繩索取芯技術在韓城煤層氣井中的應用

黎耀斌

薛啟平

（陜西省煤田地質局一三一隊，韓城715400）

0 引言

近年來，中石油煤層氣有限責任公司對韓城區塊煤層氣資源進行大規模的勘探開發，陜西省煤田地質局一三一隊承擔了許多煤層氣探井、參數井、生產井的施工任務，在施工中為了快速準確獲取目標煤層的埋深、厚度、煤巖及煤質特征，割理及裂隙發育程度，含氣量、含氣飽和度、等溫吸附曲線、滲透率、儲層壓力、地應力，煤層頂底板巖石物理力學性質等參數，優選采用繩索取芯鉆進技術。下面就以WLC20#煤層氣探井為例，對煤層氣繩索取芯工藝、技術參數、操作注意事項及取得的成果作以介紹。

1 鉆井地質簡介、目的及取芯質量要求

1.1 鉆井地質簡介 WLC20#位于陜西省韓城市盤龍鄉道口梁村前雨溢組西50m，在大地構造位置上處在鄂爾多斯盆地東南緣，淺部構造復雜，斷裂發育，中深部地層平緩，斷裂較少。設計井深1030m，鉆井海拔高863m。該井鉆遇地層自上而下為：第四系（Q），三疊系下統劉家溝組（T1l），二疊系上統石千峰組（P2s）、上石盒子組（P2sh），二疊系下統下石盒子組（P1sh）、山西組（P1s），石炭系上統太原組（C3t），石炭系中統本溪組（C2b），奧陶系中統馬家溝組（O2m）。目標煤層為二疊系下統山西組3#煤層和石炭系上統太原組11#煤層。完鉆層位，奧陶系中統馬家溝組。

1.2 鉆井目的 鉆穿11#煤層以下40m完鉆，下套管，固井；獲取目標煤層（3#、11#煤層）的煤層埋深、厚度、割理及裂隙發育程度，含氣量、含氣飽和度以及煤層頂底板巖石物理力學性質等參數，為申報煤層氣儲量提供基本數據。

1.3 取芯質量要求 ①取芯層段為3#、11#煤層及直接頂底板各3m，煤芯采取率≥80%，巖芯采取率≥90%，煤巖芯直徑≥65mm。②煤芯從井底提取至井口上提時間不大于T=0.02H（H為煤層井深，單位m，T為上提時間，單位min），做到煤芯結構清楚，不污染，不磨燒變質，不混入雜質。

2 鉆井主要設備及取芯器具

2.1 主要設備

鉆機：GZ-2000 石家莊煤礦機械廠生產

井架：27m/A型 額定載荷800kN

泥漿泵：TBW1200/7B 石家莊煤礦機械廠生產

柴油機：12V135JZD/380HP 上海柴油機廠生產

柴油機：6135G/200HP 上海柴油機廠生產

振動篩：VZS-D型

泥漿測試儀器：NY-1型

2.2 取芯器具 根據本井取芯要求和取芯井段的地層巖性特點我們選擇了由河南平頂山五環實業有限公司生產的WH-B型大口徑繩索取芯器。該取芯器在設計上集中了煤田勘探多種取芯工具的優點，不僅能滿足煤層氣井對巖煤芯直徑和時間的要求，還能與內通徑≥93mm的￠127mm石油鉆桿直接連接。

取芯鉆頭選用￠215.9mm鋼體式多階梯PDC防沖刷鉆頭。這樣取芯和無芯鉆進口徑相配套，不需擴井，取芯和無芯鉆進鉆桿可相互轉換，大大提高了鉆進效率。

鉆桿選用內通徑≥93mm的￠127mm石油鉆桿，即可采用常規牙輪、PDC無芯鉆進，又可作為繩索取芯鉆桿鉆進。

3 鉆進工藝

3.1 井身結構 一開采用￠311mm牙輪鉆頭鉆穿第四系表層進入穩定基巖20m，下入￠244.5mm表層套管并固井。

二開采用￠215.9mm鉆頭鉆至完井，下入￠139.7mm技術套管并固井。

3.2 鉆具組合 一開組合：￠311mm牙輪鉆頭+￠203mm鉆鋌+￠178mm鉆鋌+￠159mm鉆鋌+108mm方鉆桿

二開組合：￠215.9mm牙輪鉆頭+￠178mm鉆鋌+￠159mm鉆鋌+￠127mm鉆桿+108mm方鉆桿

3.3 鉆井液

3.3.1 鉆井液配置與維護 采用底固相鉆井液鉆進。主要材料除了純堿、土粉以外，還有腐植酸鉀、防塌防卡劑、廣譜護壁劑和CMC、等。配置鉆井液時，先用預水化浸泡處理土粉，并充分攪拌。各個班組安排一名鉆井液管理員及時測量（不少于2次）鉆井液性能并做好記錄，根據測試結果及時調整鉆井液性能，并維護好鉆井液凈化設備保證其正常運轉。

3.3.2 鉆井液性能指標 漏斗粘度19-22秒，比重1.02-1.04g/cm3，pH 值 7-8，含砂量＜2%，失水量＜14ml/30min。

3.4 技術措施及施工作業要求

3.4.1 鉆進參數 巖層段：沖洗量900-1200L/min，鉆壓40-60kN，轉速 60-100r/min；煤層段：沖洗量 360-480L/min，鉆壓15-30kN，轉速40-60r/min。

3.4.2 操作要求 ①下入井內的鉆桿須經嚴格篩選，仔細檢查公母絲扣，嚴禁彎曲或嚴重磨損的入井。入井前，先確認內徑暢通，且要大于￠93mm，在下鉆前用自制“通徑規”通徑。②嚴格控制下放速度，以免水眼堵塞。下放時若中途遇阻，可先沖洗，少劃或不劃眼。若不能解決，可改用牙輪鉆頭通井劃眼至內徑暢通。切記勻速鉆進，參數必須維持穩定，嚴禁中途停泵、上提方鉆桿、鉆進中途不能調整鉆井液。③取芯前控制鉆速，起鉆試通井一次，確保井內無落物。④井內循環壓力正常，井底無沉砂、掉塊，井眼暢通無阻，方可送入取芯內筒。⑤內筒投入經確認到位后方可進行取芯鉆進。⑥鉆到預定進尺后，停泵，回轉實施割芯。若地層較硬或鉆遇煤層夾矸時，可適當磨芯后，再割芯。⑦卸開方鉆桿用絞車鋼絲繩將打撈器均勻送下，距內筒打撈頭約50m，適當放慢下放速度，以防沖壞內筒。⑧上提初期應緩慢，內筒進入鉆桿后可快速上提。⑨上提遇卡上下活動無效時，用脫卡器將內筒脫開丟在鉆具內，將鋼絲繩提出，若無法脫開打撈器時，拉斷打撈器的安全銷，將鋼絲繩提出來，起鉆處理。提芯過程應隨時往井內灌注鉆井液，以保持井內壓力平衡。⑩每取芯一個回次，要對取芯率的高低及其原因進行分析，確定下回次取芯的工藝參數和技術方案，確保巖煤芯采取率達到設計要求。

3.4.3 起鉆、換鉆頭操作要求 起鉆中嚴禁強拉，上卸鉆頭要注意保護好鉆頭的切削刃。

3.4.4 井場及人員要求 ①井場應設置一塊平整、干凈的場地，便于巖煤芯出筒。②夜間場地燈光能滿足取芯作業要求。③安排一名取芯專業技術人員，負責工具的調試、檢查、維修、保養及參數控制、繩索絞車的操作等技術指導工作。④取芯作業人員分工明確，各負其責，確保安全。

3.5 取芯成果 井深912.23-926.93m孔段，進取芯鉆進17回次尺14.70m。其中煤芯進尺3.7m，芯長3.40m，獲取率92%，巖芯進尺11.00m，芯長10.45m，獲取率95%。

井深966.70-985.55m孔段，取芯鉆進22回次，進尺18.85m。其中煤芯進尺6.25m，芯長5.93m，獲取率95%，巖芯進尺12.6m，芯長11.70m，獲取率93%。

4 結語

運用繩索取芯施工煤層氣井不僅要嚴格按照操作要求進行作業，還要熟練掌握繩索器具的結構和工作原理及現場一系列細節工作，做到勤分析井內情況，勤檢查保養取芯器具的配件，勤調整鉆進參數等，才能降低成本，保證質量，提高繩索取芯鉆進效率和經濟效益。

[1]袁志堅，曹偉.大口徑繩索取芯器在煤層氣參數井的應用[J].中國煤田地質，2007（3）：65-66.

[2]劉永彬.多工藝鉆進技術在煤層氣預探井的應用[A].全國煤炭地質鉆探研討會論文集[C].2007.

[3]商克林.瓦斯參數井中繩索取芯鉆進施工技術與應用[J].西部探礦工程，2012（2）：84-85.