向斜煤層氣井表層巖溶地層空氣鉆井技術(shù)適應(yīng)性研究

鄭鵬宇 向 剛 趙凌云

（1.自然資源部復(fù)雜構(gòu)造區(qū)非常規(guī)天然氣評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550009；2.貴州省油氣勘查開(kāi)發(fā)工程研究院，貴州 貴陽(yáng) 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(wàn)億m3，位居全國(guó)第四位。大河邊向斜區(qū)塊地形多為山地，受地形條件、地質(zhì)條件和工農(nóng)關(guān)系等因素限制，目前主要采用直井和叢式井進(jìn)行煤層氣開(kāi)發(fā)[1-6]。大河邊區(qū)塊一開(kāi)鉆遇地層主要為永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r地層巖溶、裂隙發(fā)育，地層復(fù)雜[7]，使用常規(guī)的水力鉆井技術(shù)，易出現(xiàn)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(shù)，能有效解決漏失問(wèn)題，起到保護(hù)儲(chǔ)層作用，縮短建井周期。通過(guò)對(duì)大叢1 井組3 口排采井鉆井時(shí)效和固井質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析，探討表層巖溶地層空氣鉆井技術(shù)適應(yīng)性，進(jìn)一步提高工程應(yīng)用效果。

1 概況

1.1 地質(zhì)概況

大河邊向斜區(qū)塊實(shí)際鉆遇地層由新到老分別是：第四系（Q）地層、三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1yn）地層、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)（T1f）地層、上二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）地層、上二疊系中統(tǒng)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(qū)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(guò)程中，常規(guī)的水力鉆井技術(shù)在鉆遇永寧鎮(zhèn)組出現(xiàn)不同程度漏失，主要是該層段裂縫、溶孔發(fā)育。從3 口井堵漏時(shí)間統(tǒng)計(jì)表（表2）分析，大叢1 井組3 口井累計(jì)堵漏時(shí)間達(dá)到20.18 d，占總完井時(shí)間的27.16%，嚴(yán)重制約鉆井時(shí)效。大叢1-3 井累計(jì)堵漏時(shí)間10.52 d，占完井時(shí)間的38.37%，主要是9～19.5 m 位置出現(xiàn)嚴(yán)重漏失，累計(jì)漏失量達(dá)到200 m3。在漏失過(guò)程中，采用了人工水泥、投泥球和堵漏泥漿進(jìn)行堵漏，但效果不好，改用空氣鉆井技術(shù)。

表2 大叢1 井組堵漏時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

2 鉆井時(shí)效分析

2.1 鉆具組合

大叢1-1 井和大叢1-2 井在一開(kāi)的鉆具組合：Φ311.2 mmPDC/ 牙輪鉆頭+Φ203.2 mm×1.25°螺桿+Φ159 mm 無(wú)磁+Φ108 mm 方鉆桿的鉆具組合。大叢1-3 井一開(kāi)先采用常規(guī)水力鉆井技術(shù)，后因井漏改為空氣鉆井技術(shù)?？諝忏@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(kāi)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(wú)磁+Φ159 mm 鉆鋌+變徑+Φ127 mm 鉆桿+Φ108 mm 方鉆桿。

2.2 鉆井時(shí)效分析

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

表3 大叢1 井組機(jī)械鉆速對(duì)比表

3 固井質(zhì)量分析

大叢1-3 井一開(kāi)采用空氣鉆鉆井技術(shù)，鉆穿易漏層位后固井，能有效提高鉆井的機(jī)械鉆速。機(jī)械鉆速差異，導(dǎo)致煤層暴露時(shí)間不同，井徑擴(kuò)大率也不同，進(jìn)而影響固井質(zhì)量。

3.1 井徑擴(kuò)大率分析

從大叢1 井組井徑擴(kuò)大率對(duì)比表（表4）看出，大叢1-3 井一開(kāi)采用空氣鉆井技術(shù)后，減少表層巖溶地層的漏失，二開(kāi)打開(kāi)煤層到固完井時(shí)間為2 d，暴露煤層的時(shí)間最低，全井段煤層無(wú)垮塌，最大井徑擴(kuò)大率為7.94%，實(shí)施效果明顯優(yōu)于其他兩口井。

表4 大叢1 井組井徑擴(kuò)大率對(duì)比表

3.2 固井質(zhì)量分析

大河邊向斜主要目的煤層為龍?zhí)督M11 煤，由于該煤層為構(gòu)造煤，厚度大，在鉆井過(guò)程煤層容易垮塌，易形成“大肚子”井眼，井徑擴(kuò)大率大，因此11 煤的固井質(zhì)量評(píng)價(jià)至關(guān)重要。

從大叢1 井組主要煤層固井質(zhì)量對(duì)比表（表5）看出，大叢1-3 井一開(kāi)采用空氣鉆井技術(shù)后，第一界面和第二界面固井質(zhì)量達(dá)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(zhì)量對(duì)比表

4 結(jié)論

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

2）空氣鉆井技術(shù)能明顯調(diào)高機(jī)械鉆速，縮短煤層暴露時(shí)間，降低井徑擴(kuò)大率，提升煤層的固井質(zhì)量。

3）表層巖溶地層應(yīng)用空氣鉆井技術(shù)，應(yīng)關(guān)注漏失層位深度，優(yōu)化空氣鉆井深度，實(shí)現(xiàn)防漏失和降成本的最優(yōu)化。