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1、1煤层气钻井中的几个关键技术问题2008-11-17 来源关于煤层气 1.1 煤层气的成因及主要成份煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为 CH4，占 90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。1.2 煤层气的危害煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比 CO2 大20 倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消
2、耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。1.3 煤层气的利用另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.433.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。1.4 山西沁水潘庄矿区煤层气开发山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在 2000m3 以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的 120MW 燃气轮低热值煤层气发电
3、站。1.5 煤层气钻井工艺煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从 2006 年 8 月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井 6 口，进尺 2800 多米，实现产值 300 余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻进、下套管和固井这四个关键性技术问题。2.煤层气钻井施工中的几个关键技术问题2.1 钻井防斜2.1.1 煤层气钻井对井斜的要求由于在钻井完成后，还要进行射孔、压裂、安装井下装置等后续施工，对于钻井质量中的井斜有严格的要求，井深 5
4、00m 井斜 01.0为优质，1.02.5为合格，超过 2.53.0为不合格，超过 3.0为报废。2.1.2 造成井斜的主要原因2造成井斜主要有以下几方面原因：钻机安装不正、开钻钻进参数选择不合理、钻具组合不恰当、松软地层没有控制进尺、单点测斜不及时等。2.1.3 主要防斜措施在钻井中要做到：钻塔安装必须符合规范要求，保证三点一线；钻机安装要保证转盘水平；松散层钻进要严格控制钻进参数，采用吊打的方式，防止出现井斜；采用适宜的钻具组合，钻铤、钻杆直径不能相差太大，要保证粗径钻具有足够的长度；松软层钻进中不得抢进尺，注意在泥岩段划眼；做到及时测斜，一开完钻后必须进行单点测斜，以后每隔 50m 测斜
5、一次，发现井斜后及时采取措施纠正。2.2 钻井液固相控制2.2.1 煤层气钻井对钻井液性能的要求在煤层气钻井中，一开对于钻井液性能不作要求，以利于钻井生产正常进行为原则。从二开钻进开始，要求必须用清水，特别是进入煤系地层后，要求：密度要在 1.021.04g/cm3，粘度 1516s，含砂量0.5%，PH 值 7.58。在煤层钻进时，要求钻井液密度为 1.02g/cm3。2.2.2 钻井液固相控制的具体措施由于上石河子组、下石河子组、山西组地层砂岩、泥岩造浆严重，尤其是三牙轮钻头切削造成的岩屑在不能被及时携带到地面后造成二次或者多次破碎，有些岩屑颗粒极小，使用振动筛也不能及时清除，在这种情况下
6、，只有通过换浆才可解决问题。为保证钻井液密度符合要求，从二开一开始便要使用振动筛除砂，根据钻井液的消耗情况及时补充；每钻进 150m 左右进行一次部分换浆，在钻遇煤层前要彻底换浆，排掉地面上的钻井液后，还有通过循环，将井筒内的钻井液彻底换掉。在钻进中，对于循环槽和沉淀坑内的岩屑要及时清理。要求非煤系地层钻进每一小班测定钻井液常规性能（密度、粘度、PH 值等）4 次，煤系地层钻进每一小时测定一次。2.3 煤层钻进2.3.1 煤层气钻井对钻进煤层的要求在钻进煤层时，要求钻探判层准确。在钻井质量验收中，钻井判层深度和测井解释深度误差小于 5为优质，在 510之间为合格，大于 10为不合格。如果井深
7、500m，煤层深度误差小于 0.30m 为优质，0.300.60m 为合格，大于 0.6m 为不合格。要求每钻进 0.10m 记录一个钻时，采集足量的煤样标本。2.3.2 钻进煤层具体措施根据地质设计，准确判层，尤其是确定标志层深度；通过准确计算岩屑迟到时间，捞准岩屑，判准地层底界。在钻进离煤层顶班 2m 时要格外小心，司钻要紧盯压力表和卷筒，发现进尺突然加快后立即关机停钻，大泵量冲井，捞取岩屑，观察有无煤屑。当发现煤屑后，准确判断方入，确定井深，重新调整钻压、转速、泵量、泵压，应采用轻压、慢钻，以及小泵量、低泵压，准确记录钻时；在钻进的同时，做好捞取煤样工作；当发现进尺变慢后，适当调整钻井参
8、数，观察冲上来的煤屑变化，确定煤层厚度和底板深度。32.4 下套管和固井2.4.1 煤层气钻井对下套管和固井的要求煤层气钻井采用全孔套管，井底悬空在 1.52.0m 之间。套管接箍避开煤层顶底板 2.0m 以上，最下一根套管两端分别连接浮鞋、浮箍，煤层段用一根长度 11m 左右的长套管，在过煤层后间隔一根套管下入长度 3.0m 左右的一根短标志管，从下部开始，第三根套管开始下扶正器，煤层段上下三根套管都要下扶正器，以后间隔两根套管下入一个扶正器，上部可以适当减少，在表层套管中要保证有一个扶正器。500m 深的煤层气井，下入扶正器的个数应保证在 1518 个。要求下套管前逐一用通径规进行通径，用
9、柴油将套管丝扣清洗干净。下套管时用干抹布擦净后在公扣上涂抹丝扣油，要保证丝扣连接紧密，既要上紧套管，又不能因为用力过大上坏丝扣。下套管中途要分两次向套管柱内注入钻井液，保证液柱压力。下完套管后要连接主动钻杆，开泵循环，保证循环通畅。固井中先注入前置液 5m3 左右洗井，洗井完成后开始注入水泥浆，要求平均密度在 1.60g/cm3，采用开始密度小，中间大，最后小的办法，必须要连续注入，中间不能停止。注水泥完成后开始顶替，顶替量就是阻流环以上套管柱的内容积。最后碰压 15Mpa,如果 5Min 压力不降便碰压成功。在固井候凝 48h 后开始测固井质量，试压。如果加压 20Mpa，30Min 压降小
10、于0.5Mpa 即为固井质量合格。2.4.2 保证下套管和固井顺利进行的措施在下套管前准确丈量套管长度，逐一编号，每根都要丈量两次，必须是前后打颠倒丈量。在下入套管总长确定后，通过调整煤层下部套管的长度，使顶底板离接箍的距离达到规范要求，如果不能保证避开接箍 2.0m 时，也要在1.5m 以上。开始下套管前要仔细检查钻机离合器、升降把、卷筒调整螺丝，更换吊钳的卡牙、检查销轴的灵活性并注油，检查吊卡的开合性能进行润滑处理。对人员进行具体的分工，做到各负其责。在固井前应准备足量的清水，应保证在 20M3 以上，还要有足够排浆的地方。要检查发电机是否正常工作。要有明确的人员分工，由于固井车和钻机现场的泥浆泵相比泵量很大，洗井、注水泥、顶替过程中，井内都会有大量钻井液流出，要及时排走，不得溢出井场造成污染。2. 煤层气钻进前景展望煤层气钻井工艺和石油钻井、水源钻井基本相似，在地质录井上和煤田勘探相类似。煤田地质单位将在这一领域具有得天独厚的优势，在山西煤层气施工队伍中，来自全国煤田地质系统的占很大比重，加上国家将对煤层气进一步加大开发力度，以及煤层气本身作为清洁能源所具有的不可替代的优势，煤层气开发将是今后很长一段时期的主要地质工作。只要我们大胆涉足这一领域，积极探索，不断改进施工工艺，提高钻井效率，树立煤田地质单位的良好形象，将会在这一领域大有作为
