新疆阜康白楊河西煤層氣3井鉆井質量控制

鄧雪峰

摘要：文章結合地質情況對新疆阜康礦區煤層氣3井鉆井的難點分析后，以保證鉆井質量為目的，制定了相應的技術措施和質量控制措施。實鉆效果表明，只要鉆井施工人員嚴格執行技術措施就可以利用現有設備高質量完成煤層氣井鉆井任務，為今后煤層氣勘探井的施工打下了良好的基礎。

關鍵詞：煤層氣；鉆井質量；質量控制；勘探井；地質情況 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2016）20-0153-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.076

1 概況

新疆準南煤田阜康市白楊河西一帶煤炭資源量豐富、煤層厚度大、煤層氣含量高、滲透性好，是煤層氣開發的理想區域。為調查并評價該區煤層氣的資源潛力和可采性，新疆煤田地質局在白楊河西一帶施工了煤層氣3井。

煤層氣3井所在區域位于準噶爾坳陷區以南的黃山—二工河向斜北翼，總體上構造為地層南傾的單斜構造，走向為近東西向。出露地層為中生界三疊系黃山街組、下侏羅統八道灣組、三工河組和新生界第四系。地層傾角為45°～53°，含煤地層在走向上和傾向上變化不大，構造復雜程度劃分為簡單構造類型。

煤層賦存于下侏羅統八道灣組（J1b）地層中，其中主要可采煤層分布于該組地層的下段（J1b1），含煤10層，煤層平均總厚69.56m。其中可采煤層8層，煤層較穩定，均為全區可采煤層。目標煤層為39、42號煤層。

2 施工目的及難點

2.1 施工目的

煤層氣3井鉆探目的任務：本井為大口徑參數井加生產試驗井，要求取全取準目的煤層的儲層參數；包括煤層厚度、埋藏深度、煤巖及煤質特征、割理和裂隙發育程度、煤層氣含量、煤層頂底板巖石的力學性質等參數，為此要求目的煤層39、42號煤層及其頂底板段繩索取心鉆進，其余無心鉆進。

2.2 工作難點

根據以往地質資料，此區域地層傾角大，巖性不均勻，軟硬互層交替頻替，鉆井中井斜控制困難，井身質量不好保證。預防井斜是該區鉆井施工的重點。由于鉆遇煤層多、厚度大、機械強度低，在鉆井過程中井壁易產生坍塌等不安全因素，造成施工難度加大。

3 控制措施

3.1 質量控制措施

在鉆探施工過程中影響鉆探質量的因素是多方面的，不同階段出現的質量問題是不同的，因此質量控制必須是全過程、全方位的控制。按照控制措施作用于控制對象的時間，分為事前控制、事中控制、事后控制。

3.1.1 事前控制。針對鉆探的事前控制主要包括設備配置、人員培訓、鉆探工作流程、方法的制定、質量監控制度的制定等，在工作中避免和減少質量問題的出現。設備的穩定性、可靠性、準確性都將影響工作質量，在鉆探生產前必須對鉆探軟硬件設備的技術指標和性能進行校驗，定期檢修以保證施工成果符合生產技術要求，所有設備必需滿足進行鉆探施工的要求。

人員是鉆探工作的參加、執行者，鉆探過程中的所有工作由人來完成，他們的素質的高低直接或間接地對鉆井質量產生影響。參加鉆井工程管理、施工的人員素質和工作經歷不同，各自施工鉆探施工方法存在著相當大的差異，工作習慣、方法不同。為保證質量，必須及時制定出實踐操作性較強的技術措施，組織參加鉆井工程施工的人員，統一學習質量標準、工作流程、方法，統一認識。熟知鉆孔質量驗收標準和與鉆探施工有關的規程要求，以盡量避免有關違犯規程要求的不當行為，以確保鉆探工程質量。

鉆探管理人員的工作直接關系到鉆井的質量，要求管理人員要有較全面的鉆探專業知識技能。對鉆井設計要進行全面詳細的了解，準確的知道所施工鉆孔的施工目的和地質任務及質量要求。熟知鉆孔質量驗收標準和與鉆探施工有關的規程要求，熟悉鉆探工藝，以便及時發現和糾正有關違犯規程要求的不當行為，以確保鉆探工程質量。

3.1.2 事中控制。事中控制包括對整個鉆探工作全過程的控制。過程中每個環節都要以統一的規范和施工設計為依據，嚴格遵守操作規程和技術標準。

第一，鉆探施工階段主要是巖芯的采取。制定合理有效的施工方案，確保巖芯能夠盡可能的取全取準，巖芯的采取率和特殊巖層的采取率必須滿足規范和施工目的的要求。對于巖芯的采取率和特殊巖層的采取率不能滿足要求的，應作相應處理后，找出原因，改進工作，滿足規范和施工目的的要求后才能繼續施工。

第二，鉆探過程要建立完善的質量監控制度，以質量監控制度的有效執行來盡可能的發現問題、解決問題，最終保證鉆探質量。主要包括日常性的檢查制度、自互檢制制度、抽檢制度、階段性檢查制度等制度，對鉆探過程中的每個環節要進行嚴格檢查把關，并要切實將制度貫徹執行，才能取得成效。

3.1.3 事后控制。事后控制指對形成后的鉆探成果的質量監控，對鉆探成果進行全面質量檢查，作為最終驗收的依據。驗收確定鉆孔是否完成全部設計的地質任務，以及有無需補救的項目，決定鉆孔是否進行下一步工作。

3.2 質量要求和技術措施

根據施工目的及難點在鉆探施工的各環節制定了防斜、防污染、防塌等措施，確保鉆井質量。

3.2.1 設備選擇。鑒于煤層埋深接近750m，終孔深度設計為800m，且地層變化可導致孔深增加，因此在選擇設備商，充分考慮到這些因素，以使鉆探鉆井順利達到施工目的。

3.2.2 井身質量要求。

第一，鉆井深度：鉆達設計井深或完鉆要求井深，以轉盤面至井底校核后鉆具實長為準的鉆井深度。

第二，全角變化率、井斜角、井底水平位移、井徑擴大率應符合表2規定：

第三，交井以完鉆電測連續測斜資料為準，測點讀值≤25m，特殊情況要加密，最后一測點距離完鉆井底不大于10m。

3.2.3 井身結構。

第一，一開井徑Ф311.15mm，井深20m，下入Ф244.5mm表層套管。固井水泥返地面。

第二，二開井徑Ф215.9mm，鉆至井深750m停鉆，下入Ф139.7mm生產套管固井。固井水泥返至42號煤頂板以上200m。

3.2.4 鉆具組合及鉆進參數。由于該區地層角度大屬易斜地層，一開以前采用Ф215.9mm鉆頭帶Ф214mm扶正器打30m先導孔。

第一，一開鉆具組合及鉆進參數和技術措施。鉆具組合：Ф311.4mm鉆頭+Ф214扶正器+Ф178mm鉆鋌+Ф214扶正器+方鉆桿；鉆壓：20kN；鉆速：48r/min；排量：20L/s；泵壓：0～2MPa。

（1）把好安裝質量關，對底座和轉盤要測水平。保證天輪、轉盤和井口三點一線，各種配套工具設備須到位；（2）鉆進中要輕壓吊打，適當控制鉆速，要用水平儀找正方鉆桿，防止水龍管把方鉆桿拉斜，造成井眼偏斜，每100m測斜一次。非特殊情況下三個班組的施工參數要基本保持一致。

第二，二開鉆具組合及鉆進參數和技術措施。鉆具組：Ф215.9mm鉆頭+Ф214扶正器+Ф178mm鉆鋌（一根）+Ф214扶正器+Ф178mm鉆鋌（三根）+159mm鉆鋌（六根）+Ф127mm鉆桿+方鉆桿；鉆壓：20～60kN；轉速：48～69r/min；排量：20L/s；泵壓：2～8MPa。

（1）開鉆前按設計要求裝好井口，不要求對套管試壓；（2）鉆頭進出套管時要慢防止碰碴；（3）鉆壓始終低于鉆鋌重量30%，防止孔斜，每100m測孔斜一次，發現井斜立即采取措施，確?？咨碣|量合格。非特殊情況下三個班組的施工參數要基本保持一致；（4）下鉆要操作平穩，不得猛剎、猛放，每次下鉆要探井底沉砂高度，決定是否要調整鉆井液性能和循環時間，如下鉆不能一次到底，要分段循環；（5）起鉆每5根要灌滿鉆井液一次，要充分做好井下復雜情況和事故的預防工作。

第三，取心鉆進鉆具組合及鉆進參數和技術措施。鉆具組：Ф215.9mm鉆頭PDC+Ф130mm繩索取心鉆具+Ф127mm鉆桿+方鉆桿；鉆壓：20～40kN；轉速：48r/min；排量：10L/s；泵壓：2～5MPa。

要求取心采取率達90%以上，提升速度<0.02H（min）。煤心產狀、結構、夾矸清晰，無污染。

（1）要認真搞好煤層保護工作，作業過程要服從地質工作需要，加強鉆井液凈化工作，維護好性能達到保護煤層的要求；（2）使用單動雙管取心器，保證收獲率及煤芯出筒速度及時裝入解吸罐。以往實踐表明單動雙管取心器比半合管煤層取心器裝罐時間短。機班長必須掌握工具性能，結構、裝配質量及使用操作要點。制定切實可行的取心措施，并進行技術交底。工具入井前要認真丈量、檢查、保養作詳細記錄，確保性能良好；（3）取心前必須做好的準備工作：有詳細準確的地質預報，卡準取心層位。為確保取心段深度的準確性，在預計39、42號煤頂板以上50m時進行測井，根據對39煤頂板以上煤層的深度確定取心段開始的深度位置；（4）下鉆：將組裝好的取心工具外管放入內管檢查間隙。循環壓力正常，井底無沉砂，井眼暢通無異常后方可投（下）入內管。嚴格控制鉆具下放速度，以防止水眼堵塞，中途遇阻以沖為主，少劃眼或不劃眼，嚴重遇阻應該用牙輪鉆頭通井。取心工具下到距井底3m位置循環洗井。內管投入后，若泵壓低于正常泵壓0.5～1.0MPa，則說明內管不到位，應查明原因再取心鉆進；（5）取心鉆進：取心鉆進前，應先將鉆盤轉速泵量調整到設計值。取心鉆進開始，應在進尺10cm內均勻地將鉆壓加到設計值。送鉆均勻，嚴禁頓鉆、嚴禁中途停泵、停鉆盤或上提方鉆桿，嚴禁中途調整泥漿。若發現泵壓升高，則可能是堵心，應提出內管檢查處理，提內管時按割心程序進行。煤層取心鉆進每回次進尺控制在1.5m以內，每次研究進尺經驗；（6）割心：鉆至預定進尺后，停鉆盤、泵，低速上提鉆具0.5m實現割心，不需研心，亦不需回落；（7）提內管：打撈器下至內管以上50m左右加速下放。上提內管開始應緩慢，待內管進入鉆桿可逐漸加速。若上提遇阻，可上下活動。若無效，不得強拉硬拽，應下放到原位，從井口放解卡器，將內管留在鉆具內，提出打撈器，上大鉆處理。若解卡器不能脫開打撈器，可在井口將鋼絲繩安全銷拉斷，再起鉆處理；

（8）鉆桿入井前要逐根通徑，以保證取心內管順利入井、出井。

3.2.5 鉆井液設計。由鉆探技術人員研究制定污染最小化的泥漿配比方案，盡量采用低密度、低pH值（7.0～8.0）、低黏度、低固相（或無固相）泥漿。清水鉆井不易攜砂和井壁穩定，極易造成井塌、沉砂卡鉆等事故（尤其在厚煤層中），延長了鉆井時間，使煤層浸泡時間增長，反而對保護煤層不利。

一開、二開至煤層頂板均采用低固相鉆井液，處理劑類型為cHC-1、PHP、CMC。嚴格執行鉆井液設計，維護好鉆井液性能。

第一，井段鉆井液性能設計。

一開：密度1.04～1.10；漏斗黏度20～40。

二開：密度1.03～1.13；漏斗黏度20～35；APL失水<10。

第二，循環系統配制。泥漿池20m3、沉淀池8m3、循環槽長20m、槽寬0.6m。

第三，泥漿配比。

一開泥漿配比：黏土5%、增粘使用CMC，降黏使用cHC-1。

二開泥漿配比：黏土2%～5%、PHP50ppm、降失水使用cHC-1。

二開使用cHC-1降黏控制流變性，進入煤層前30m使用低比重鉆井液，黏土量降為2%，處理劑只使用鉀基cHC-1，泥漿比重不超過1.04。

煤層氣3井鉆遇39、42號煤頂板以上20m時清洗井筒，改用無固相鉆井液鉆進，對39、42號煤層和煤層頂底板取心，使39、42號煤層的污染降到最低。進入煤層前，鉆井液中盡量不加高聚物處理劑，降低泥漿對煤層的損害。

第四，全體工作人員須牢固樹立保護煤層的意識，保證各措施的實施。盡量縮短煤層在泥漿中的暴露時間。施工單位各部門要密切配合，盡量縮短鉆井周期，減少鉆井液對煤層的浸泡時間。

4 實鉆效果

以保證鉆井質量為目的，在鉆探施工中嚴格執行針對煤層氣3井鉆井制定的技術措施和質量控制措施，安全、順利地完成了煤層氣3井施工任務。煤層氣3井設計井深800m，實際井深800m，井斜2°20′，取心采取率達90%，提升速度<0.02H（min）；煤心產狀、結構、夾矸清晰，無污染；達到質量要求，實現一次成井。該井基本上發生井內事故，充分證明了鉆探施工設計合理，該套技術措施和質量控制措施是行之有效的。

5 結論與建議

（1）在煤層氣勘探施工中，科學運用現有的鉆探技術設備可以達到預期目標。制定針對性的鉆井技術及與之相對應的技術保障措施是確保實現鉆井目的的重要因素。參加施工的管理、工程人員是鉆井的最直接的參與者，只有他們真正貫徹了相對應質量控制措施、技術措施，才能保證利用現有設備的鉆井目的實現的根本保證；（2）低固相鉆井液并非最佳鉆井液，因為煤儲為負壓地層，因此使用低固相鉆井液鉆開煤層氣儲層時，同樣會在一定程度上產生損害作用。較好的方法是使用空氣泡沫鉆井液鉆開煤層，這樣才能更加有效地保護儲層、增加產量、提高鉆井效率。但由于缺少設備和技術上的支持，尚未實現用泡沫鉆進煤層的施工工藝，這是下一步工作的方向；（3）煤層氣3井雖然達到了鉆井目的，但也看出現有水源鉆井設備和施工技術還未滿足大口徑煤層氣高效、低成本、快速成井的要求。目前煤層氣勘探技術水平卻相對滯后，遠不能滿足新疆煤層氣勘探開發的步伐和需要，需要廣大工程技術工作者共同攻關，根據新疆煤層氣地質特征引進先進的鉆井設備，加強煤層氣鉆井技術手段的研究和與之相適應的鉆井施工技術的探索，這對今后更好地勘探開發利用新疆煤層氣有著重要的現實意義。

參考文獻

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