试论提高煤层气钻井质量的技术分析

【摘要】随着煤层气勘探和开发工程的快速发展，煤层气钻井施工变得越来越广泛，但由于施工技术、地层、机具、工艺等诸多因素的影响，煤层气钻井的质量普遍偏低。本文结合煤层气开采要求和相关技术标准，对钻井施工中的几个关键技术问题做出了分析，并就如何提高煤层气钻井质量提出了相应的措施。

【关键词】煤层气；钻井；技术分析

1 前言

煤层气是一种赋存在煤层中、以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，俗称瓦斯。当煤层气的主要成分甲烷在空气中的浓度达到5%-16%时，遇明火便会爆炸，因此，它一直被看作是煤矿开采过程中的危险气体。但如果将其利用起来，则是一种优质能源和重要的化工原料。煤层气钻井工艺与石油钻井工艺基本类似，都是在井眼钻成之后，全井下生产套管，固井，最终达到采气的目的。煤层气钻井技术具有一定的难度，如何有效避免煤岩体的伤害，提高煤层气钻井的质量，是众多勘探人员面临的首要难题。

2 煤层气钻井中的关键技术问题

2.1井斜控制

井斜指的是实钻井眼对设计铅锤井眼的偏离。井斜的不合理控制会带来键槽卡钻、起下钻遇阻、井壁坍塌；钻柱磨损套管；钻杆接头损坏；下套管困难，影响固井质量等众多不良后果，也就是说井斜对后续施工有极大的影响。因此，钻井质量中的井斜有着极其严格的要求：当井深达到500m时，井斜控制在0到1.0度间为优质；1.0到2.5度为合格； 2.5到3.0度为不合格；超过3.0度则为报废。因此，井斜的控制是煤气层钻井施工的一个关键环节。

造成井斜控制不当的原因涉及多个方面的原因，例如：钻机的安装不当、钻具组合的不恰当、开钻钻进参数的不合理、松软地层中没有控制地尺不当或者单点测斜的滞后等。

2.2钻井液固相控制

钻井液固相控制是指在保存适量有用固相的前提下，尽可能地清除无用固相，它是实现优化钻井的重要手段之一。在煤气层钻井施工中，一开对钻井的液性可以不做要求，以确保钻井生产正常进行为基本原则。但从二开起，必须采用清水钻进，在进入煤系地层之后，更是有一系列要求：粘度23-25s、密度1.02-1.04g/cm3、pH值7.5-8、含沙量

2.3煤层钻进

在钻进的工序中，尤其处在煤系地层时，钻探的判层要极为准确。按照钻井质量的验收标准，钻井判层深度和测井解释深度误差小于5%的为优质，5%-10%为合格，大于10%的为不合格。按照井深500m来推算的话，煤层深度误差小于0.3m才为优质，0.3-0.6m为合格，大于0.6m则为不合格。在进行钻进工作时，要求每钻进0.1m便记录一个钻时，以确保足量煤样标本的采集。

2.4下套管及固井

煤层气钻井采用全孔套管技术，要求井底悬空在1.5m到2.0m间。接箍距煤层顶底板2.0m以上，最下端的套管连接在浮箍、浮鞋上，煤层段用约11m的长套管，过煤层后间隔一根3m左右的短标志管，然后从下部第三根开始下扶正器。煤层段的上下三根套管一定能够要下扶正器，以后可以间隔两根下一个，可以适当减少上部的扶正器数量，但在表层套管一定要下入一个。

固井阶段，首先要合理控制水泥、添加剂的用量，将水泥浆密度控制在1.60g/cm3以下，浆液水灰比在0.55-0.6之间。下管结束之后，要立即用清水冲井，当返出的钻井溶液密度小于1.03后，可以进行水泥浆固井步骤；必须保证固井施工的连续进行，并多次测量水泥浆密度以便调整，固井候凝48h后，便可以开始测固井质量、试压。

3 提高煤层气钻井质量的措施

3.1主要防斜措施

井斜控制与设备的安装好坏息息相关。因此，防斜的中心环节便是严把设备安装关，并抓好安装环节中的开孔、换径、钻具组合的挑选等细小环节。具体措施包括以下几点：第一，将地基夯实平整，定位好孔位，要特别注意钻塔、钻机的安装是否牢固、周正，检查转盘中心、井口中心以及天车的中心是否处于一条垂直线上。第二，开孔是钻孔防斜的重要工序之一。注意要使用笔直的粗径钻具来进行开孔工序，与后轴线的连接要同心。轻压、慢转、泵量要大，钻速要适中，约2m/h左右。第三，换径要采用同径的扶正器导向钻具继续钻进，当进行变层操作时要减轻压力、降低钻速钻进0.5m的厚度之后再采用正常的钻进参数钻进。第四，为了保证质量，要选择笔直的满眼钻具组合，它能够有效防止井斜角和井眼曲率变大。保持钻具在孔内处于中心位置，使用钻铤加压。压力约自身重量的2/3，以此来保持压力的均匀。第五，施工过程中要按时做测斜记录，一开完钻后进行首次测斜，后续的记录要每隔50m进行一次，以防止井斜失控，严重影响后期的钻井质量。第六，如果出现不合理的井斜，要采用合适的钻具进行纠斜工序。如顶角变化过大超限，则要使用螺杆钻具纠斜，反之则利用吊打钻进即可。

3.2钻井液固相控制的技术要求

使用好的泥浆是确保钻孔安全的关键。就我国目前的煤层气钻井施工情况来看，一开一般选用聚丙烯酰胺低固相泥浆来进行护壁工作，而二开钻进则选用无固相冲洗液，到煤层附近再更换为清水钻进。泥浆要使用振动除砂器进行净化，循环槽长度要求大于30m，洗淀槽5个。在施工过程中，要加强对钻井液的维护和管理，以此来保证钻井液的良好性能。另外，由于煤系地层的泥岩造浆严重，加之钻头切削造成的岩屑颗粒极小，使用振动筛也不能及时清除，因此要通过换浆来及时清除碎屑。在保证钻井液浓度达标的前提下，利用振动筛除砂，并对消耗掉的钻井液做及时的补充；每钻进150m左右要进行部分换浆工艺，钻到煤系地层前要进行彻底的换浆，在钻进过程中，要及时清除掉循环槽及沉淀坑内的岩屑，并定时检测地层的钻井液的密度、粘度、pH值等性能参数。

3.3钻进煤层措施

钻进煤层工序中比较关键的一个环节在于推算。结合地质设计，计算出确切的标志层深度、岩屑迟到时间，并且根据捞出的岩屑，准确判断出地层底界。为了不破坏煤系地层，在距离顶板2m左右的时候要特别注意，司钻要紧盯卷筒以及压力表，发现进尺突然加快时要及时关掉钻具；大泵量冲井，采用轻压、慢钻、小泵量、低泵压钻进，同时也要着手做好煤样捞取工作；当进尺速度变慢后，要合理地调节钻井参数。并根据冲上来的煤屑变化，计算出底板深度以及煤层厚度。

3.4确保下套管和固井顺利进行的措施

在下套管之前，为了能够准确测量套管长度，一般采用前后颠倒丈量两次的方法，并给套管标上序号和相应的长度。对于送上平台的套管，要检查是否有伤痕、明显弯曲等缺陷，然后通径，检查接箍、丝扣，确认是否符合设计的要求，再通过会议商讨明确分工、统一认识，确保施工的安全顺利。在下管套的时候，首先要明确套管入井顺序，下放时要要合理控制速度，并密切关注自动灌泥浆及泥浆的返出情况，如有异常，要及时通知其他部门并商讨出可行措施。

固井之前，要先精确计算出水泥及添加剂的剂量，准备好足量的清水确保排浆的顺利进行；然后按要求对固井管线进行试压、对活动管线进行固定；固井过程中，要注意所接高压管线的走向及位置，防止管线的跳动而受损，并且安排专业人员负责泥浆的回收及排放工作。固井结束后，及时清理固井管线，防止堵死，并处理好沉淀池，为下一步的钻井工作做好准备。

4 结语

煤层气作为一种高效、清洁的能源所具有的无可替代的优势，加之国家对煤层气开发力度的进一步增大，煤层气钻井施工将成为今后很长一段时间的主要工作。虽然煤层气钻井工序复杂、危险性大，但只要抓好几个关键环节，便能大大提高钻效，提升成井质量。

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