提高煤層氣鉆井質(zhì)量的技術(shù)分析

李國(guó)紅

摘 要 我國(guó)正在加大力度勘探和開發(fā)煤層氣，煤層氣鉆井施工技術(shù)越來越受到重視，煤層氣鉆井因施工機(jī)具、工藝技術(shù)、底層構(gòu)造等多方面因素影響而導(dǎo)致質(zhì)量普遍不高。本文主要圍繞煤層氣鉆井中的關(guān)鍵技術(shù)問題，重點(diǎn)分析了提高煤層氣鉆井質(zhì)量的措施，以期能為有關(guān)方面提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 煤層氣；鉆井質(zhì)量；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào) TD842 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）16-0188-02

所謂的煤層氣，又叫做煤層甲烷，在煤炭行業(yè)被稱為瓦斯，它的主要成分為甲烷，一般是在煤基質(zhì)顆粒表面進(jìn)行吸附，部分甲烷在煤孔隙中游離，還有的是在煤層水中溶解的烴類氣體，它一般在煤層中賦存。在空氣中，當(dāng)煤層氣的主要成分甲烷達(dá)到5%～16%的濃度時(shí)，遇到明火就會(huì)產(chǎn)生爆炸。但在非常規(guī)油氣中，煤層氣又是一項(xiàng)重要的高效清潔能源，如果正確的進(jìn)行利用，能夠使其產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。煤層氣鉆井工藝基本上類似于石油鉆井工藝，都是在鉆成井眼以后，將套管固定在井壁，從而實(shí)現(xiàn)采氣的目的。煤層氣鉆井技術(shù)的難度較大，想要使煤巖體的傷害得到有效避免，勘探人員需要加強(qiáng)對(duì)煤層氣鉆井質(zhì)量的技術(shù)研究。

1 煤層氣鉆井的特殊性

1）容易污染到煤層，煤層保護(hù)措施具有較大的實(shí)施難度。煤層段具有較低的空隙壓力，而且固井水泥漿、完井液和鉆井液中的濾液很容易污染到孔隙；但在進(jìn)行鉆井完井時(shí)，又需要對(duì)鉆井液和完井液的密度適當(dāng)提高，從而避免井壁坍塌，確保從煤層安全鉆穿，使井內(nèi)保持壓力平衡。煤層在固相含量和濾矢量增加的情況下受到污染。

2）煤層氣井具有較長(zhǎng)的產(chǎn)氣周期，對(duì)井的壽命要求高。煤層氣一般是在煤層縫隙表面上吸附，它的產(chǎn)出規(guī)律與天然氣恰恰相反，其解吸的過程需要在長(zhǎng)期的排水降壓后進(jìn)行。通過調(diào)查分析得知，20年是煤層氣井可開采的最低年限，所以要求井有較長(zhǎng)的壽命。

3）井壁具有較差的穩(wěn)定性，復(fù)雜的故障容易出現(xiàn)在井下。煤層具有較低的強(qiáng)度、較差的膠結(jié)性和均質(zhì)性，其剪切應(yīng)力作用相對(duì)較高。

4）煤層破碎后具有較多的游離氣，取心存在一定難度。煤層具有較大間隙、較差的膠結(jié)性和較低的機(jī)械強(qiáng)度，另外具有較低的煤層取心收獲率。

2 煤層氣鉆井中的關(guān)鍵技術(shù)問題

1）鉆井液固相控制。合理控制鉆井液固相主要是指將無用固相徹底清除，將有用固相適當(dāng)保存，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井技術(shù)的優(yōu)化。在煤氣層鉆井過程中，一開可以忽視對(duì)鉆井的液性要求，只需要保證正常鉆井，但二開時(shí)就需要在鉆進(jìn)過程中使用清水，在進(jìn)入煤系地層以后，更是對(duì)粘度、pH值、密度以及含沙量有較高的要求。為了防止煤層在鉆進(jìn)過程中受到傷害，需要把鉆井液密度控制在每立方厘米大于1.01g且小于1.03g的范圍內(nèi)。

2）井斜控制。合理控制井斜主要是對(duì)實(shí)鉆井眼進(jìn)行控制，避免其余設(shè)計(jì)鉛錘井眼存在較大的偏離。井壁坍塌、起下鉆遇阻以及鍵槽卡鉆等問題會(huì)因井斜的控制不合理而出現(xiàn)，對(duì)固定的質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。所以，在煤氣層鉆井施工中，井斜的控制是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)，不恰當(dāng)?shù)你@井安裝、不合理的鉆進(jìn)參數(shù)、滯后的單點(diǎn)測(cè)斜都會(huì)導(dǎo)致井斜控制不當(dāng)。

3）煤層鉆進(jìn)。地處煤系地層進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，要準(zhǔn)確確定鉆探的判層，制定鉆井質(zhì)量的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)質(zhì)狀況為測(cè)井深度與鉆井判層深度的誤差不超過5%，合格狀況為5%～10%，不合格狀況為10%以上。根據(jù)500m井深進(jìn)行計(jì)算，優(yōu)質(zhì)狀況為煤層深度誤差在0.3m以下，合格狀況為0.3～0.6范圍內(nèi)，不合格狀況為0.6m以上。在鉆進(jìn)施工時(shí)，鉆時(shí)的記錄需要每鉆進(jìn)0.1m進(jìn)行一次，從而保證采集到足夠的煤樣標(biāo)本。

4）下套管及固井。施工過程中，通過全孔套管技術(shù)進(jìn)行煤層氣鉆井，要求井底保持1.5m～2.0m的懸空。接箍與煤層頂?shù)装宓木嚯x控制在2.0m以上，最下端的套管與浮鞋和浮箍相連接。固井過程中，首先要對(duì)添加劑和水泥用量合理控制，控制水泥漿密度在每立方厘米1.6g以下，漿液水灰比控制在大于0.55且小于0.6范圍內(nèi)。在完成下管施工后要使用清水進(jìn)行沖井，水泥漿固井施工可以在返出的鉆井溶液密度低于1.03時(shí)進(jìn)行。需確保連續(xù)進(jìn)行固井施工，對(duì)水泥漿密度進(jìn)行多次測(cè)量，并適當(dāng)調(diào)整，固井在超過48h侯凝以后進(jìn)行固井試壓。

3 提高煤層氣鉆井質(zhì)量的措施

1）鉆井液固相控制的技術(shù)要求。想要確保鉆孔的安全性，使用好的泥漿是關(guān)鍵。現(xiàn)如今，我國(guó)大部分企業(yè)在煤層氣鉆井一開時(shí)，護(hù)壁作業(yè)采用聚丙烯酰胺低固相泥漿來完成，選用無固相沖洗液進(jìn)行二開鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到煤層附近時(shí)更換為清水。需要使用振動(dòng)除砂器對(duì)泥漿進(jìn)行凈化，循環(huán)槽長(zhǎng)度控制在30m以上，設(shè)置5個(gè)洗淀槽。在施工過程中，要加強(qiáng)管理和維護(hù)鉆井液，使鉆井液的性能得到較好保障。同時(shí)，因?yàn)槊合档貙泳哂袊?yán)重的泥巖造漿情況，另外巖屑經(jīng)過鉆頭切削具有較小的顆粒，無法通過振動(dòng)篩進(jìn)行清除，所以碎屑的清除需要通過換漿來實(shí)現(xiàn)。在確保鉆井液濃度達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過振動(dòng)篩除砂，并及時(shí)補(bǔ)充消耗掉的鉆井液；部分換漿工藝在每鉆進(jìn)150m左右進(jìn)行一次，徹底換漿要在鉆到煤系地層前完成，在鉆進(jìn)過程中，需要對(duì)循環(huán)槽及沉淀坑內(nèi)的巖屑及時(shí)清除掉，同時(shí)對(duì)地層的鉆井液的pH值和粘度進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)，對(duì)其參數(shù)密度進(jìn)行合理控制。

2）確保下套管和固井順利進(jìn)行的措施。為了使套管長(zhǎng)度能夠準(zhǔn)確測(cè)量，在下套管以前需要采用前后顛倒丈量?jī)纱蔚姆椒?，將相?yīng)的長(zhǎng)度和序號(hào)標(biāo)在套管上。要全面檢查送上平臺(tái)的套管，防止出現(xiàn)明顯彎曲或傷痕等缺陷，隨后通徑，對(duì)絲扣和接箍進(jìn)行檢查，確保其余設(shè)計(jì)要求相符合。在下套管過程中，需要對(duì)套管入井順序進(jìn)行明確，對(duì)下套速度進(jìn)行合理控制，同時(shí)對(duì)自動(dòng)灌泥漿及泥漿的返出情況進(jìn)行密切關(guān)注，一般發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)采取有效措施處理。固井以前，需要對(duì)水泥及添加劑的劑量進(jìn)行精確計(jì)算，將充足的清水準(zhǔn)備好，便于順利排漿；隨后根據(jù)實(shí)際情況試壓固井管線，固定活動(dòng)管線；在固井時(shí)，對(duì)高壓管線的走向及位置加強(qiáng)注意，避免損壞管線，同時(shí)安排專人回收和排放泥漿。在完成固井后，需要對(duì)固井管線進(jìn)行及時(shí)清理，避免出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，并將沉淀池處理好，便于下一步鉆井施工。

3）主要防斜措施。井斜控制直接影響著設(shè)備的安裝好壞，對(duì)設(shè)備安裝嚴(yán)格把關(guān)已成為防斜的重要環(huán)節(jié)，另外還需要將開孔、換徑、鉆具組合的挑選等安裝環(huán)節(jié)抓好。其中包括以下加點(diǎn)。一是夯實(shí)平整地基，將孔位定位好，要確保鉆塔和鉆機(jī)的牢固性，對(duì)井口、轉(zhuǎn)盤以及天車進(jìn)行檢查，確保三者中心位于一條垂直線上；二是開孔工序需要通過筆直的粗徑鉆具進(jìn)行，與后軸線保持同心連接?？刂七m當(dāng)?shù)你@速，大概為每小時(shí)2m；三是鉆進(jìn)時(shí)通過同徑的扶正器導(dǎo)向鉆具來完成，如果需要進(jìn)行變層施工，則需要將壓力適當(dāng)減小，將鉆進(jìn)速度有效降低；四是選擇筆直的滿眼鉆具組合，使井斜角和井眼曲率變大現(xiàn)象得到有效轉(zhuǎn)變。在孔內(nèi)確保鉆具位于中心位置，加壓通過鉆鋌來實(shí)現(xiàn)；五是測(cè)斜記錄按時(shí)做好，首次測(cè)斜在完成一開鉆進(jìn)后進(jìn)行，每隔50m進(jìn)行一次后續(xù)的記錄，避免井斜失去控制，對(duì)后期的鉆井質(zhì)量造成嚴(yán)重影響；六是如果井斜得不到有效控制，需要對(duì)通過合適的鉆具進(jìn)行糾斜。如頂角出現(xiàn)較大的變化，在糾斜時(shí)可采用螺桿鉆具進(jìn)行，如果頂角的變化較小，則需要吊打鉆進(jìn)。

4）鉆進(jìn)煤層措施。推算是鉆進(jìn)煤層工序中的重要內(nèi)容，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)巖屑遲到時(shí)間、標(biāo)志層深度進(jìn)行確切的計(jì)算，地層底界需要根據(jù)撈出的巖屑進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。為了防止煤系地層受到破壞，在距離頂板2m以內(nèi)時(shí)有加強(qiáng)注意，司鉆要對(duì)壓力表及卷筒要盯緊，一旦進(jìn)尺有加快的趨勢(shì)則需要將鉆具及時(shí)關(guān)掉；如果進(jìn)尺速度逐漸緩慢下來，則需要對(duì)鉆井參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，并根據(jù)沖上來的煤屑變化對(duì)煤層厚度和底板深度進(jìn)行

計(jì)算。

4 結(jié)論

綜上所述，煤層氣因其特有的優(yōu)勢(shì)受到國(guó)家的重視，它所具有的高效性和清潔性使國(guó)家對(duì)其進(jìn)一步增大開發(fā)力度，在今后一個(gè)時(shí)期，煤層氣將發(fā)揮著無可替代的作用。盡管煤層氣鉆井具有較大的危險(xiǎn)性和復(fù)雜的工序，但只要采取有效措施提高煤層氣鉆井質(zhì)量，就能夠達(dá)到安全高效采氣的目的。

參考文獻(xiàn)

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