新疆阜康白楊河西煤層氣3井鉆井質(zhì)量控制

鄧雪峰

摘要：文章結(jié)合地質(zhì)情況對(duì)新疆阜康礦區(qū)煤層氣3井鉆井的難點(diǎn)分析后，以保證鉆井質(zhì)量為目的，制定了相應(yīng)的技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施。實(shí)鉆效果表明，只要鉆井施工人員嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)措施就可以利用現(xiàn)有設(shè)備高質(zhì)量完成煤層氣井鉆井任務(wù)，為今后煤層氣勘探井的施工打下了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煤層氣；鉆井質(zhì)量；質(zhì)量控制；勘探井；地質(zhì)情況 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

1 概況

新疆準(zhǔn)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(fā)的理想?yún)^(qū)域。為調(diào)查并評(píng)價(jià)該區(qū)煤層氣的資源潛力和可采性，新疆煤田地質(zhì)局在白楊河西一帶施工了煤層氣3井。

煤層氣3井所在區(qū)域位于準(zhǔn)噶爾坳陷區(qū)以南的黃山—二工河向斜北翼，總體上構(gòu)造為地層南傾的單斜構(gòu)造，走向?yàn)榻鼥|西向。出露地層為中生界三疊系黃山街組、下侏羅統(tǒng)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(gòu)造復(fù)雜程度劃分為簡(jiǎn)單構(gòu)造類型。

煤層賦存于下侏羅統(tǒng)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(wěn)定，均為全區(qū)可采煤層。目標(biāo)煤層為39、42號(hào)煤層。

2 施工目的及難點(diǎn)

2.1 施工目的

煤層氣3井鉆探目的任務(wù)：本井為大口徑參數(shù)井加生產(chǎn)試驗(yàn)井，要求取全取準(zhǔn)目的煤層的儲(chǔ)層參數(shù)；包括煤層厚度、埋藏深度、煤巖及煤質(zhì)特征、割理和裂隙發(fā)育程度、煤層氣含量、煤層頂?shù)装鍘r石的力學(xué)性質(zhì)等參數(shù)，為此要求目的煤層39、42號(hào)煤層及其頂?shù)装宥卫K索取心鉆進(jìn)，其余無(wú)心鉆進(jìn)。

2.2 工作難點(diǎn)

根據(jù)以往地質(zhì)資料，此區(qū)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(zhì)量不好保證。預(yù)防井斜是該區(qū)鉆井施工的重點(diǎn)。由于鉆遇煤層多、厚度大、機(jī)械強(qiáng)度低，在鉆井過程中井壁易產(chǎn)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(zhì)量控制措施

在鉆探施工過程中影響鉆探質(zhì)量的因素是多方面的，不同階段出現(xiàn)的質(zhì)量問題是不同的，因此質(zhì)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(duì)象的時(shí)間，分為事前控制、事中控制、事后控制。

3.1.1 事前控制。針對(duì)鉆探的事前控制主要包括設(shè)備配置、人員培訓(xùn)、鉆探工作流程、方法的制定、質(zhì)量監(jiān)控制度的制定等，在工作中避免和減少質(zhì)量問題的出現(xiàn)。設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性都將影響工作質(zhì)量，在鉆探生產(chǎn)前必須對(duì)鉆探軟硬件設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和性能進(jìn)行校驗(yàn)，定期檢修以保證施工成果符合生產(chǎn)技術(shù)要求，所有設(shè)備必需滿足進(jìn)行鉆探施工的要求。

人員是鉆探工作的參加、執(zhí)行者，鉆探過程中的所有工作由人來完成，他們的素質(zhì)的高低直接或間接地對(duì)鉆井質(zhì)量產(chǎn)生影響。參加鉆井工程管理、施工的人員素質(zhì)和工作經(jīng)歷不同，各自施工鉆探施工方法存在著相當(dāng)大的差異，工作習(xí)慣、方法不同。為保證質(zhì)量，必須及時(shí)制定出實(shí)踐操作性較強(qiáng)的技術(shù)措施，組織參加鉆井工程施工的人員，統(tǒng)一學(xué)習(xí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、工作流程、方法，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。熟知鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和與鉆探施工有關(guān)的規(guī)程要求，以盡量避免有關(guān)違犯規(guī)程要求的不當(dāng)行為，以確保鉆探工程質(zhì)量。

鉆探管理人員的工作直接關(guān)系到鉆井的質(zhì)量，要求管理人員要有較全面的鉆探專業(yè)知識(shí)技能。對(duì)鉆井設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面詳細(xì)的了解，準(zhǔn)確的知道所施工鉆孔的施工目的和地質(zhì)任務(wù)及質(zhì)量要求。熟知鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和與鉆探施工有關(guān)的規(guī)程要求，熟悉鉆探工藝，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正有關(guān)違犯規(guī)程要求的不當(dāng)行為，以確保鉆探工程質(zhì)量。

3.1.2 事中控制。事中控制包括對(duì)整個(gè)鉆探工作全過程的控制。過程中每個(gè)環(huán)節(jié)都要以統(tǒng)一的規(guī)范和施工設(shè)計(jì)為依據(jù)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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(zhǔn)，巖芯的采取率和特殊巖層的采取率必須滿足規(guī)范和施工目的的要求。對(duì)于巖芯的采取率和特殊巖層的采取率不能滿足要求的，應(yīng)作相應(yīng)處理后，找出原因，改進(jìn)工作，滿足規(guī)范和施工目的的要求后才能繼續(xù)施工。

第二，鉆探過程要建立完善的質(zhì)量監(jiān)控制度，以質(zhì)量監(jiān)控制度的有效執(zhí)行來盡可能的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，最終保證鉆探質(zhì)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(duì)鉆探過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)要進(jìn)行嚴(yán)格檢查把關(guān)，并要切實(shí)將制度貫徹執(zhí)行，才能取得成效。

3.1.3 事后控制。事后控制指對(duì)形成后的鉆探成果的質(zhì)量監(jiān)控，對(duì)鉆探成果進(jìn)行全面質(zhì)量檢查，作為最終驗(yàn)收的依據(jù)。驗(yàn)收確定鉆孔是否完成全部設(shè)計(jì)的地質(zhì)任務(wù)，以及有無(wú)需補(bǔ)救的項(xiàng)目，決定鉆孔是否進(jìn)行下一步工作。

3.2 質(zhì)量要求和技術(shù)措施

根據(jù)施工目的及難點(diǎn)在鉆探施工的各環(huán)節(jié)制定了防斜、防污染、防塌等措施，確保鉆井質(zhì)量。

3.2.1 設(shè)備選擇。鑒于煤層埋深接近750m，終孔深度設(shè)計(jì)為800m，且地層變化可導(dǎo)致孔深增加，因此在選擇設(shè)備商，充分考慮到這些因素，以使鉆探鉆井順利達(dá)到施工目的。

3.2.2 井身質(zhì)量要求。

第一，鉆井深度：鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深或完鉆要求井深，以轉(zhuǎn)盤面至井底校核后鉆具實(shí)長(zhǎng)為準(zhǔn)的鉆井深度。

第二，全角變化率、井斜角、井底水平位移、井徑擴(kuò)大率應(yīng)符合表2規(guī)定：

第三，交井以完鉆電測(cè)連續(xù)測(cè)斜資料為準(zhǔn)，測(cè)點(diǎn)讀值≤25m，特殊情況要加密，最后一測(cè)點(diǎn)距離完鉆井底不大于10m。

3.2.3 井身結(jié)構(gòu)。

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(chǎn)套管固井。固井水泥返至42號(hào)煤頂板以上200m。

3.2.4 鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)。由于該區(qū)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(dǎo)孔。

第一，一開鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)和技術(shù)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(zhì)量關(guān)，對(duì)底座和轉(zhuǎn)盤要測(cè)水平。保證天輪、轉(zhuǎn)盤和井口三點(diǎn)一線，各種配套工具設(shè)備須到位；（2）鉆進(jìn)中要輕壓吊打，適當(dāng)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(cè)斜一次。非特殊情況下三個(gè)班組的施工參數(shù)要基本保持一致。

第二，二開鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)和技術(shù)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(zhuǎn)速：48～69r/min；排量：20L/s；泵壓：2～8MPa。

（1）開鉆前按設(shè)計(jì)要求裝好井口，不要求對(duì)套管試壓；（2）鉆頭進(jìn)出套管時(shí)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(cè)孔斜一次，發(fā)現(xiàn)井斜立即采取措施，確保孔身質(zhì)量合格。非特殊情況下三個(gè)班組的施工參數(shù)要基本保持一致；（4）下鉆要操作平穩(wěn)，不得猛剎、猛放，每次下鉆要探井底沉砂高度，決定是否要調(diào)整鉆井液性能和循環(huán)時(shí)間，如下鉆不能一次到底，要分段循環(huán)；（5）起鉆每5根要灌滿鉆井液一次，要充分做好井下復(fù)雜情況和事故的預(yù)防工作。

第三，取心鉆進(jìn)鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)和技術(shù)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(zhuǎn)速：48r/min；排量：10L/s；泵壓：2～5MPa。

要求取心采取率達(dá)90%以上，提升速度<0.02H（min）。煤心產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、夾矸清晰，無(wú)污染。

（1）要認(rèn)真搞好煤層保護(hù)工作，作業(yè)過程要服從地質(zhì)工作需要，加強(qiáng)鉆井液凈化工作，維護(hù)好性能達(dá)到保護(hù)煤層的要求；（2）使用單動(dòng)雙管取心器，保證收獲率及煤芯出筒速度及時(shí)裝入解吸罐。以往實(shí)踐表明單動(dòng)雙管取心器比半合管煤層取心器裝罐時(shí)間短。機(jī)班長(zhǎng)必須掌握工具性能，結(jié)構(gòu)、裝配質(zhì)量及使用操作要點(diǎn)。制定切實(shí)可行的取心措施，并進(jìn)行技術(shù)交底。工具入井前要認(rèn)真丈量、檢查、保養(yǎng)作詳細(xì)記錄，確保性能良好；（3）取心前必須做好的準(zhǔn)備工作：有詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)，卡準(zhǔn)取心層位。為確保取心段深度的準(zhǔn)確性，在預(yù)計(jì)39、42號(hào)煤頂板以上50m時(shí)進(jìn)行測(cè)井，根據(jù)對(duì)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(nèi)管檢查間隙。循環(huán)壓力正常，井底無(wú)沉砂，井眼暢通無(wú)異常后方可投（下）入內(nèi)管。嚴(yán)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(yán)重遇阻應(yīng)該用牙輪鉆頭通井。取心工具下到距井底3m位置循環(huán)洗井。內(nèi)管投入后，若泵壓低于正常泵壓0.5～1.0MPa，則說明內(nèi)管不到位，應(yīng)查明原因再取心鉆進(jìn)；（5）取心鉆進(jìn)：取心鉆進(jìn)前，應(yīng)先將鉆盤轉(zhuǎn)速泵量調(diào)整到設(shè)計(jì)值。取心鉆進(jìn)開始，應(yīng)在進(jìn)尺10cm內(nèi)均勻地將鉆壓加到設(shè)計(jì)值。送鉆均勻，嚴(yán)禁頓鉆、嚴(yán)禁中途停泵、停鉆盤或上提方鉆桿，嚴(yán)禁中途調(diào)整泥漿。若發(fā)現(xiàn)泵壓升高，則可能是堵心，應(yīng)提出內(nèi)管檢查處理，提內(nèi)管時(shí)按割心程序進(jìn)行。煤層取心鉆進(jìn)每回次進(jìn)尺控制在1.5m以內(nèi)，每次研究進(jìn)尺經(jīng)驗(yàn)；（6）割心：鉆至預(yù)定進(jìn)尺后，停鉆盤、泵，低速上提鉆具0.5m實(shí)現(xiàn)割心，不需研心，亦不需回落；（7）提內(nèi)管：打撈器下至內(nèi)管以上50m左右加速下放。上提內(nèi)管開始應(yīng)緩慢，待內(nèi)管進(jìn)入鉆桿可逐漸加速。若上提遇阻，可上下活動(dòng)。若無(wú)效，不得強(qiáng)拉硬拽，應(yīng)下放到原位，從井口放解卡器，將內(nèi)管留在鉆具內(nèi)，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(nèi)管順利入井、出井。

3.2.5 鉆井液設(shè)計(jì)。由鉆探技術(shù)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(wú)固相）泥漿。清水鉆井不易攜砂和井壁穩(wěn)定，極易造成井塌、沉砂卡鉆等事故（尤其在厚煤層中），延長(zhǎng)了鉆井時(shí)間，使煤層浸泡時(shí)間增長(zhǎng)，反而對(duì)保護(hù)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(yán)格執(zhí)行鉆井液設(shè)計(jì)，維護(hù)好鉆井液性能。

第一，井段鉆井液性能設(shè)計(jì)。

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(huán)系統(tǒng)配制。泥漿池20m3、沉淀池8m3、循環(huán)槽長(zhǎng)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(jìn)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(hào)煤頂板以上20m時(shí)清洗井筒，改用無(wú)固相鉆井液鉆進(jìn)，對(duì)39、42號(hào)煤層和煤層頂?shù)装迦⌒?，?9、42號(hào)煤層的污染降到最低。進(jìn)入煤層前，鉆井液中盡量不加高聚物處理劑，降低泥漿對(duì)煤層的損害。

第四，全體工作人員須牢固樹立保護(hù)煤層的意識(shí)，保證各措施的實(shí)施。盡量縮短煤層在泥漿中的暴露時(shí)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(duì)煤層的浸泡時(shí)間。

4 實(shí)鉆效果

以保證鉆井質(zhì)量為目的，在鉆探施工中嚴(yán)格執(zhí)行針對(duì)煤層氣3井鉆井制定的技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施，安全、順利地完成了煤層氣3井施工任務(wù)。煤層氣3井設(shè)計(jì)井深800m，實(shí)際井深800m，井斜2°20′，取心采取率達(dá)90%，提升速度<0.02H（min）；煤心產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、夾矸清晰，無(wú)污染；達(dá)到質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)一次成井。該井基本上發(fā)生井內(nèi)事故，充分證明了鉆探施工設(shè)計(jì)合理，該套技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施是行之有效的。

5 結(jié)論與建議

（1）在煤層氣勘探施工中，科學(xué)運(yùn)用現(xiàn)有的鉆探技術(shù)設(shè)備可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。制定針對(duì)性的鉆井技術(shù)及與之相對(duì)應(yīng)的技術(shù)保障措施是確保實(shí)現(xiàn)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(duì)應(yīng)質(zhì)量控制措施、技術(shù)措施，才能保證利用現(xiàn)有設(shè)備的鉆井目的實(shí)現(xiàn)的根本保證；（2）低固相鉆井液并非最佳鉆井液，因?yàn)槊簝?chǔ)為負(fù)壓地層，因此使用低固相鉆井液鉆開煤層氣儲(chǔ)層時(shí)，同樣會(huì)在一定程度上產(chǎn)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(hù)儲(chǔ)層、增加產(chǎn)量、提高鉆井效率。但由于缺少設(shè)備和技術(shù)上的支持，尚未實(shí)現(xiàn)用泡沫鉆進(jìn)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(dá)到了鉆井目的，但也看出現(xiàn)有水源鉆井設(shè)備和施工技術(shù)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(shù)水平卻相對(duì)滯后，遠(yuǎn)不能滿足新疆煤層氣勘探開發(fā)的步伐和需要，需要廣大工程技術(shù)工作者共同攻關(guān)，根據(jù)新疆煤層氣地質(zhì)特征引進(jìn)先進(jìn)的鉆井設(shè)備，加強(qiáng)煤層氣鉆井技術(shù)手段的研究和與之相適應(yīng)的鉆井施工技術(shù)的探索，這對(duì)今后更好地勘探開發(fā)利用新疆煤層氣有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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