岩溶地质综合调查助力南方岩溶地区页岩气勘探开发

  近年来，中国地质调查局油气资源调查中心承担的“南方页岩气基础地质调查工程”就在该地区开展了页岩气基础地质调查工作。工作中发现南方页岩气勘探开发中岩溶问题突出，在滇黔桂地区多口钻井钻遇大型溶洞，导致钻井漏失或失利。针对以上问题，2017年中国地质调查局岩溶地质研究所设立了“滇黔桂地区1：25万页岩气-岩溶地质综合调查”预算单列项目。通过项目实施，成功解决了紫页1井、融地1井等井钻井中的岩溶问题，助力南方岩溶地区页岩气勘探开发。

  一、页岩气远景区内开展页岩-岩溶调查，确定页岩气勘探中岩溶敏感层、封隔层

  南方地区古生界海相页岩常分布于碳酸盐岩下部或与碳酸盐岩互层，碳酸盐岩与页岩间互发育是南方地区基本地质特征，加之西南地区地表是我国现代岩溶集中发育地区，页岩气勘探过程中面临的碳酸盐岩岩溶问题突出。岩溶所项目组以泥盆系-石炭系暗色页岩发育的黔桂地区作为调查区。通过剖面测量、路线地质调查、老井复查等方法调查与页岩相关碳酸盐岩发育分布，通过对碳酸盐岩储集性、封隔性、连续性的评价，确定了二叠系四大寨组、石炭系南丹组上段灰岩连续性岩溶层组为页岩气钻井敏感层，而石炭系南丹组下段夹层型灰岩层组及五指山组泥灰岩层组为页岩成藏“封隔层”。该套碳酸盐岩层岩性致密，由于其力学性质与页岩差异，可以有效阻隔页岩中裂缝发育，起阻隔裂缝，封闭页岩气成藏的作用。

  二、初步总结一套页岩气远景区内开采难易程度评价方法，以此划分重点区页岩气开发岩溶回避区、岩溶敏感区及易开发区

  对于页岩气远景区内开采难易程度评价，主要是总结近年来在南方岩溶地区近10口页岩气钻井出现的岩溶地质问题的教训，从而制定相关评价指标。例如2013年中石化丁页1HF井在井深15米处钻遇溶洞, 多次漏失导致导管施工达22 天之多; 焦页4HF 井从22-95 米钻遇裂缝, 出现间断性恶性漏失, 漏失泥浆1900方, 损失时间达20天。2015年中国地质调查局在广西环江钻页岩气井过程中钻至800余米时钻遇溶洞，导致多次3次废井、移井。2017年紫页1井地表及深部均出现岩溶问题，深部钻穿深部含水层导致井涌，融地1井近区域逆冲断层钻井，导致井漏。

  总结起来有六个方面需要重点考虑，包括地面开采条件（地形、交通、水源等）、地面岩溶条件（溶洞、地下河发育情况）、构造条件（断层、褶皱）、深部岩溶含水层分布、深部碳酸盐岩隔层分布、井场物探异常等。按这六个方面初步对黔南罗悃地区进行了划分，分为了页岩气开发岩溶回避区、岩溶敏感区及易开发区。

  三、成果应用与有效服务-分析紫页1井岩溶问题，指导钻井施工

  2017年3月地调局油气中心在黔南坳陷紫云县钻页岩气井-紫页1井，该井设计井深3000米，目的层为石炭系打屋坝组页岩。该井钻井过程中出现多次岩溶地质问题。岩溶所派出专家组指导该井施工。

  1.钻井岩溶问题与严重性

  钻井分别在钻进0-50米近地表段以及碎屑岩下374-840米段时，出现了地表溢流、井涌情况，距井架200米农田里出现大量泡沫，这些泡沫与钻井使用的泡沫钻井液一致。这直接导致与当地群众关系紧张，几近废井。

  2.溢流原因分析

  （1）近地表段溢流

  通过专家组3月和8月调查发现，该井附近地层为单斜地层，钻井位置位于山顶，开钻层位为三叠系泥岩夹砾屑灰岩，砾屑灰岩厚20米(图1)，井点恰好位于砾屑灰岩上，岩溶裂缝、孔洞发育。因此当开钻后，泥浆受缝洞、单斜地层控制从山顶向山脚处溢出。当钻至100余米到达当地地下水水位附近，泥浆不再向地表溢出。

  （2）碎屑岩下374-840米段溢流

  该段出现溢流，专家组通过分析发现钻井主要进入二叠系四大寨组碳酸盐岩敏感层(图2)，而该段上覆337-372米为二叠系碎屑岩，为隔水层，因此碳酸盐岩层中地下水具有承压性质。当钻井钻穿374-840米碳酸盐岩承压含水层，井内水位就从100米上升至30米，钻井泡沫水再次沿第一次溢流缝，向地表溢流，造成地表污染。

  3.解决措施

  项目组参与了第二段钻井处理，施工方因地表污染的风险大，极易发生环保事故，想就此完钻。经油气中心、岩溶所专家讨论认为钻穿水层，至下部隔水层，再下套管封固水层，有利于降低下一步施工的风险。施工方采取了该项建议，按建议进行施工，后续钻井发现封隔后明显止住溢流，钻井顺利钻至目的层。

  四、下一步工作建议

  1.实施大比例井场岩溶地质条件调查

  岩溶地区钻井风险较高，岩溶地质问题突出，近年来多次发生钻井施工问题，因此项目组建议钻井前需要提前分析钻井区域岩溶含水层发育、分布，在钻井时提前做好应对措施，有条件在井场1公里范围内做大比例尺井场岩溶水文调查，分析区域岩溶敏感层，防止出现钻井放空、漏失、泥浆溢出，甚至关井、废井情况。

  2.实施井场岩溶物探，精准定井位

  岩溶所在岩溶区利用各种物探手段探测200米深度溶洞积累了丰富经验，在页岩气定井位后，钻井施工前，开展井场岩溶物探工作，能有效避开近地表溶洞发育区。

        图2紫页1井第二次溢流岩溶原因