q-F-M（石英、长石和云母）、碳酸盐等岩石成分，可用于使用脆性矿物比的方法计算脆性指数。2.2原位应力状态和方向地应力场通常包括垂直应力（Sv）、最大水平应力（SHmax）和最小水平应力（Shmin）的方向和大小，以及地层压力（Pp）。除脆性指数外，地应力场在水力压裂和水平井轨迹设计中也发挥着重要作用。对于工程“甜点”评估，脆性衡量形成裂缝和保持裂缝开放的能力，而地应力场（方向和大小）评估水平井轨迹设计和水力裂缝的扩展。大量高压流体被注入地层以重新打开天然裂缝系统并在水力压裂过程中形成新的水力裂缝。从而形成复杂的新型孔隙裂缝网络体系，使油气向井筒运移生产。因此，还需要确定原位应力的大小和方向来优化水力压裂的预期层。地应力场的方向决定了水平井的钻进方向和水力裂缝的扩展。仅脆性不足以优化勘探层，地应力大小也是工程“甜点”优化勘探层的重要指标。水平应力差较小的层状结构将形成复杂的、新的孔隙裂缝系统。地应力方向影响天然裂缝的形成和保存，而地应力场控制水力裂缝的萌生和扩展。脆性岩石包含更多的天然裂缝，并且更容易被水力压裂。此外，水力裂缝将沿最大水平应力方向扩展。水力裂缝遵循SH最大值，直到它们遇到预先存在的天然裂缝，之后，水力裂缝将被阻止进一步扩展。因此，水平井沿最小水平应力(Shmin)钻探，水力增产将朝向SHmax方向。在这种情况下，沿SHmax方向会形成大量水力裂缝，这些诱导裂缝会与已有裂缝相交，形成复杂的裂缝网络。3小结（1）致密油储层和页岩储层具有不同的岩性结构和组成，并且具有超低的渗透率，其孔隙系统由高度异质的纳米到微米级孔隙主导。因此，与常规储层相比，非常规储层的录井和测井响应存在显着差异。（2）非常规储层的岩性可以通过常规和图像测井来预测。孔隙度、渗透率和含油饱和度可以根据NMR测井与常规测井相结合来计算。储层物性可以从岩性、储层质量和天然裂缝的存在来评价。（3）工程属性主要评估非常规油气资源的脆性、压裂性、地应力各向异性和量级。脆性、地应力状态和大小是非常规油藏水力压裂过程中优化工程“甜点”的关键参数。储层脆性不仅可以由杨氏模量确定，也可以由岩石成分确定。此外，还需要从水平井钻井方向和优化属性水力压裂层段方面充分了解地应力方向和大小。参考文献：1王志战.国内非常规油气录井技术进展及发展趋势J.石油钻探技术,2017,45(6):1-7.2陈兴龙,董凤忠,陶国强,等.激光诱导击穿光谱在地质录井岩性快速识别中的应用J.中国激光,2013,40(12):237-242.3王金星.共聚焦显微扫描系统的新方法在地质科学研究中的应用J.地质评论,2004,50(2):215-2174杨雷,金之钧.全球页岩油发展及展望J.中国石油勘探,2019,24(5):553-559.5杜金虎,胡素云,庞正炼,等.中国陆相页岩油类型、潜力及前景J.中国石油勘探,2019,24(5):560-568.6葛瑞全,李家贵,井小艳,等.电镜扫描矿物定量评价技术在碎屑岩储集层评价中的应用J.录井工程,2017,28(3):109-113.（上接第50页）参考文献：1王伟.论控制钻探成本的措施J.现代商贸工业,2021,42(29):91-92.2王松根.浅谈钻探工程成本管理J.西部探矿工程,2020,32(8):186-188，190.3刘治.钻探成本管理探析及实践J.探矿工程(岩土钻掘工程),2016,43(3):80-84.4高磊.新时期深部钻探工程质量管理J.现代物业(中旬刊),2018(12):162.5王长安.地质岩心钻探六项指标项目质量管理探析J.世界有色金属,2017(24):188-189.6黄立民.地质钻探岩芯档案整理探析J.办公室业务,2018(3):85.7赵芳.新疆岔路口一带基性超基性岩地质特征及找矿意义J.新疆地质,2022,40(2):204-210.8郭原生.祁连山西段蛇绿岩型超基性岩特征及其地质意义J.甘肃地质学报,1993(2):34-44，108.54