提高煤層氣鉆井質量的技術分析

李國紅

摘 要 我國正在加大力度勘探和開發煤層氣，煤層氣鉆井施工技術越來越受到重視，煤層氣鉆井因施工機具、工藝技術、底層構造等多方面因素影響而導致質量普遍不高。本文主要圍繞煤層氣鉆井中的關鍵技術問題，重點分析了提高煤層氣鉆井質量的措施，以期能為有關方面提供借鑒和參考。

關鍵詞 煤層氣；鉆井質量；關鍵技術

中圖分類號 TD842 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0188-02

所謂的煤層氣，又叫做煤層甲烷，在煤炭行業被稱為瓦斯，它的主要成分為甲烷，一般是在煤基質顆粒表面進行吸附，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，當煤層氣的主要成分甲烷達到5%～16%的濃度時，遇到明火就會產生爆炸。但在非常規油氣中，煤層氣又是一項重要的高效清潔能源，如果正確的進行利用，能夠使其產生良好的經濟、環境和社會效益。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，從而實現采氣的目的。煤層氣鉆井技術的難度較大，想要使煤巖體的傷害得到有效避免，勘探人員需要加強對煤層氣鉆井質量的技術研究。

1 煤層氣鉆井的特殊性

1）容易污染到煤層，煤層保護措施具有較大的實施難度。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；但在進行鉆井完井時，又需要對鉆井液和完井液的密度適當提高，從而避免井壁坍塌，確保從煤層安全鉆穿，使井內保持壓力平衡。煤層在固相含量和濾矢量增加的情況下受到污染。

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

3）井壁具有較差的穩定性，復雜的故障容易出現在井下。煤層具有較低的強度、較差的膠結性和均質性，其剪切應力作用相對較高。

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、較差的膠結性和較低的機械強度，另外具有較低的煤層取心收獲率。

2 煤層氣鉆井中的關鍵技術問題

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，將有用固相適當保存，從而實現對鉆井技術的優化。在煤氣層鉆井過程中，一開可以忽視對鉆井的液性要求，只需要保證正常鉆井，但二開時就需要在鉆進過程中使用清水，在進入煤系地層以后，更是對粘度、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。

2）井斜控制。合理控制井斜主要是對實鉆井眼進行控制，避免其余設計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因井斜的控制不合理而出現，對固定的質量造成嚴重影響。所以，在煤氣層鉆井施工中，井斜的控制是一個關鍵環，不恰當的鉆井安裝、不合理的鉆進參數、滯后的單點測斜都會導致井斜控制不當。

3）煤層鉆進。地處煤系地層進行鉆進時，要準確確定鉆探的判層，制定鉆井質量的驗收標準，優質狀況為測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500m井深進行計算，優質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，不合格狀況為0.6m以上。在鉆進施工時，鉆時的記錄需要每鉆進0.1m進行一次，從而保證采集到足夠的煤樣標本。

4）下套管及固井。施工過程中，通過全孔套管技術進行煤層氣鉆井，要求井底保持1.5m～2.0m的懸空。接箍與煤層頂底板的距離控制在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。在完成下管施工后要使用清水進行沖井，水泥漿固井施工可以在返出的鉆井溶液密度低于1.03時進行。需確保連續進行固井施工，對水泥漿密度進行多次測量，并適當調整，固井在超過48h侯凝以后進行固井試壓。

3 提高煤層氣鉆井質量的措施

1）鉆井液固相控制的技術要求。想要確保鉆孔的安全性，使用好的泥漿是關鍵。現如今，我國大部分企業在煤層氣鉆井一開時，護壁作業采用聚丙烯酰胺低固相泥漿來完成，選用無固相沖洗液進行二開鉆進，鉆進到煤層附近時更換為清水。需要使用振動除砂器對泥漿進行凈化，循環槽長度控制在30m以上，設置5個洗淀槽。在施工過程中，要加強管理和維護鉆井液，使鉆井液的性能得到較好保障。同時，因為煤系地層具有嚴重的泥巖造漿情況，另外巖屑經過鉆頭切削具有較小的顆粒，無法通過振動篩進行清除，所以碎屑的清除需要通過換漿來實現。在確保鉆井液濃度達標的基礎上，通過振動篩除砂，并及時補充消耗掉的鉆井液；部分換漿工藝在每鉆進150m左右進行一次，徹底換漿要在鉆到煤系地層前完成，在鉆進過程中，需要對循環槽及沉淀坑內的巖屑及時清除掉，同時對地層的鉆井液的pH值和粘度進行定時檢測，對其參數密度進行合理控制。

2）確保下套管和固井順利進行的措施。為了使套管長度能夠準確測量，在下套管以前需要采用前后顛倒丈量兩次的方法，將相應的長度和序號標在套管上。要全面檢查送上平臺的套管，防止出現明顯彎曲或傷痕等缺陷，隨后通徑，對絲扣和接箍進行檢查，確保其余設計要求相符合。在下套管過程中，需要對套管入井順序進行明確，對下套速度進行合理控制，同時對自動灌泥漿及泥漿的返出情況進行密切關注，一般發現問題要及時采取有效措施處理。固井以前，需要對水泥及添加劑的劑量進行精確計算，將充足的清水準備好，便于順利排漿；隨后根據實際情況試壓固井管線，固定活動管線；在固井時，對高壓管線的走向及位置加強注意，避免損壞管線，同時安排專人回收和排放泥漿。在完成固井后，需要對固井管線進行及時清理，避免出現堵死現象，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備的安裝好壞，對設備安裝嚴格把關已成為防斜的重要環節，另外還需要將開孔、換徑、鉆具組合的挑選等安裝環節抓好。其中包括以下加點。一是夯實平整地基，將孔位定位好，要確保鉆塔和鉆機的牢固性，對井口、轉盤以及天車進行檢查，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行，與后軸線保持同心連接。控制適當的鉆速，大概為每小時2m；三是鉆進時通過同徑的扶正器導向鉆具來完成，如果需要進行變層施工，則需要將壓力適當減小，將鉆進速度有效降低；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象得到有效轉變。在孔內確保鉆具位于中心位置，加壓通過鉆鋌來實現；五是測斜記錄按時做好，首次測斜在完成一開鉆進后進行，每隔50m進行一次后續的記錄，避免井斜失去控制，對后期的鉆井質量造成嚴重影響；六是如果井斜得不到有效控制，需要對通過合適的鉆具進行糾斜。如頂角出現較大的變化，在糾斜時可采用螺桿鉆具進行，如果頂角的變化較小，則需要吊打鉆進。

4）鉆進煤層措施。推算是鉆進煤層工序中的重要內容，需要根據實際情況對巖屑遲到時間、標志層深度進行確切的計算，地層底界需要根據撈出的巖屑進行準確判斷。為了防止煤系地層受到破壞，在距離頂板2m以內時有加強注意，司鉆要對壓力表及卷筒要盯緊，一旦進尺有加快的趨勢則需要將鉆具及時關掉；如果進尺速度逐漸緩慢下來，則需要對鉆井參數進行合理調節，并根據沖上來的煤屑變化對煤層厚度和底板深度進行

計算。

4 結論

綜上所述，煤層氣因其特有的優勢受到國家的重視，它所具有的高效性和清潔性使國家對其進一步增大開發力度，在今后一個時期，煤層氣將發揮著無可替代的作用。盡管煤層氣鉆井具有較大的危險性和復雜的工序，但只要采取有效措施提高煤層氣鉆井質量，就能夠達到安全高效采氣的目的。

參考文獻

[1]黃志強，蔣光忠，鄭雙進，等.煤層氣儲層保護鉆井關鍵技術研究[J].石油天然氣學報，2010（6）：116-118.

[2]黃維安，邱正松，楊力，等.煤層氣鉆井井壁失穩機理及防塌鉆井液技術[J].煤田地質與勘探，2013（2）：37-41.endprint