摘要
黔西地区是煤层气和页岩气重要的勘探区，碳酸盐岩发育，表层很容易钻遇溶洞、裂缝，发生井漏、井垮等复杂问题，给钻井工程带来很大挑战。根据黔西地区的地质情况和钻井工程实践，结合周边相似地区的钻井工程经验，分析表层碳酸盐岩地层井漏主要为溶洞性漏失和裂缝性漏失，并伴有井垮风险。对易漏易垮的复杂情况，提出了煤层气井和页岩气井针对性的井身结构设计，以降低井漏风险；并总结形成了空气钻进、清水钻进、空气潜孔锤跟管钻进、气体反循环钻进等应对黔西地区表层易漏、垮塌复杂情况的钻井工艺技术体系。最后，介绍了黔水地1井导管段复杂情况的处理经验。本文可为黔西地区表层易漏地层的优快钻井提供技术思路和借鉴。
黔西地区是贵州省煤层气和页岩气勘探的重要地区。其中，煤层气主要集中在六盘水煤田和织纳煤田上二叠统龙潭组发育的煤层群
由于黔西地区地表地下条件复杂、碳酸盐岩发育，上部地层很容易钻遇溶洞、裂缝，给钻井工程带来诸多困难，导致钻井周期长、成本高，甚至影响地质目标的实现。本文根据该地区的地质情况和所部署井的钻井工程实践，结合周边相似地区的钻井工程经验，分析了黔西地区上部碳酸盐岩地层的钻井工程难点，总结了适应性的钻井工程技术，以期为该地区复杂地层的优快钻进提供技术借鉴。
黔西地区地理上主要由贵州毕节西南部地区（威宁、赫章、纳雍、织金）和六盘水地区（六枝、盘县、水城）组
黔西地区上二叠统龙潭组岩性多样，主要有泥页岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及煤。黔西地区打屋坝组分布于盘县—水城一带，主要岩性为黑色页岩、黑色钙质泥岩夹深灰色泥质灰岩，水平纹层发育。旧司组主要位于威宁地区，为一套含泥灰岩、灰岩的暗色岩系。受构造作用的影响，打屋坝组页岩气储层位于褶皱、断裂较为发育地区，以宏观裂缝发育为主，微裂缝次之。
在黔西地区煤层气、页岩气勘探开发钻井过程中发生不同程度的井漏。黔西地区上部三叠系、二叠系、石炭系地层主要发育碳酸盐岩，如六盘水地区的永宁镇组下段、织金地区茅草铺组、夜郎组、长兴组等地层都有大段灰岩发育，石炭系南丹组以厚—巨厚层状灰岩为主，易因喀斯特作用而形成各类岩溶地貌，溶洞、裂缝发育，部分溶洞与地表水和地下暗河相连，极易发生失返性漏失。例如黔水地1井在钻第四系和南丹组地层的导眼段和一开井段时发生严重漏失，主要采用清水强钻，共消耗清水超过2万
通过文献调
（1）溶洞性漏失。该地区地表属于典型的喀斯特地貌，喀斯特地形的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。表层容易发生溶洞性漏失，钻井液往往有进无出，采用堵漏浆、水泥浆、混凝土堵漏等方法成功率低，一般采用清水强钻、空气钻进、跟管钻进等钻井技术进行应对。
（2）裂缝性漏失。钻遇天然裂缝发育的灰岩地层，漏失较严重甚至产生失返性漏失。黔西地区表层钻遇较厚的灰岩，如石炭系南丹组为几百米的巨厚灰岩，天然裂缝发育，容易发生失返性漏失，堵漏难度大，处理时间长。
黔西地区大面积出露的地层有石炭系、二叠系及三叠系地层，其中煤层气目的层为二叠系的龙潭组，埋藏深度一般在1000 m以浅的储层对煤层气的有效开采比较有利；页岩气主要勘探的目的层为石炭系打屋坝组，埋藏深度展布特征由北向南逐渐变深，一般在500~3500 m之间，其中黔水地1井打屋坝组地层深度为1248~2466 m。
根据黔西六盘水煤田煤层气井的钻探情
（1）一开。使用Ø311.2 mm钻头开孔，一般可设计100 ~ 200 m，钻穿地表松散地层和地下水层，并尽量钻穿浅层可能存在的溶洞、大型裂缝等容易发生恶性漏失的地层，下入Ø244.5 mm表层套管封隔，水泥浆返至地面，建立井口，根据地质对井控风险的预告决定是否安装防喷器，为二开使用钻井液安全顺利钻进创造条件。
（2）二开。使用Ø215.9 mm的钻头钻至设计井深，下入Ø139.7 mm的生产套管完井，水泥浆返至地面。
黔西地区石炭系打屋坝组页岩气尚处于调查阶段，钻井主要为探井，井型为直井。根据黔水地1井的钻探实践，该地区页岩气井的井身结构设计如
图1 黔西页岩气井建议井身结构示意
Fig.1 Suggested shale gas well design for Western Guizhou
（1）一开。采用Ø444.5 mm或Ø406.4 mm钻头钻至井深50~80 m，钻穿地表溶洞、地下暗河地层，下入Ø339.7 mm表层套管，水泥浆返至地面。
（2）二开。采用Ø311.2 mm钻头钻至南丹组地层底部，下入Ø244.5 mm技术套管，封隔表层涌水、漏失复杂地层，并安装好防喷器，确保目的层打屋坝组安全钻进。
（3）三开。使用Ø215.9 mm钻头钻至设计井深，下入Ø139.7 mm生产套管完井，水泥浆返至地面。
空气钻进是以空气为循环介质的一种钻进方式。空气钻进经历了几十年的发展，至今已经发展成为一套成熟的钻井技术，其最大优势莫过于可以有效应对复杂恶性漏失，实现安全快速钻井，尤其适应于黔西地区上部漏失地层钻进，当遇到地层出水可以转化为雾化空气或空气泡沫钻进。
空气钻进所用钻头一般可以选用常规牙轮钻头、空气潜孔锤。在条件允许的情况下，优先推荐使用空气潜孔锤。可以利用空气潜孔锤对地层岩石的高频冲击获得较高的机械钻速，同时，空气潜孔锤钻进时钻压小，可以有效实现防斜打直，尤其是对地层倾角大的高陡地层。
清水钻进是用清水作为钻井液进行钻进的一种钻进方法。在黔西地区，当表层钻遇溶洞、暗河或大型裂缝性地层，发生失返性漏失时，在地表水源供给充足的情况下，可以采用清水钻进顶漏快速钻过失返性漏失地层，及时下入套管注水泥封隔。
使用清水钻进要注意泥浆泵的配备，保证表层在发生严重井漏时，可以实现排量60 L/s的清水强钻。清水强钻以牺牲大量清水为代价，需要有充足的水源，在易出水地层比空气钻进更具有优
空气潜孔锤跟管钻进是将空气钻进与跟管钻进技术相结合，钻进与下套管同步的一种钻进方法。跟管钻进至预定井深后跟管钻具从套管中提出，套管则留在井中用于稳定井壁。该技术已广泛应用于水文水井、地质钻孔、抗旱救灾、地质灾害治理、岩土钻掘等工程领
将该技术引入到石油天然气井浅表地层的钻进中，可以有效应用于溶洞、大型裂缝发育、易垮塌地层以及漏垮同层的钻进。该技术的基本原理是：中心钻头的花键与冲击器相连接。钻进时，冲击器使空气压缩产生能量，驱动底部的冲击钻头产生高频震动冲击，在冲击器和转盘扭矩的作用下实现对井底岩石的冲击回转钻进。套管通过管靴与钻头上部相连，通过卡槽可以实现钻进过程中钻头转动而套管基本保持不转。在不钻进时，钻头为收拢状态，使整个钻头的直径略小于套管内径。目前国内外跟管钻具主要有偏心和同心2种，各自的钻进原理示意图如
图2 偏心钻具跟管钻进原理示意
Fig.2 Schematic of casing while drilling with eccentric drilling tool
图3 同心钻具跟管钻进原理示意
Fig.3 Schematic of casing while drilling with concentric drilling tool
黔西地区上部碳酸盐岩地层在使用常规方法钻进时，井漏严重，且伴有井垮发生，给钻井作业造成较大的经济损失。空气反循环钻进是将气体沿着双壁钻具内外管柱的环空注入井底，冷却钻头和携带岩屑后由双壁钻具内管上返至地面的一种钻井技
针对井漏，除了可以通过钻井液密度控制、提高地层承压能力等预防措施外，当井漏发生时，还需要采取合理的堵漏方法来解决复杂问题。对溶洞性漏失，主要通过改变钻进方法进行处理；对裂缝性漏失，主要采取的堵漏方法有随钻堵漏、桥接堵漏、凝胶堵漏、水泥浆堵漏等。
对于微小孔隙或微裂缝导致的较小的漏失，漏失量一般在10
在钻遇漏速较快的天然裂缝或诱导裂缝漏失时，一般利用整个桥浆的多功能作用及工程措施的配合作用，使堵漏材料在漏失地层进行挂阻架桥、堵塞嵌入、拉筋、渗滤成厚泥饼填塞，加之整个体系的高粘切阻力在井下漏层通道窄小部位孔喉中吸水膨胀，从而形成具有一定强度的绵密堵塞以实现堵漏。
黔水地1井是中国地质调查局油气资源调查中心部署在贵州六盘水的一口页岩气大口径地质调查
（1）清水强钻。针对地层垮塌、井漏严重的问题，首先采取清水强钻，钻至20.1 m后，因垮塌严重下入Ø820 mm的钢管来支撑井壁、封隔垮塌地层。
（2）空气钻进和清水强钻。下入Ø820 mm的钢管后，采用空气潜孔锤钻进至23.6 m，因地层破碎、岩溶裂缝发育等因素，造成井壁垮塌、岩屑失返等各种问题，空气钻进被迫终止。转换清水强钻至30.1 m，泵压、扭矩、悬重等均急速增大，上提钻具后，井壁垮塌致井眼被完全填埋。
（3）水泥浆堵漏。首先对井眼中垮塌岩石进行捞取，发现溶洞上部地层有大面积垮塌迹象。为确保井架基础安全，采用水泥对全井段进行封堵。2次共注入水泥浆48
（4）空气潜孔锤跟管钻进。在以上技术均无效后，引入同心滑块跟管钻进技术，所用跟管钻具如
图4 黔水地1井所用跟管钻
Fig.4 Concentric casing while drilling tool used in Well QSD-1
黔水地1井导管段钻进过程中先后使用了清水强钻、空气钻进、水泥浆堵漏、空气潜孔锤跟管钻进等技术，解决了裂隙和溶洞复合型漏失难题，钻进各工艺技术应用情况见
最终，该井使用空气潜孔锤跟管钻进有效解决了表层裂隙、溶洞复合型漏失和易垮塌复杂地层的钻探难题，保证了导眼段施工质量，节约了成本，取得了良好的应用效果。实践证明，空气潜孔锤跟管钻进是一种可以有效应对该类复杂地层的钻探技术。
（1）黔西地区上部三叠系、二叠系、石炭系地层主要发育碳酸盐岩，溶洞、裂缝发育，易发生失返性漏失，类型主要为溶洞性漏失和裂隙性漏失。
（2）针对黔西地区上部易漏地层的特点和钻井工程实践，可以通过对煤层气井和页岩气井进行针对性的井身结构设计以降低复杂地层钻进难度，表层套管的下深以封隔表层严重漏失地层为主要原则。
（3）清水钻进、空气钻进、空气潜孔锤跟管钻进、空气反循环钻进等技术是应对黔西地区表层易漏地层钻井的适应性技术体系，其中空气潜孔锤跟管钻进技术是一种能够解决表层大型裂隙、溶洞型漏失和垮塌共存复杂地层快速钻进的有效技术。在实际钻井过程中，需要根据实际地质和工程情况对以上技术进行优选。
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