山西省河東煤田鉆井工程設計與施工要點探析

［關鍵詞］煤田；鉆井工程；施工要點；鉆壓；取芯要求

能源為經濟發(fā)展的有力保障，現(xiàn)如今競爭更為激烈，在能源上有著更大的需求，怎樣提升開采率以及使用效果，被人們關注。對此，應當強化鉆井工程設計，做好地質勘查，合理開展優(yōu)化設計，采取行之有效的施工技術，保證作業(yè)能夠順利進行，切實增加效益。強化研究設計以及施工技術，利于提高對該項工程的重視度，促進行業(yè)持續(xù)發(fā)展。

1. 基本概述

1.1基本數(shù)據(jù)

井名為DP1，井別/井型為煤層氣探井/直井，地理位置為山西省隰縣陡坡鄉(xiāng)辛莊村南300 m。區(qū)塊處在黃土高原南端，從地勢上來看，為東邊高西邊低，最高位置處在本區(qū)東北部，標高約達到1.6×10³ m，最低位置處在南部，標高約達到1.1×10³ m，高差約有500 m。區(qū)內植被不發(fā)育，沖溝主要以兩種形式分布，也就是梳狀與樹枝狀，大部分沖溝為“U”形，屬于一種丘陵地形。區(qū)內河流是昕水河，為黃河支流。多條支流由東至西流入，伴隨季節(jié)的改變，流量會出現(xiàn)波動。區(qū)內為季風氣候，平均氣溫8.7℃，1月最低，平均氣溫達到零下6.8℃；7 月最高，平均氣溫大概25℃。平均降水量586 mm，無霜期差不多達到半年。井位海拔是+1415 m，設計井深介于2×103～2.5×10³ m。通過開展鉆井作業(yè)，明確工程井的多項參數(shù)，例如煤儲層厚度、氣體構成以及煤質等。

1.2取芯及鉆探技術要求

1.2.1取芯要求

需要借助繩索取芯工具，1 km以淺，從提芯到出井口時長不超過20 min，至煤芯裝罐時長不超過3 min；1 km以深，由提芯到出井口時長小于0.02 min/m×H（其中H表示井深，單位是m）。煤芯直徑需要超過6 cm。煤層長度以及重量，采取率依次大于等于90%、大于等于75%，對于別的巖層，長度采取率大于等于90%。巖芯采取后，需要認真做好清洗作業(yè)，合理放置巖芯箱，編號且進行保管，做到巖芯不污染，不燃燒變質，不混入雜質。井斜角不超過3°，水平位移不超過25 m，全角改變率低于1.4°，孔徑擴大率不超過四分之一。如果傾角超過15°，需要合理放寬井斜角，一般介于1°～2°。鉆遇可采煤層必須進行現(xiàn)場解吸，一般巖性段如遇氣測異常也要現(xiàn)場解吸。在鉆進100 m的情況下，丈量鉆具，孔深誤差不得超過1.5‰，并科學平差。探井鉆完后水泥封閉，2號煤層之上水泥封閉不小于100 m，井口封閉深度不小于20 m。封孔從孔底開始，自下而上，注意控制鉆具提升速度，封閉的水泥漿須分階段采樣?？卓诼裨O明、暗標（水泥石樁）作為永久性標志。最后提出封孔報告。停鉆時長較久，需要每隔2 h測1次水位。第一時間進行記錄，確保真實。觀測全面，記錄合理，不可以涂改。

1.2.2鉆探技術要求

由地質負責人初步野外踏勘確定孔位，并現(xiàn)場定樁，確認后不得隨意挪動。鉆機開工前各種施工設備和材料必須備齊，地質設計任務書送達井場并懸掛，機器設備的安裝和安全措施須到位，經項目負責人驗收方可開鉆。需要充分落實標準與設計要求，在要求的層段進行連續(xù)取芯，見煤前及時下達預告書，打煤時地質人員、解析人員、工程負責人等均應現(xiàn)場守煤，確保工程質量。鉆井過程中注意保護氣層，鉆遇煤層段時要降低鉆井液密度，設備要齊全，運行穩(wěn)定，降低污染，煤芯出筒后要嚴格按照煤層取芯要求規(guī)范執(zhí)行。DP1井施工中，打完每個目的煤層下不超過5 m 先進行測井，確定煤層成果后再做注入壓降測試，完成后繼續(xù)往下鉆進。認真填寫班報表，數(shù)據(jù)要準確，對孔內特殊情況（涌氣、涌水、漏失等）均填入班報表。

確保傳感器與錄井設施安裝到位，正常使用。配合錄井施工要求，每次取芯割芯后，要求循環(huán)鉆井液，至測完最后一個氣測點方可起鉆，為了排除后效對新發(fā)現(xiàn)氣顯示層的干擾，在目的層段和煤層井段，每次下鉆到井底循環(huán)鉆井液至少一周以上。及時填寫氣測原始班報、工程班報、交接班記錄等原始資料。巖芯鑒定員必須及時填寫見煤預告書、取煤報告書、巖芯鑒定表、采樣登記表、采樣票及回次票等原始資料，字跡要清楚、準確，無涂改現(xiàn)象，定期檢查鉆機填寫的各種原始記錄，必須執(zhí)行守煤制度，并當場對煤層質量進行初步評級，另外需要配合項目負責人完成監(jiān)理工作。巖芯處理方式，除采樣外，其余巖芯入庫保管。

1.2.3施工技術指標及質量要求

表1 所示為施工設計數(shù)據(jù)表，表2 為井身質量施工要求。

2. 鉆井液設計

2.1鉆井液體系優(yōu)選論證

一開井深20 m，因為井眼較大，鉆井液通常攜帶巖屑，選膨潤土鉆井液，就能符合要求。二開鉆遇山西組、峰峰組等。設計低固相鉆井液，密度1.03～1.06 g/cm³，固相含量小于4%，適當降低API失水，pH 值要求在7～8。在鉆進煤系前轉化為清水，保護煤層。

2.2各井段鉆井液體系和配方設計

一開井段：20 m，井眼φ146 mm，徹底預水化鉆井液；配方：生產水、鈉膨潤土（質量分數(shù)介于4%～5%）、氫氧化鈉、（C₃H₅NO）n；二開井段：20～1385 m，井眼φ97 mm。聚合物鉆井液；配方同一開井段，只是（C3H5NO）n的質量分數(shù)不同，前者為4%，后者介于0.2%～0.3%；煤系：清水鉆進。

2.3分井段鉆井液配制及維護處理

2.3.1 分井段鉆井液配制

一開井段（0～20 m）：開工前需試循環(huán)，且認真檢查系統(tǒng)，需要符合鉆井要求。配制20m³膨潤土漿，添加適量的火堿與鈉膨潤土，且添加一定聚丙烯，攪拌充分，對鉆井液性能進行調節(jié)，滿足設計需求后，才能開鉆。盡可能借助固控裝置清除鉆屑，用生產水調整黏切。一開鉆完后，全面洗井，調好性能，保證施工正常。二開井段（20～1385 m）：二開前需要減少密度，掃水泥塞時添加碳酸鈉，以減少污染。加入聚丙烯酰胺，滿足配方需要，調整性能符合要求后，才能鉆進。配制膠液，增強抑制以及包被能力；氫氧化鈉水溶液調整酸堿度。盡可能借助固控清除鉆屑，確保含砂量不多。鉆進至目的煤層前將聚合物鉆井液用清水替出并儲存，用清水鉆井，保護目的煤層[1]。

2.3.2 復雜情況的預防

1）防井漏。地層可能出現(xiàn)井漏，需要儲備一定數(shù)量的堵漏材料，作業(yè)中著重觀察液面，一旦出現(xiàn)井漏，立即減少密度，并且測井漏速度，在不超過20m³/h時，添加封閉劑隨鉆堵漏；若碰上裂縫性漏失，同復合型堵漏劑組合使用，以便能夠堵漏，堵漏期間必須保持井內灌滿鉆井液，同時向項目監(jiān)理部門匯報，及時獲得下部施工方案。2） 防黏卡。需要盡可能借助固控設備，確保含砂量不多；合理添加鉆井液材料，確保泥餅質量理想；按照摩阻狀況添加潤滑劑，確保數(shù)值不超過0.08，這樣可以預防黏卡。3）防巖屑床。注重觀察情況，例如井下摩阻，第一時間通井，實現(xiàn)破壞巖屑床目標[2]。

2.3.3 事故的處理

1）井下漏失。地層致使的井漏，如果介于5～6 m³ /h，能夠實施邊鉆進邊補泥漿手段，如果速度偏大，需要實行靜止堵漏。煤層漏失，在漏失量偏大的情況下，需要起鉆。2）垮塌或掉塊。發(fā)現(xiàn)煤層垮塌總的原則是快速起鉆。表層河灘石垮塌采用：反復劃眼，磨碎或擠進、考慮導管、下套管準備循環(huán)轉換接頭備用。砂橋堆積引起的井下復雜[3]：充分循環(huán)再起鉆、起鉆有顯示分段循環(huán)。鉆進時無明顯不正?，F(xiàn)象，但起下鉆在固定井段多次出現(xiàn)阻卡但都能解決，此時應考慮劃眼。旋轉鉆進時突然變慢，若在煤層中，判斷井下垮塌，趕緊起鉆。在煤層中滑動時，突然泵壓變大、憋壓或出現(xiàn)連續(xù)一段鉆速變慢，首先考慮垮塌，按照垮塌原則處理，重新劃眼。旋轉狀態(tài)下出現(xiàn)扭矩增大、劃眼困難、泵壓不一定都升高等現(xiàn)象，要結合循環(huán)返砂情況判斷，若在1～2 個循環(huán)周之后逐步減少，可控制速度繼續(xù)鉆進，若沒有減少，判斷為垮塌，抓緊鉆具，探明垮塌井段。

3. 各次開鉆及施工段重點要求

（1）設備安裝及開鉆前準備。安裝力求平、穩(wěn)、牢等；三點一線，偏差不超過20 mm；泥漿池及泥漿坑采取防滲措施，鋪設防滲布；鉆具逐一檢查，且仔細記錄；獨特工具繪草圖；開鉆前，泥漿泵及鉆井指重表、泵壓表靈敏準確；根據(jù)規(guī)范要求安裝，驗收達標后，才能開鉆；配制膨潤土鉆井液水化24 h 以上，達到一開設計性能要求。

（2）第一次開鉆。鉆井設備根據(jù)規(guī)范安裝，驗收達標后，才能開鉆；一開井段易井斜，鉆具組合與鉆進參數(shù)嚴格按設計要求執(zhí)行；按照實況調節(jié)鉆進參數(shù)，避免鉆具脫扣；維護鉆井液中高黏切和適量儲備惰性堵漏材料、提黏切材料添加劑，應對可能出現(xiàn)的漏失；Φ146 mm 表層套管固井候凝24h 后卸聯(lián)頂節(jié)，總候凝48 h 方可鉆水泥塞；嚴禁帶扶正器鉆水泥塞。

（3）第二次開鉆。Φ97 mm 井段。事先備好材料，再鉆水泥塞。試運行正常，高壓管匯沒有異常才能作業(yè)。把控鉆壓與轉速，使用合理參數(shù)鉆進。強化井身質控，精準把握質量。鉆壓介于10～20 kN。每50m 測單點，及時掌握井斜、方位，控制好井身質量。發(fā)現(xiàn)井斜有超標趨勢，及時起鉆換糾斜段鉆具組合實施降斜鉆進，以控制最大井斜角和井底位移不超設計要求。下鉆平穩(wěn)施工，鉆具下行不超過20 m/min；遇阻噸位需要低于20 kN，不然，開泵劃眼下行。掌握起鉆速度，碰上掛卡等現(xiàn)象，上提噸位需要低于30kN，不然，開泵倒劃眼；每3柱灌1次鉆井液。精心判斷鉆頭井下工作狀態(tài)，預防跳鉆或憋鉆，防止鉆頭掉牙輪等。根據(jù)地質要求觀察，掌握地質資料。鉆遇煤層用正常參數(shù)組合鉆進，降低擴大率、避免卡鉆。充分借助固控設施，強化凈化，全面把控固相含量，保證不被固相污染。遵守施工規(guī)程，不溜鉆。優(yōu)選施工舉措與鉆頭，提高進度，降低建井所需時間，縮短浸泡時間。操作中關注泵壓改變，出現(xiàn)泵壓降低，立刻停鉆，如果找不到原因，需要及時起鉆。排量符合設計標準，增強攜巖能力。若出現(xiàn)沉砂卡鉆，需要最大程度建立循環(huán)，調節(jié)鉆井液性能。

4 結論

總而言之，在競爭更為激烈的背景下，加上對能源需求的提高，針對鉆井工程，強化其設計以及施工技術改進，為必然的選擇。對此，應當基于地質勘查信息，根據(jù)工程需要，進行優(yōu)化設計，采取行之有效的施工技術，保證施工作業(yè)能夠正常進行，切實提高建設效率以及效益。