煤層氣鉆井工藝技術(shù)研究

王勤(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司工程技術(shù)研究院,遼寧 盤錦 124010)

1 儲藏煤層的物理特點

因為煤層氣主要依附于煤層中，充分了解煤層特征，才能達(dá)到煤層氣高效開采的目的，目前我國的煤層主要具有以下特征:

1.1 煤層中的碳具有強烈的吸附作用，因此煤層氣常以吸附的狀態(tài)儲存于煤層中。

1.2 煤層常會發(fā)育較多面割理和端割理，致使煤層易產(chǎn)生彈塑性變形，而且易碎。

1.3 煤層中常含硬質(zhì)夾矸，軟硬相間的不均勻分布。

2 煤層氣的鉆井工藝技術(shù)要求

2.1 鉆井技術(shù)對井斜的要求

煤層氣開采對鉆井斜度要求嚴(yán)格，井斜度將對后續(xù)進(jìn)行的射孔、壓裂、安裝等工藝流程產(chǎn)生直接的影響。如井的深度在1000m左右，則井斜度必須小于3°。至少有3個溜煤眼分與區(qū)段運輸巷相通，以達(dá)到通風(fēng)要求，并且滿足行人和掩護(hù)支架回收的要求。但應(yīng)少于6個溜煤小眼，否則可能造成壓力過大，導(dǎo)致掩護(hù)支架拆除困難。當(dāng)支架頭放至收作位置時，應(yīng)停止支架的下放，將整體偽傾角調(diào)整到25°-30°之間，調(diào)整到規(guī)定要求后，在中間位置將鋼絲繩掐斷，然后進(jìn)行拆除鋼梁工作，操作時上下使用局部通風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)。

2.2 對鉆井液性能的要求

因為煤層的滲透性較低，因此，在鉆井過程要保持或是改善煤層的滲透性，這才能使煤層氣得到有效開采。鉆井過程中，鉆井液可能侵入煤層造成堿性傷害（或是固相傷害），堵塞滲透通道影響煤層氣開采，因此通常采用的鉆井液都是密度低、pH值較低、粘度低和無固相或固相含量低的。

2.3 煤層的鉆進(jìn)要求

在鉆進(jìn)煤系地層時，對地層判斷必須要準(zhǔn)確。如果出現(xiàn)測井解釋深度和鉆井判層深度的誤差超過10‰，則視為不合格。在井的鉆進(jìn)時，一定要作好地質(zhì)錄井和鉆時錄井。

2.4 套管的下放要求

一般煤層氣鉆井采用全孔二級套管。套管一般下放到距離井底為1.5到2米的深度。套管的接箍位置應(yīng)與煤層頂板和底板相距2m以上。套管底端連接浮鞋,距浮鞋2至3米間接浮箍。煤層段應(yīng)下放長套管，要求套管的接箍盡量不出現(xiàn)在煤層位置。過煤層后的套管，每間隔一根就需下入長度為3.0m左右的短標(biāo)志管。從底部起，向上第三根套管開始下扶正器，煤層段之上和下端三根套管都需安裝扶正器，下端每隔兩根套管安裝一個扶正器，上部可視情況安裝，距離井口最近的套管必須安裝有扶正器。下套管前需提前進(jìn)行通井。下套管時保持絲扣清潔并涂抹絲扣油，并且保證絲扣緊密連接。在套管下入過程中要及時補入鉆井液，保證壓力平衡。套管下完后要保證鉆井液的不斷循環(huán)。

2.5 煤層井的固井要求

固井過程中，先注入前置液完成洗井工作，然后根據(jù)煤層的厚度、層位，確定水泥漿液的密度及注入量。泥漿密度一般小于1.65g/cm3。泥漿的注入必須保持連續(xù)，并且要分幾次監(jiān)測泥漿的密度，保證合乎設(shè)計要求。泥漿注入結(jié)束后用清水頂替，計算阻流環(huán)以上套管柱內(nèi)容積，用以確定清水的頂替量，頂替壓力15MPa。試壓為20MPa，如果在30分鐘后壓降小于0.5MPa則試壓合格；在灰漿候凝48小時后通過聲、放、磁三種參數(shù)的檢驗測固井的質(zhì)量。

3 煤層氣鉆井具體工藝措施

3.1 井斜防控措施

3.1.1 鉆塔必須按規(guī)范要求安裝，確保天車中心、轉(zhuǎn)盤中心和井口中心在一條線上；并且要保證鉆機轉(zhuǎn)盤處于水平。

3.1.2 在松脆、軟硬相交的地層段要嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，采用吊打的方式避免井斜。

3.1.3 根據(jù)待鉆層位的具體情況，采用相適宜的鉆具組合，不能使用級配差異太大的鉆桿，粗徑鉆具要直，鉆具在孔內(nèi)要保持居中。

3.1.4 在鉆井的過程要連續(xù)及時的測量井斜，一開完鉆后一定要對井斜進(jìn)行測量，之后每隔50m測量一次井斜，一旦出現(xiàn)井斜狀況要及時采取糾正措施。

3.2 鉆井液性能的控制措施

在鉆進(jìn)煤系地層時，因其地層性質(zhì)，鉆頭切削產(chǎn)生的部分巖屑不能被及時攜帶出地表，在井中易造成二次或多次破碎，形成極小的巖屑顆粒，導(dǎo)致不能及時清除，此時必須進(jìn)行換漿。自二開起除砂要用除砂器，以此來保證鉆井液密度符合要求。隨著鉆井液消耗要及時對其補充，每鉆進(jìn)150米左右需要進(jìn)行一次部分換漿，在鉆遇煤層之前必須要徹底換漿。在未鉆遇煤系地層前每個小時要對鉆井液的pH值、密度、粘度等進(jìn)行四次測定，鉆進(jìn)煤系地層后每一小時進(jìn)行一次測定。

3.3 煤層鉆進(jìn)措施

準(zhǔn)確判斷煤層深度及頂?shù)走吔?。在鉆進(jìn)距煤層頂界2米左右時，司鉆要時刻注意壓力和卷筒的變化，一旦出現(xiàn)進(jìn)尺突然加快要立即停鉆并進(jìn)行大泵量沖井，然后采用慢鉆、小泵量、低泵壓鉆進(jìn)。同時做好煤樣撈取工作，如果進(jìn)尺開始變慢，就可以對鉆井參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并且觀察上返煤屑的變化，確定煤層厚度和底界深度。

3.4 套管下入措施

下套管操作前，要仔細(xì)檢查設(shè)備運行狀況以及吊卡的開合性能，對待下入套管進(jìn)行編號，并且準(zhǔn)確丈量套管長度，下入過程中按照套管排序依次下入。為使入井套管接箍避開煤層，要注意煤層下部套管長度的調(diào)整。

3.5 固井措施

固井前要計算清水、水泥以及添加劑用量，并進(jìn)行充足準(zhǔn)備，并提前挖掘足夠大的蓄漿池，以便排放固井過程中所產(chǎn)生的廢漿液，防止造成環(huán)境污染。

4 結(jié)語

我國開采煤層氣的技術(shù)還處于不成熟階段，特別是鉆井的工藝技術(shù)還需要進(jìn)一步開發(fā)和改進(jìn)，需要不斷地進(jìn)行技術(shù)工藝改進(jìn)，并要應(yīng)用于實際工程中，最終實現(xiàn)低成本、高成效的煤層氣開采。