繩索取芯技術(shù)在韓城煤層氣井中的應(yīng)用

黎耀斌

薛啟平

（陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊(duì)，韓城715400）

0 引言

近年來(lái)，中石油煤層氣有限責(zé)任公司對(duì)韓城區(qū)塊煤層氣資源進(jìn)行大規(guī)模的勘探開(kāi)發(fā)，陜西省煤田地質(zhì)局一三一隊(duì)承擔(dān)了許多煤層氣探井、參數(shù)井、生產(chǎn)井的施工任務(wù)，在施工中為了快速準(zhǔn)確獲取目標(biāo)煤層的埋深、厚度、煤巖及煤質(zhì)特征，割理及裂隙發(fā)育程度，含氣量、含氣飽和度、等溫吸附曲線、滲透率、儲(chǔ)層壓力、地應(yīng)力，煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，優(yōu)選采用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)。下面就以WLC20#煤層氣探井為例，對(duì)煤層氣繩索取芯工藝、技術(shù)參數(shù)、操作注意事項(xiàng)及取得的成果作以介紹。

1 鉆井地質(zhì)簡(jiǎn)介、目的及取芯質(zhì)量要求

1.1 鉆井地質(zhì)簡(jiǎn)介 WLC20#位于陜西省韓城市盤龍鄉(xiāng)道口梁村前雨溢組西50m，在大地構(gòu)造位置上處在鄂爾多斯盆地東南緣，淺部構(gòu)造復(fù)雜，斷裂發(fā)育，中深部地層平緩，斷裂較少。設(shè)計(jì)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(tǒng)劉家溝組（T1l），二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2s）、上石盒子組（P2sh），二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1sh）、山西組（P1s），石炭系上統(tǒng)太原組（C3t），石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b），奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）。目標(biāo)煤層為二疊系下統(tǒng)山西組3#煤層和石炭系上統(tǒng)太原組11#煤層。完鉆層位，奧陶系中統(tǒng)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(biāo)煤層（3#、11#煤層）的煤層埋深、厚度、割理及裂隙發(fā)育程度，含氣量、含氣飽和度以及煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，為申報(bào)煤層氣儲(chǔ)量提供基本數(shù)據(jù)。

1.3 取芯質(zhì)量要求 ①取芯層段為3#、11#煤層及直接頂?shù)装甯?m，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(shí)間不大于T=0.02H（H為煤層井深，單位m，T為上提時(shí)間，單位min），做到煤芯結(jié)構(gòu)清楚，不污染，不磨燒變質(zhì)，不混入雜質(zhì)。

2 鉆井主要設(shè)備及取芯器具

2.1 主要設(shè)備

鉆機(jī)：GZ-2000 石家莊煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)

井架：27m/A型 額定載荷800kN

泥漿泵：TBW1200/7B 石家莊煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)

柴油機(jī)：12V135JZD/380HP 上海柴油機(jī)廠生產(chǎn)

柴油機(jī)：6135G/200HP 上海柴油機(jī)廠生產(chǎn)

振動(dòng)篩：VZS-D型

泥漿測(cè)試儀器：NY-1型

2.2 取芯器具 根據(jù)本井取芯要求和取芯井段的地層巖性特點(diǎn)我們選擇了由河南平頂山五環(huán)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的WH-B型大口徑繩索取芯器。該取芯器在設(shè)計(jì)上集中了煤田勘探多種取芯工具的優(yōu)點(diǎn)，不僅能滿足煤層氣井對(duì)巖煤芯直徑和時(shí)間的要求，還能與內(nèi)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(wú)芯鉆進(jìn)口徑相配套，不需擴(kuò)井，取芯和無(wú)芯鉆進(jìn)鉆桿可相互轉(zhuǎn)換，大大提高了鉆進(jìn)效率。

鉆桿選用內(nèi)通徑≥93mm的￠127mm石油鉆桿，即可采用常規(guī)牙輪、PDC無(wú)芯鉆進(jìn)，又可作為繩索取芯鉆桿鉆進(jìn)。

3 鉆進(jìn)工藝

3.1 井身結(jié)構(gòu) 一開(kāi)采用￠311mm牙輪鉆頭鉆穿第四系表層進(jìn)入穩(wěn)定基巖20m，下入￠244.5mm表層套管并固井。

二開(kāi)采用￠215.9mm鉆頭鉆至完井，下入￠139.7mm技術(shù)套管并固井。

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

二開(kāi)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(hù) 采用底固相鉆井液鉆進(jìn)。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(hù)壁劑和CMC、等。配置鉆井液時(shí)，先用預(yù)水化浸泡處理土粉，并充分?jǐn)嚢琛８鱾€(gè)班組安排一名鉆井液管理員及時(shí)測(cè)量（不少于2次）鉆井液性能并做好記錄，根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)調(diào)整鉆井液性能，并維護(hù)好鉆井液凈化設(shè)備保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3.2 鉆井液性能指標(biāo) 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(shù)措施及施工作業(yè)要求

3.4.1 鉆進(jìn)參數(shù) 巖層段：沖洗量900-1200L/min，鉆壓40-60kN，轉(zhuǎn)速 60-100r/min；煤層段：沖洗量 360-480L/min，鉆壓15-30kN，轉(zhuǎn)速40-60r/min。

3.4.2 操作要求 ①下入井內(nèi)的鉆桿須經(jīng)嚴(yán)格篩選，仔細(xì)檢查公母絲扣，嚴(yán)禁彎曲或嚴(yán)重磨損的入井。入井前，先確認(rèn)內(nèi)徑暢通，且要大于￠93mm，在下鉆前用自制“通徑規(guī)”通徑。②嚴(yán)格控制下放速度，以免水眼堵塞。下放時(shí)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(nèi)徑暢通。切記勻速鉆進(jìn)，參數(shù)必須維持穩(wěn)定，嚴(yán)禁中途停泵、上提方鉆桿、鉆進(jìn)中途不能調(diào)整鉆井液。③取芯前控制鉆速，起鉆試通井一次，確保井內(nèi)無(wú)落物。④井內(nèi)循環(huán)壓力正常，井底無(wú)沉砂、掉塊，井眼暢通無(wú)阻，方可送入取芯內(nèi)筒。⑤內(nèi)筒投入經(jīng)確認(rèn)到位后方可進(jìn)行取芯鉆進(jìn)。⑥鉆到預(yù)定進(jìn)尺后，停泵，回轉(zhuǎn)實(shí)施割芯。若地層較硬或鉆遇煤層夾矸時(shí)，可適當(dāng)磨芯后，再割芯。⑦卸開(kāi)方鉆桿用絞車鋼絲繩將打撈器均勻送下，距內(nèi)筒打撈頭約50m，適當(dāng)放慢下放速度，以防沖壞內(nèi)筒。⑧上提初期應(yīng)緩慢，內(nèi)筒進(jìn)入鉆桿后可快速上提。⑨上提遇卡上下活動(dòng)無(wú)效時(shí)，用脫卡器將內(nèi)筒脫開(kāi)丟在鉆具內(nèi)，將鋼絲繩提出，若無(wú)法脫開(kāi)打撈器時(shí)，拉斷打撈器的安全銷，將鋼絲繩提出來(lái)，起鉆處理。提芯過(guò)程應(yīng)隨時(shí)往井內(nèi)灌注鉆井液，以保持井內(nèi)壓力平衡。⑩每取芯一個(gè)回次，要對(duì)取芯率的高低及其原因進(jìn)行分析，確定下回次取芯的工藝參數(shù)和技術(shù)方案，確保巖煤芯采取率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4.3 起鉆、換鉆頭操作要求 起鉆中嚴(yán)禁強(qiáng)拉，上卸鉆頭要注意保護(hù)好鉆頭的切削刃。

3.4.4 井場(chǎng)及人員要求 ①井場(chǎng)應(yīng)設(shè)置一塊平整、干凈的場(chǎng)地，便于巖煤芯出筒。②夜間場(chǎng)地?zé)艄饽軡M足取芯作業(yè)要求。③安排一名取芯專業(yè)技術(shù)人員，負(fù)責(zé)工具的調(diào)試、檢查、維修、保養(yǎng)及參數(shù)控制、繩索絞車的操作等技術(shù)指導(dǎo)工作。④取芯作業(yè)人員分工明確，各負(fù)其責(zé)，確保安全。

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

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

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用繩索取芯施工煤層氣井不僅要嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行作業(yè)，還要熟練掌握繩索器具的結(jié)構(gòu)和工作原理及現(xiàn)場(chǎng)一系列細(xì)節(jié)工作，做到勤分析井內(nèi)情況，勤檢查保養(yǎng)取芯器具的配件，勤調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)等，才能降低成本，保證質(zhì)量，提高繩索取芯鉆進(jìn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

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

[2]劉永彬.多工藝鉆進(jìn)技術(shù)在煤層氣預(yù)探井的應(yīng)用[A].全國(guó)煤炭地質(zhì)鉆探研討會(huì)論文集[C].2007.

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