寧夏水平井煤層氣鉆井施工工藝

郭 慶 張樂(lè)望 孫文儀 喬月飛 齊德源 吳國(guó)強(qiáng)

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)調(diào)查院，寧夏 750001)

1 背景

為響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，落實(shí)寧夏回族自治區(qū)第十二次黨代會(huì)生態(tài)立區(qū)戰(zhàn)略部署，為了解決煤礦瓦斯威脅，減少寧夏區(qū)域瓦斯事故的發(fā)生，同時(shí)為了發(fā)掘新能源潛力，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的資源保障，為我區(qū)潔凈能源有效利用打開局面，并有效降低傳統(tǒng)能源開發(fā)中的污染問(wèn)題，助力自治區(qū)“藍(lán)天工程”。

2 MS01井的地層及巖性描述

MS01井自上而下依次鉆穿第四系(Q)、古近系(E)、孫家溝組(P3sj)、二疊系上石盒子組(P2-3S)、二疊系下石盒子組(P2X)、二疊系山西組(P1s)、石炭二疊系太原組(C2P1t)。

煤系地層為石炭系的海陸交互相沉積及二疊系的陸相沉積。其中石炭系太原組和二疊系山西組為主要含煤地層，其中目的煤層是6號(hào)煤層位于石炭二疊系太原組，煤層厚度11m左右，太原組為主要含煤層，巖性為灰-灰黑色的泥巖、粉砂巖及中細(xì)粒砂巖。二疊系山西組為主要含煤地層，底部為一層灰色中—細(xì)砂巖與石炭系太原組整合接觸。巖性由灰、灰白色長(zhǎng)石石英各粒級(jí)砂巖，灰、灰黑色、黑色泥巖、粉砂巖及煤層組成。

3 鉆井施工工藝

3.1 鉆井井段及鉆井參數(shù)

(1)一開：0～122.43m

φ311.2mmPDC鉆頭+ 520*431接頭+φ172螺桿+φ155鉆鋌3根+410*4A11接頭+加重鉆桿8根。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓 20～30kN，轉(zhuǎn)數(shù)45r/min+螺桿，泵壓，排量28L/s,密度1.05g/cm3，粘度30～35s。

(2)二開：122.43～933.34m

φ215.9mmPDC鉆頭+φ172螺桿(1.5°)+4A11*4A10定向接頭+φ165無(wú)磁鉆鋌+410*4A11變徑接頭+φ127加重鉆桿2根+φ127鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20-80KN，轉(zhuǎn)數(shù)45r/min+螺桿，泵壓，排量28L/s,密度1.04～1.05g/cm3，粘度33～36s。

(3)三開：933.34～1741m

φ152.4mmPDC鉆頭+φ120螺桿(1.5°)+310*311定向接頭+φ130無(wú)磁鉆鋌+φ89鉆桿。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～80kN，轉(zhuǎn)數(shù)45r/min+螺桿，泵壓，排量28L/s,密度1.04～1.05g/cm3，粘度33～36s。

此鉆井參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中比較理想，符合寧夏區(qū)域煤層氣開發(fā)。

3.2 鉆井液技術(shù)

(1)一開：0～122.43m

采用普通水基膨潤(rùn)土鉆井液體系，鉆井液配方：清水+膨潤(rùn)土+CMC+純堿0.25%。主要性能密度1.02～1.03g/cm3、粘度30～35s。攪拌均勻，預(yù)水化24h后方可一開鉆進(jìn)。鉆井液以防垮、防漏為主。

(2)二開：122.43～933.34m

采用聚合物鉆井液體系，鉆井液配方：井漿+酰胺+酸鉀+80A51 +CMC+純堿+防塌潤(rùn)滑劑+膨潤(rùn)土。由于二開作業(yè)鉆至著陸點(diǎn)，不在主要煤層6號(hào)煤層鉆進(jìn)，可以加入少量的膨潤(rùn)土。主要性能密度1.03～1.05g/cm3，粘度30～35s。失水8～9mL，含沙量0.3～0.4%，泥餅0.2～0.3mm，pH值7～8。鉆進(jìn)過(guò)程中使用80目與100目振動(dòng)篩篩布，振動(dòng)篩使用率85%。日常注意維護(hù)，防止鉆井液性能大幅度變化而影響井壁穩(wěn)定，鉆井液以防垮、防漏、防水涌為主。

(3)三開：933.34～1741m

采用聚合物低固相鉆井液體系，鉆井液配方：清水+瓜爾膠+氯化鉀+聚合醇+80A51 +銨鹽+無(wú)熒光液體潤(rùn)滑劑。由于三開全部在煤層中鉆進(jìn)，為了最大可能性的保護(hù)煤層重點(diǎn)氣體通道，三開使用化學(xué)泥漿。主要泥漿性能；密度1.05～1.08g/cm3，粘度33～38s。失水8～9mL，含沙量0.3%～0.4%，泥餅0.2～0.3mm，pH值7～8。鉆進(jìn)過(guò)程中使用80目與100目振動(dòng)篩篩布，振動(dòng)篩使用率95%以上。日常注意維護(hù)，防止鉆井液性能大幅度變化而影響井壁穩(wěn)定，鉆井液以防垮、潤(rùn)滑、防漏為主。

在煤系地層鉆進(jìn)過(guò)程中主要做到防塌、防卡、儲(chǔ)層保護(hù)，在施工過(guò)程中未發(fā)生井內(nèi)安全事故。具體施工井深結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 井身結(jié)構(gòu)

3.3 煤層保護(hù)技術(shù)

煤系地層采用低固相鉆井液鉆進(jìn)，杜絕加入膨潤(rùn)土對(duì)煤層的損害。在開鉆、起下鉆、下套管過(guò)程中操作平穩(wěn)，減少激動(dòng)壓力對(duì)煤層的損害。三開采用低固相鉆井液，主要是防塌、防漏問(wèn)題。因此，鉆井液要有很好抑制性能，有效控制粘土礦物水化分散；要有較好的流變性能，能充分清洗井壁；要有較強(qiáng)的造壁性能，低慮失量，最大程度降低鉆井液濾液向煤層滲失；要有一定封堵能力。

煤層氣鉆井中使用密度低、粘度低、PH低、失水量低和無(wú)固相(或固相含量低)的鉆井液技術(shù)。即能滿足安全鉆進(jìn)的要求，也能防止鉆井液對(duì)儲(chǔ)層的堿性侵害、粘土侵害、固體顆粒侵害、高分子聚合物的侵害。在煤層中鉆進(jìn)鉆井液性能盡量控制在密度1.05g/cm以下，失水3mL/30h，以減少鉆井液對(duì)儲(chǔ)層造成滲透性的堿性傷害、濾液侵入傷害。

3.4 定向技術(shù)

采用LWD隨鉆隨測(cè)監(jiān)控井眼軌跡；根據(jù)實(shí)際情況采用滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)兩種方式施工，隨時(shí)調(diào)整井斜方位。二開、三開作業(yè)都采用1.5°單彎螺桿，直井段控制井斜在0.5°以內(nèi)，鉆進(jìn)至井深476m開始定向，每定向鉆進(jìn)一單根鉆桿測(cè)量一次井斜和方位，及時(shí)預(yù)算井身軌跡，做到垂深、位移、井斜、方位四到位，井斜增斜率控制在規(guī)定范圍內(nèi)1.8°/根左右。

每次下鉆之前在地面測(cè)試動(dòng)力鉆具性能，檢查測(cè)試LWD儀器所有信號(hào)正常后再入井作業(yè)。

三開鉆進(jìn)采用柔性鉆具組合：φ152.4mmPDC鉆頭+φ120螺桿(1.5°)+310*311定向接頭+φ130無(wú)磁鉆鋌+φ89鉆桿。螺桿采用無(wú)扶正器的螺桿，防止煤層坍塌造成卡主事故。下鉆前鉆井液性能穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，凈化設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

每次滑動(dòng)鉆進(jìn)后，將滑動(dòng)鉆進(jìn)井段進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn)(劃眼)，每鉆進(jìn)100～200m進(jìn)行短程起下鉆 5 個(gè)立柱，確保井眼干凈、暢通、井眼軌跡光滑。

調(diào)整軌跡時(shí)必須控制狗腿度，以保證井眼軌跡圓滑，為順利下入篩管奠定基礎(chǔ)；以連通為目的，垂深不能和目標(biāo)點(diǎn)相差太遠(yuǎn)，以免影響對(duì)接。

在使用MWD儀器進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，鉆桿中放入鉆桿濾清器。控制泥漿含砂量≤0.4%，確保MWD儀器正常使用。

3.5 對(duì)接聯(lián)通技術(shù)

距對(duì)接靶點(diǎn)100m起鉆下入慧磁強(qiáng)磁接頭，精確控制軌跡以實(shí)現(xiàn)連通。確認(rèn)連通成功后，起鉆甩對(duì)接儀器。

在對(duì)接施工過(guò)程中，水平井內(nèi)下入強(qiáng)磁接頭，排采直井內(nèi)下入對(duì)接儀信號(hào)接收探管，開始進(jìn)行對(duì)接作業(yè)。每鉆進(jìn)5m需上提鉆具4m，經(jīng)過(guò)大泵量循環(huán)后停鉆等待井下對(duì)接工程師的指令，對(duì)接工程師根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出鉆頭相對(duì)靶點(diǎn)的空間位移偏差并后告知定向井工程師，定向井工程師根據(jù)對(duì)接工程師提供的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整合適工具面進(jìn)行下一步對(duì)接鉆進(jìn)，直至兩井順利連通為止。

在對(duì)接前確認(rèn)靶點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和通信電纜長(zhǎng)度，確保所有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤；采用通信電纜將對(duì)接連通儀送入對(duì)接點(diǎn)；確保地面通訊暢通，控制采樣時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。

根據(jù)定向工程師的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)接工程師分析井斜、方位的偏差，并將結(jié)果反饋給定向工程師；定向工程師根據(jù)對(duì)接工程師的分析數(shù)據(jù)，下達(dá)井斜、方位調(diào)整指令。

當(dāng)鉆進(jìn)至鉆頭與靶點(diǎn)水平位移與鉆頭鉆進(jìn)距離連通點(diǎn)9m時(shí)，觀測(cè)泥漿消耗情況，水平井停止鉆進(jìn)，排采直井起出連通儀器；排采直井起出連通儀器后，安排人員觀察井口，剛開始有氣流溢出，隨后泥漿從井口涌出，并且泥漿涌出量較大，證明是將玻璃鋼篩管打穿，聯(lián)通成功的。聯(lián)通成功后，關(guān)閉排采直井井口，循環(huán)泥漿撈取巖屑，發(fā)現(xiàn)巖屑中有玻璃鋼篩管的碎屑，再次證明對(duì)接聯(lián)通時(shí)是將玻璃鋼篩管打穿精準(zhǔn)對(duì)接聯(lián)通成功。

3.6 在施工過(guò)程中需要主要的重點(diǎn)環(huán)節(jié)

(1)在鉆進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)井身質(zhì)量控制，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工，控制井眼軌跡確保井眼軌跡光滑、平穩(wěn)。(2)此井要兼顧后期煤層氣排采，在對(duì)接點(diǎn)以前井斜角不能大于90°，要確保對(duì)接點(diǎn)是最低點(diǎn)。對(duì)接點(diǎn)以后再鉆進(jìn)100m，井斜角90°～91.4°。(3)水平段在煤層中鉆進(jìn)，煤層較軟，水平段較長(zhǎng)，要快速、安全的鉆完水平段。(4)在鉆進(jìn)過(guò)程中控制好鉆井液，實(shí)現(xiàn)近平衡鉆井。加強(qiáng)固控設(shè)備的使用，做好鉆井液凈化。(5)三開進(jìn)入目的煤層，鉆井液體系必須是低固相或無(wú)固相鉆井液，做好儲(chǔ)層保護(hù)，防止泥漿污染煤層，為后期的排采工作做好鋪墊。(6)鉆進(jìn)至煤系地層要做好防塌、防漏。