符禮 楊興福

【摘要】介紹山西延川南區(qū)塊煤層氣鉆井中鉆井液技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)2口典型的水平連通井，對(duì)比了2種鉆井液體系在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果，并講述了低固相，低密度聚合物鉆井液在煤層氣水平連通井中的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，結(jié)果表明，這種鉆井液體系pH較低，慮失量小，泥餅致密光滑，可以有效的保護(hù)井壁作用，從而有效的保護(hù)煤層。相比絨囊鉆井液體系來(lái)說(shuō)，低固相聚合物鉆井液體系可以降低鉆井液材料費(fèi)用，適用于煤層氣鉆井。

【關(guān)鍵詞】煤層氣 低固相鉆井液 絨囊鉆井液 水平井

1 煤層氣井特點(diǎn)

在山西延川南區(qū)塊完成的井口煤層氣鉆井作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)延川南區(qū)塊表層段都有黃土層，黃土層厚度從70m到150m多不等。由于黃土層松軟孔隙大，極易發(fā)生失返性漏失，在延1井組中表層施工，都發(fā)生嚴(yán)重的漏失，井口無(wú)鉆井液返出，堵漏造成鉆井周期變長(zhǎng)。中部和下部地層以泥巖和砂巖為主，夾粗細(xì)礫巖。而泥巖和砂巖比較古老，大多數(shù)比較穩(wěn)定。在個(gè)別的井會(huì)出現(xiàn)地層垮塌現(xiàn)象。在砂巖發(fā)育比較好的井段，會(huì)發(fā)生漏失現(xiàn)象。煤層氣的目的是煤層，煤層節(jié)理微裂縫發(fā)育，膠結(jié)疏松，脆性大，容易發(fā)生破裂造成坍塌。煤層毛細(xì)效應(yīng)突出，比表面大，容易吸附水，這就要求在煤層水平段鉆井中應(yīng)提高鉆井液的抑制防塌能力，而且要有嚴(yán)格制鉆井液失水在3ml以?xún)?nèi)。煤層氣屬于低壓解析氣藏，稍有污染就會(huì)影響其開(kāi)采價(jià)值。所以煤層段的防塌、防漏、防污染就成為鉆井液的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2 鉆井液技術(shù)難點(diǎn)

2.1 井壁穩(wěn)定性

通過(guò)延1-52-38UP井現(xiàn)場(chǎng)取出的巖心觀察，取出的2號(hào)煤煤心，上部比較完整，下部比較破碎，呈塊狀，片狀，而且煤層中部還含有一層夾矸。煤巖內(nèi)外生裂隙發(fā)育，形成多期裂縫。而且2號(hào)煤機(jī)械強(qiáng)度弱，脆而軟，即容易出現(xiàn)壓性破裂又易張性破裂。因此，在2號(hào)煤層段施工水平井，煤層水平段的井壁穩(wěn)定是水平井工藝的關(guān)鍵。先前，煤層氣水平井使用清水鉆進(jìn)，清水在井壁不能形成有效的泥餅來(lái)支撐井壁，故存在很大的井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 煤層保護(hù)

煤層氣和天然氣的儲(chǔ)層不同，主要表現(xiàn)在煤層孔隙和裂隙發(fā)育；而且煤層一般是低壓儲(chǔ)層；機(jī)械強(qiáng)度低，應(yīng)力敏感，低滲透率，煤層中的水容易與外來(lái)的流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等等。因此，在鉆井施工過(guò)程中，鉆井液的固相顆粒、處理劑分子流體的入侵、煤層的長(zhǎng)時(shí)間浸泡以及鉆井液的液柱壓力都會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生影響。而且在煤層段也極易發(fā)生井漏的風(fēng)險(xiǎn)。

3 鉆井液技術(shù)

3.1 鉆井液體系優(yōu)選

煤層氣水平井鉆井液技術(shù)關(guān)鍵：一是如何保障水平段煤層的穩(wěn)定性，保證井下施工的安全；二是如何最大限度的降低鉆井液對(duì)煤層是傷害，以獲得較好的產(chǎn)量；三是如何有效避免在鉆井過(guò)程中出現(xiàn)井漏現(xiàn)象，降低由于堵漏而給煤層帶來(lái)的傷害；四是如何保證大斜度井及水平段的潤(rùn)滑性。通過(guò)上述分析，煤層水平段可以采用鉆井液體系有2種，低固相聚合物鉆井液和絨囊鉆井液體系。

3.2 低固相聚合物鉆井液體系

針對(duì)上部地層特點(diǎn)，配制高粘度高切力的膨潤(rùn)土漿，提高攜砂能力，穩(wěn)定井眼，防止漏失。進(jìn)入下部地層和煤層水平段，由于煤層上部地層比較古老，鉆速慢，容易形成很細(xì)的鉆屑，增加鉆井液的密度，進(jìn)而增加了漏失的風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)這種情況，我們?cè)阢@井液中加入一定量的聚合物NH4HPAN和KPAM進(jìn)行處理，改成低固相聚合物鉆井液，這種鉆井液濾失量小，絮凝能力強(qiáng)，固相容易分離，易于維持低密度，能夠很好的起到防漏和防塌能力，在鉆進(jìn)中及時(shí)補(bǔ)充聚合物讓其含量始終維持在2%左右。維持鉆井液的粘度控制在45～50s，API失水控制在在3ml以?xún)?nèi)，pH值控制在7～8，固相含量控制在5%以下。這種鉆井液體系在煤層段鉆進(jìn)中，鉆井液能夠迅速在井壁形成一層薄而致密的泥餅，可以有效的封堵煤層的微裂縫，并在水平段長(zhǎng)時(shí)可以在鉆井液中加入5%的乳化石蠟，來(lái)提高其潤(rùn)滑性，而且該鉆井液的API失水可以控制在3ml以?xún)?nèi)，這樣可以盡量減小濾液對(duì)煤層的侵害。而且低固相鉆井液體系可以很好的控制其動(dòng)速比，進(jìn)而加強(qiáng)鉆井液的攜巖能力，保證井眼清潔。

3.3 絨囊鉆井液體系

絨囊鉆井液是一種新型的無(wú)固相鉆井液體系，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)仿照長(zhǎng)有絨毛的細(xì)菌外貌，研發(fā)的仿生絨囊技術(shù)，是針對(duì)煤層氣鉆井特點(diǎn)由水和表秒活性劑，聚合物等處理劑組成的流體。絨囊粒徑在15～150微米、壁厚3～10微米，均勻的分散在連續(xù)相中形成穩(wěn)定的氣液體系。分散在體系中的囊泡能夠自匹配漏失通道，形成封堵作用，進(jìn)而有效提高地層承壓能力暫堵地層，控制漏失。絨囊鉆井液具有很好的攜巖能力動(dòng)速比可以達(dá)到1.0以上。有很好的抑制性，穩(wěn)定井壁功效，進(jìn)而保證井下安全。

3.4 2種體系的對(duì)比

低固相聚合物鉆井液具有成本低，所需助劑在國(guó)內(nèi)比較普遍，對(duì)煤層傷害較小，對(duì)后期開(kāi)采作業(yè)幾乎沒(méi)有影響。而絨囊鉆井液成本很高，材料目前在國(guó)內(nèi)不普遍，雖然絨囊鉆井液是無(wú)固相，但是絨囊進(jìn)入煤層裂縫后，不容易消散，而且在完井時(shí)需要通過(guò)破膠劑來(lái)解除。并對(duì)后期的開(kāi)采作業(yè)影響較大。利用絨囊鉆井液采氣比較困難，而利用低固相聚合物鉆井液體系不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

4 認(rèn)識(shí)與建議

（1）低固相聚合物鉆井液體系能夠滿(mǎn)足鉆探煤層氣水平井的要求。

（2）pH值較低、濾失量小、形成的泥餅致密光滑，可以有效的保護(hù)井壁穩(wěn)定。

（3）和絨囊鉆井液相比，由于固相含量低，鉆井液性能穩(wěn)定，維護(hù)處理比較方便，可以節(jié)約鉆井成本。

（4）低固相鉆井液體系對(duì)井徑擴(kuò)大率影響小，平均井徑擴(kuò)大率為7%。

（5）絨囊鉆井液鉆完后，需要進(jìn)行破膠洗井作業(yè)，工序比較繁瑣，加深鉆井周期。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭立會(huì)，孟尚志，曹園.絨囊鉆井液控制煤層氣儲(chǔ)層傷害室內(nèi)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2001，35（3）：439-422

[2] 席鳳林.無(wú)固相鉆井液在煤層氣井中的應(yīng)用[J].鉆井液于完井液，1998，15（6）：37-39

[3] 孫建平.煤層氣井鉆井液特點(diǎn)的探討[J].中國(guó)煤田地質(zhì)，200，15（4）61-62，71

作者簡(jiǎn)介

符禮，男，助理工程師，2008年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系，現(xiàn)在中石化華東石油局鉆井工程公司，主要從事現(xiàn)場(chǎng)鉆井液研究工作。