向斜煤層氣井表層巖溶地層空氣鉆井技術適應性研究

鄭鵬宇 向 剛 趙凌云

（1.自然資源部復雜構造區非常規天然氣評價與開發重點實驗室,貴州 貴陽 550009；2.貴州省油氣勘查開發工程研究院，貴州 貴陽 550009）

貴州煤層氣資源豐富，2000 m 以淺的煤層氣資源量約3.15 萬億m3，位居全國第四位。大河邊向斜區塊地形多為山地，受地形條件、地質條件和工農關系等因素限制，目前主要采用直井和叢式井進行煤層氣開發[1-6]。大河邊區塊一開鉆遇地層主要為永寧鎮組灰巖地層巖溶、裂隙發育，地層復雜[7]，使用常規的水力鉆井技術，易出現鉆井液漏入巖溶裂隙中，造成漏失影響施工。表層巖溶地層采用空氣鉆井技術，能有效解決漏失問題，起到保護儲層作用，縮短建井周期。通過對大叢1 井組3 口排采井鉆井時效和固井質量進行對比分析，探討表層巖溶地層空氣鉆井技術適應性，進一步提高工程應用效果。

1 概況

1.1 地質概況

大河邊向斜區塊實際鉆遇地層由新到老分別是：第四系（Q）地層、三疊系下統永寧鎮組（T1yn）地層、三疊系下統飛仙關（T1f）地層、上二疊系上統龍潭組（P3l）地層、上二疊系中統峨眉山玄武巖組（P2β）地層（表1）。

1.2 工程概況

2021 年12 月大河邊向斜區塊完成大叢1 井組3 口排采井鉆井、錄井和固井工程。在鉆井過程中，常規的水力鉆井技術在鉆遇永寧鎮組出現不同程度漏失，主要是該層段裂縫、溶孔發育。從3 口井堵漏時間統計表（表2）分析，大叢1 井組3 口井累計堵漏時間達到20.18 d，占總完井時間的27.16%，嚴重制約鉆井時效。大叢1-3 井累計堵漏時間10.52 d，占完井時間的38.37%，主要是9～19.5 m 位置出現嚴重漏失，累計漏失量達到200 m3。在漏失過程中，采用了人工水泥、投泥球和堵漏泥漿進行堵漏，但效果不好，改用空氣鉆井技術。

表2 大叢1 井組堵漏時間統計表

2 鉆井時效分析

2.1 鉆具組合

大叢1-1 井和大叢1-2 井在一開的鉆具組合：Φ311.2 mmPDC/ 牙輪鉆頭+Φ203.2 mm×1.25°螺桿+Φ159 mm 無磁+Φ108 mm 方鉆桿的鉆具組合。大叢1-3 井一開先采用常規水力鉆井技術，后因井漏改為空氣鉆井技術。空氣鉆井的鉆具組合為：Φ311.2 mm 空氣錘+雙母+Φ159 mm 鉆鋌+Φ127 mm 鉆桿+Φ108 mm 方鉆桿。大叢1 井組3 口排采井二開均采用相同的鉆具組合，即“四合一”鉆具組合：Φ215.9 mmPDC 鉆頭+Φ172 mm螺桿+Φ206 mm 扶正器+定向接頭+Φ159 mm 無磁+Φ159 mm 鉆鋌+變徑+Φ127 mm 鉆桿+Φ108 mm 方鉆桿。

2.2 鉆井時效分析

本次鉆井時效分析主要對大叢1 井組3 口排采井采用機械鉆速進行對比分析，為大河邊向斜煤層氣井表層巖溶地層鉆井方式優選提供參考。從大叢1 井組機械鉆速對比表（表3）看出，大叢1-3 井遇到漏失采用空氣鉆后一開機械鉆速、二開機械鉆速和平均機械鉆速都有明顯提升，特別是二開機械鉆速達到12.46 m/h，比其他兩口井最大機械鉆速提高了2.66 m/h。

表3 大叢1 井組機械鉆速對比表

3 固井質量分析

大叢1-3 井一開采用空氣鉆鉆井技術，鉆穿易漏層位后固井，能有效提高鉆井的機械鉆速。機械鉆速差異，導致煤層暴露時間不同，井徑擴大率也不同，進而影響固井質量。

3.1 井徑擴大率分析

從大叢1 井組井徑擴大率對比表（表4）看出，大叢1-3 井一開采用空氣鉆井技術后，減少表層巖溶地層的漏失，二開打開煤層到固完井時間為2 d，暴露煤層的時間最低，全井段煤層無垮塌，最大井徑擴大率為7.94%，實施效果明顯優于其他兩口井。

表4 大叢1 井組井徑擴大率對比表

3.2 固井質量分析

大河邊向斜主要目的煤層為龍潭組11 煤，由于該煤層為構造煤，厚度大，在鉆井過程煤層容易垮塌，易形成“大肚子”井眼，井徑擴大率大，因此11 煤的固井質量評價至關重要。

從大叢1 井組主要煤層固井質量對比表（表5）看出，大叢1-3 井一開采用空氣鉆井技術后，第一界面和第二界面固井質量達到良好，比其他兩口井要好。

表5 大叢1 井組主要煤層固井質量對比表

4 結論

1）大河邊向斜區塊表層三疊系永寧鎮組巖溶地層裂縫、溶孔發育，一開采用空氣鉆井技術，表層套管封堵漏失層位，可能有效防止井漏引起的復雜情況，縮短建井周期。

2）空氣鉆井技術能明顯調高機械鉆速，縮短煤層暴露時間，降低井徑擴大率，提升煤層的固井質量。

3）表層巖溶地層應用空氣鉆井技術，應關注漏失層位深度，優化空氣鉆井深度，實現防漏失和降成本的最優化。