低固相泥浆在煤层气U型井中应用

郑传庚

(河南省煤田地质局豫中公司 河南省能源钻井工程技术研究中心，河南 郑州 450053)

低固相泥浆钻井技术是大中型石油天然气页岩气煤层气等沉积型矿种开发利用中的先进技术，U型井也称U型连通井，是两口不同位置的水平井与直井、定向井与水平井、定向井与定向井或水平井与水平井长距离实现同一目的层的连通。随着煤层气地面开发技术的发展，U型井逐步引入用于煤层气开发。具有明显的规模经济优势，能够加快煤层气开发力度，节约钻前费用及钻井成本，节约土地占用面积，保护耕地或节约能源，完井后集中管理，减少集输流程，节省人财物等投资，是优质低耗的连续施工方法。

1 区域地质情况

在山西省昔阳区块施工自上而下所遇地层如下(表1)

界 系 统 组 垂深 标志层 岩性描述新生界 第四系 2-28黄色粘土结构疏松上统 上石盒子组 350 P2S砂质泥岩泥岩粉砂岩砂岩组成泥质盐类为二叠纪浅灰色灰色泥岩砂质泥岩组成顶部含泥质下石盒子组 530 P1X上古界山西组 630 P1S下统深灰色灰色泥岩砂质泥岩砂岩煤层含炭屑或白云母片主与水膨胀685 C3t深灰色灰色细粒砂岩砂质泥岩泥岩碳质及铝岩块状构造石炭系 上统 太原组 煤层组成星点状690 C2b 岩性灰色砂质泥岩含铝质

2 该区段U型井施工对泥浆的工艺要求见表2

钻井液性能序号 地层 泥浆体系密度g/cm3漏斗粘度s滤失量ml/30min含沙量%泥饼mm PH值稳定性备注一开 Q 膨润土泥浆1.05-1.18 25-30 ＜2二开 上下石河子组低固相泥浆1.05-1.08 18-20 ＜8 ＜0.3 ＜1. 8-9 0.02防塌防漏防卡三开山西组、太原组、本系组低固相防塌防卡泥浆1.05-1.10 19-20 ＜5 ＜0.1 ＜0.5 8-9 0.01防塌防漏防卡

3 各井段泥浆类型及配方

结合该地区地层岩性特点及U型井对泥浆工艺参数要求，第四系黄土覆盖层采用普通的膨润土泥浆。固完井后二开，将一开泥浆废弃，另配新浆。配浆前要做小型试验，探索各种化学处理剂在该区的合适加量。在使用中每天定期测试，调整补添加处理剂使之达到平衡地层压力保护井壁，便于携砂悬屑及良好的润滑性能。三开，在原浆的基础上，通过小型实验优选聚丙烯酸钾KPAM与水解聚丙烯晴钾盐粉末KHPAN，CMC.PAM.NAOH石墨.防塌剂等在该区的最优加量与达到最佳应用效果，确保施工安全进行。各层段泥浆配方见下表3。

序号 配方 地层特点一开淡水+8-10%膨润土+0.-0.6%Na2CO3+0.2-0.3%NaoH地层胶结性差、疏松、易漏失消耗易大，井壁不稳定。二开泥岩段造浆、易出现块、卡、塌现象砂泥岩互层岩性不稳定。4-6% 钠基土 +0.2-0.3%Na2CO30.3-0.4 NaoH+0.1-0.5CMC0.1-0.5%PAM聚丙烯酸钾+1-1.5% 石墨 +1.5-3% 液体润滑剂三开基浆 +0.5-0.6%NaoH+0.1-0.5CMC+0.1-0.3%PAM+0.3-0.5K-PAM 聚丙烯酸钾 +0.2-0.3%K-HPAN，水解聚丙烯腈钾盐粉末2-3%石墨5-6%液体润滑剂砂泥岩段互层伴有灰岩及黑色泥砂岩，易卡埋钻具，保证泥浆稳定性。

4 各类型泥浆的作用机理

在钻井工作中泥浆性能指标的好坏直接影响到钻井质量效率甚至决定该井是否能正常完井因此一些泥浆的化学处理剂不是在任何地区都适应，必须经过多次小型试验优选合适价量配比才能发挥效能做到有的放矢。使用聚丙烯酸钾(KPAM)与水解聚丙烯啨钾盐粉末(k-HPAN)碳酸钠氢氧化钠适当的PH值在8-9的条件下充分水解后向地层提供一价钾离子钠离子，由于钾离子晶格的嵌位作用抑制泥岩页岩水化膨胀剥落掉块，有效的减弱了缩径。高分子聚合物CMC，PAM具有较强的包被紊凝作用能有效的控制钻屑分散，抑制泥浆固相升高，保持较低的泥浆和尽可能少的固相含量。体系中分离出来的COOH，OH等亲水基团，有效的束缚泥浆中的自由水与添加提粘降失水作用，更有于使井壁形成铜墙铁壁。进入山西组与太原组后加入的石墨及液体润滑剂WIF，提高泥浆的润滑效果实现了水平段钻井的安全施工。

5 结论与建议

(1)通过在该区块施工的两组U型井见表4

最大斜井深(M)垂深(M)井斜度(度)方位角(度)水平段长度(M)泥浆类型预期效果YQ-01H1 1042.63 621.31 74.5 259 524.32 低固相 于直井连通达设计要求YQ-02H1 1148 529.13 84.2 287.3 618.87 低固相 于直井连通达设计要求

我们认为该泥浆的配方在该区是使用的。YQ-02H1井在井深1131米时泥浆泵漏水修理30分钟，修好后开泵循环井内钻具提拉正常无遇卡阻现象。YQ-01H1井深1001.8米时定向仪电池耗尽提钻换电池，12V135柴油机进空气被迫等待检修历时45分钟检修完毕顺利提钻。

(2)建议施工此类型井最好使用顶驱钻机，因该类井斜度大水平段钻进加压困难，用螺杆钻进要求泵压高，泥浆质量好。

(3)及时检修好设备.钻具.设施，尤其是定向仪器。井深超过800米各接头处要缠棉线，保证密封以防跑水泄压影响钻井效率。该套定向仪器价值近100万，必须精心维护正确使用，要有专业熟悉人员操作，不可大意否则将事倍功半造成大的经济损失。

(4)健全组织成立相应的指挥系统除井队正常建制外应设立机修维护泥浆维护调试造斜技术负责，外协购料等多个联合体利于生产顺利进行。

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