比德—三塘向斜煤層氣井鉆完井難點(diǎn)及對策

劉 虎 陳興祥 吳 圣 李 雁 劉欣雨

（1.六盤水非常規(guī)天然氣開發(fā)利用技術(shù)研究中心，貴州 六盤水 553000；2.貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

六盤水地處貴州西部，煤炭資源豐富，預(yù)測總儲量為903.04×108t，在垂深2 000 m以上達(dá)765.44×108t［1］。比德—三塘向斜位于貴州高原中部、六盤水東部，在大地構(gòu)造單元上屬揚(yáng)子陸塊（Ⅰ級）黔北隆起（Ⅱ級）遵義斷拱（Ⅲ級）威寧北西向構(gòu)造變形區(qū)。該區(qū)塊煤層氣井鉆遇地層主要為［2］：二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P3β）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）、三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1yn）及第四系（Q）等層位。含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），系海陸交互相沉積為主的含煤構(gòu)造，沉積物主要由碎屑巖及煤組成。含煤地層厚度為200～400 m，共含煤30～50層，該地層與下伏峨眉山玄武巖組呈假整合接觸，各巖石類型在垂向上分布具較強(qiáng)的規(guī)律性［3］。

1 鉆井難點(diǎn)及措施

1.1 表層溶洞發(fā)育，漏失嚴(yán)重

六盤水是典型的山地喀斯特地型，上部地層巖溶發(fā)育，且多與地下水、地表水連通。煤層氣鉆進(jìn)時常發(fā)生惡性漏失，污染飲用水源。NM1井是位于比德—三塘向斜比德次向斜的西南翼中段的一口煤層氣預(yù)探井，該井在鉆至井深17 m時出現(xiàn)鉆井放空的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆井液（清水）漏失；鉆至井深29 m時又發(fā)生了鉆速突然加快，加不上鉆壓并伴隨有鉆井液漏失的現(xiàn)象。

針對比德—三塘區(qū)塊灰?guī)r巖溶分布特性，為防止鉆井液漏失，一開采用空氣鉆穿越巖溶區(qū)，并用套管封隔漏失層，同時為降低二開鉆遇溶洞的風(fēng)險，防止串珠狀巖溶分布，通常鉆穿巖溶區(qū)50 m后完鉆。一開空氣鉆鉆進(jìn)過程中，及時收集放空、返氣、返渣等資料判斷巖溶分布情況，并結(jié)合區(qū)域巖溶分布、電法巖溶調(diào)查、鉆井資料分析，確定一開井深設(shè)計深度通常為60～120 m。

1.2 區(qū)塊斷層發(fā)育，漏失層位多，跨度大

區(qū)塊總體呈寬緩的單斜構(gòu)造，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，地層傾角5～56°，一般10～15°。淺部地層傾角較大，一般為40°，向深部地層傾角逐漸變緩為20°左右。區(qū)塊內(nèi)褶曲不發(fā)育，現(xiàn)有資料表明區(qū)塊共發(fā)育12條正斷層，大多呈南西—北東向展布。北東向斷層把地層切割為多條狹長的臺階狀構(gòu)造形態(tài)，破壞了煤層沿走向的連續(xù)性［4-5］。該區(qū)塊從永寧鎮(zhèn)組至茅口組均有斷層發(fā)育，鉆井時多個層位發(fā)生惡性漏失。

NM4井是位于比德—三塘向斜比德次向斜的西南翼中段的一開煤層氣預(yù)探井，于2015年10月27日開鉆，至2016年1月20日完鉆，完鉆井深1 217 m。該井自開鉆以來井漏不斷，共發(fā)生較大井漏15次，見表1。其中因井漏造成鉆進(jìn)中鉆井液失返共13次，全井漏失鉆井液443.5 m3，共延誤工期60.48 d。

該區(qū)塊斷層發(fā)育，跨度大，鉆井時鉆遇斷層或派生的裂縫導(dǎo)致發(fā)生裂縫性漏失。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，該區(qū)塊堵漏采用麻繩纖維架橋，注水泥漿堵漏的方法，具有成本低、效果好、堵漏效率高的特點(diǎn)，目前已在該區(qū)塊推廣使用。

1.3 煤層破裂壓力低

龍?zhí)督M為該區(qū)塊主要含煤地層，通過對該區(qū)塊某一預(yù)探井進(jìn)行微破裂測試，獲得2號煤層破裂壓力8.77～9.74 MPa，破裂壓力梯度為0.019 21～0.019 23 MPa／m；5號煤層破裂壓力9.28 MPa，破裂壓力梯度0.018 80 MPa／m；6號煤層破裂壓力9.73～12.81 MPa，破裂壓力梯度0.018 90～0.022 44 MPa／m；32號煤層破裂壓力10.32～11.74 MPa，破裂壓力梯度0.013 76～0.015 65 MPa／m，破裂梯度均處于煤巖層破裂壓力平均值范圍內(nèi)［6］。

根據(jù)設(shè)計，該區(qū)塊固井時水泥返高均要求返至最上部煤層以上200 m，因此，固井施工時煤層最大承受壓力均達(dá)到甚至超過煤層破裂壓力，易造成固井水泥漿漏失。目前，該區(qū)塊主要采用防漏水泥體系，在領(lǐng)漿中加入1%～3%的堵漏纖維，提高了固井質(zhì)量，增加了水泥石的韌性，見圖1、圖2。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

NM6-1井是位于比德—三塘向斜牛場區(qū)塊的一開煤層氣開發(fā)井，設(shè)計井深945 m。通過收集分析鄰井資料，對該井井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)見表2。

圖1 纖維在水中均勻分布圖

圖2 纖維在水泥石中的分布圖

表2 NM6-1井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計表

一開純鉆時間4.5 h，機(jī)械鉆速18.33 m／h，與該區(qū)塊清水鉆進(jìn)的9.21 m／h相比，機(jī)械鉆速提高99.02%。一開中完時間為1.5 d，縮短2.5 d。該井二開鉆進(jìn)至235 m時發(fā)生漏失，漏速為35 m3／h。為盡可能揭露漏層，采用清水強(qiáng)鉆的方式鉆至252 m。起鉆后，將10 kg 0.2 mm～20 mm長短不一的麻繩投入井筒，并用光鉆桿推送至漏失層位，注密度為1.85 g／cm3水泥漿6.5 m3，關(guān)井泵入1.5 m3清水，候凝48 h后，堵漏成功，繼續(xù)鉆進(jìn)。該井在井深354 m、370 m均發(fā)生惡性漏失，采用以上方法均一次堵漏成功。

該井鉆進(jìn)至井深840 m完鉆，為保證固井質(zhì)量，完鉆后做地層承壓試驗(yàn)，泵壓上升至1.5 MPa，后泵壓回零，判斷地層被壓漏，由此計算地層破裂壓力為10.40 MPa。多次采用復(fù)合堵漏劑、鋸末、綜合堵漏劑、CMC配制堵漏漿進(jìn)行堵漏，但均失敗。為防止井壁及煤層因長時間浸泡垮塌，決定強(qiáng)行固井。固井?dāng)?shù)據(jù)見表3。

表3 NM6-1井固井?dāng)?shù)據(jù)表

固井施工過程中，注前置液時井口返漿正常。根據(jù)固井泵車計量，將3 m3密度為1.75 g／cm3的水泥漿泵入環(huán)空后，井口返漿流量逐漸降低至泵注排量的2／3左右，此時，井底有效液柱壓力為10.53 MPa（循環(huán)壓耗按1.0 MPa）。當(dāng)1.85 g／cm3水泥漿開始進(jìn)入環(huán)空時，井口返漿基本恢復(fù)正常，此時，井底有效液柱壓力約為10.89 MPa（循環(huán)壓耗按1.2 MPa，根據(jù)固井質(zhì)量測井時水泥返高計算）。替漿結(jié)束時最高壓力為4.9 MPa，井底有效液柱壓力為13.45 MPa（循環(huán)壓耗按1.5 MPa計算），已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地層破裂壓力，但并未出現(xiàn)水泥漿漏失的情況，因此采用防漏水泥漿固井，該井固井質(zhì)量能滿足設(shè)計要求，見表4。

表4 NM6-1井固井質(zhì)量統(tǒng)計表

3 結(jié)論及建議

1）采用麻繩纖維架橋，水泥漿堵漏的方法可快速高效地堵住漏失層段，但因漏失層位多，跨度大，漏層判斷困難，造成堵漏材料及時間的浪費(fèi)。應(yīng)針對該區(qū)塊情況，進(jìn)行鉆進(jìn)參數(shù)綜合分析及必要的現(xiàn)場試驗(yàn)，確定漏失層位后，再進(jìn)行堵漏作業(yè)。

2）在常規(guī)水泥漿中加入1%～3%的堵漏纖維，固井效果好，固井質(zhì)量達(dá)標(biāo)。但固井成本較高，不利于煤層氣低成本高效開發(fā)?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)水泥漿性能，縮短尾漿稠化時間，利用水泥漿自身堵漏作用保證固井質(zhì)量，降低成本。