新疆阜康白杨河西煤层气3井钻井质量控制

邓雪峰

摘要：文章结合地质情况对新疆阜康矿区煤层气3井钻井的难点分析后，以保证钻井质量为目的，制定了相应的技术措施和质量控制措施。实钻效果表明，只要钻井施工人员严格执行技术措施就可以利用现有设备高质量完成煤层气井钻井任务，为今后煤层气勘探井的施工打下了良好的基础。

关键词：煤层气；钻井质量；质量控制；勘探井；地质情况 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2016）20-0153-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.076

1 概况

新疆准南煤田阜康市白杨河西一带煤炭资源量丰富、煤层厚度大、煤层气含量高、渗透性好，是煤层气开发的理想区域。为调查并评价该区煤层气的资源潜力和可采性，新疆煤田地质局在白杨河西一带施工了煤层气3井。

煤层气3井所在区域位于准噶尔坳陷区以南的黄山—二工河向斜北翼，总体上构造为地层南倾的单斜构造，走向为近东西向。出露地层为中生界三叠系黄山街组、下侏罗统八道湾组、三工河组和新生界第四系。地层倾角为45°～53°，含煤地层在走向上和倾向上变化不大，构造复杂程度划分为简单构造类型。

煤层赋存于下侏罗统八道湾组（J1b）地层中，其中主要可采煤层分布于该组地层的下段（J1b1），含煤10层，煤层平均总厚69.56m。其中可采煤层8层，煤层较稳定，均为全区可采煤层。目标煤层为39、42号煤层。

2 施工目的及难点

2.1 施工目的

煤层气3井钻探目的任务：本井为大口径参数井加生产试验井，要求取全取准目的煤层的储层参数；包括煤层厚度、埋藏深度、煤岩及煤质特征、割理和裂隙发育程度、煤层气含量、煤层顶底板岩石的力学性质等参数，为此要求目的煤层39、42号煤层及其顶底板段绳索取心钻进，其余无心钻进。

2.2 工作难点

根据以往地质资料，此区域地层倾角大，岩性不均匀，软硬互层交替频替，钻井中井斜控制困难，井身质量不好保证。预防井斜是该区钻井施工的重点。由于钻遇煤层多、厚度大、机械强度低，在钻井过程中井壁易产生坍塌等不安全因素，造成施工难度加大。

3 控制措施

3.1 质量控制措施

在钻探施工过程中影响钻探质量的因素是多方面的，不同阶段出现的质量问题是不同的，因此质量控制必须是全过程、全方位的控制。按照控制措施作用于控制对象的时间，分为事前控制、事中控制、事后控制。

3.1.1 事前控制。针对钻探的事前控制主要包括设备配置、人员培训、钻探工作流程、方法的制定、质量监控制度的制定等，在工作中避免和减少质量问题的出现。设备的稳定性、可靠性、准确性都将影响工作质量，在钻探生产前必须对钻探软硬件设备的技术指标和性能进行校验，定期检修以保证施工成果符合生产技术要求，所有设备必需满足进行钻探施工的要求。

人员是钻探工作的参加、执行者，钻探过程中的所有工作由人来完成，他们的素质的高低直接或间接地对钻井质量产生影响。参加钻井工程管理、施工的人员素质和工作经历不同，各自施工钻探施工方法存在着相当大的差异，工作习惯、方法不同。为保证质量，必须及时制定出实践操作性较强的技术措施，组织参加钻井工程施工的人员，统一学习质量标准、工作流程、方法，统一认识。熟知钻孔质量验收标准和与钻探施工有关的规程要求，以尽量避免有关违犯规程要求的不当行为，以确保钻探工程质量。

钻探管理人员的工作直接关系到钻井的质量，要求管理人员要有较全面的钻探专业知识技能。对钻井设计要进行全面详细的了解，准确的知道所施工钻孔的施工目的和地质任务及质量要求。熟知钻孔质量验收标准和与钻探施工有关的规程要求，熟悉钻探工艺，以便及时发现和纠正有关违犯规程要求的不当行为，以确保钻探工程质量。

3.1.2 事中控制。事中控制包括对整个钻探工作全过程的控制。过程中每个环节都要以统一的规范和施工设计为依据，严格遵守操作规程和技术标准。

第一，钻探施工阶段主要是岩芯的采取。制定合理有效的施工方案，确保岩芯能够尽可能的取全取准，岩芯的采取率和特殊岩层的采取率必须满足规范和施工目的的要求。对于岩芯的采取率和特殊岩层的采取率不能满足要求的，应作相应处理后，找出原因，改进工作，满足规范和施工目的的要求后才能继续施工。

第二，钻探过程要建立完善的质量监控制度，以质量监控制度的有效执行来尽可能的发现问题、解决问题，最终保证钻探质量。主要包括日常性的检查制度、自互检制制度、抽检制度、阶段性检查制度等制度，对钻探过程中的每个环节要进行严格检查把关，并要切实将制度贯彻执行，才能取得成效。

3.1.3 事后控制。事后控制指对形成后的钻探成果的质量监控，对钻探成果进行全面质量检查，作为最终验收的依据。验收确定钻孔是否完成全部设计的地质任务，以及有无需补救的项目，决定钻孔是否进行下一步工作。

3.2 质量要求和技术措施

根据施工目的及难点在钻探施工的各环节制定了防斜、防污染、防塌等措施，确保钻井质量。

3.2.1 设备选择。鉴于煤层埋深接近750m，终孔深度设计为800m，且地层变化可导致孔深增加，因此在选择设备商，充分考虑到这些因素，以使钻探钻井顺利达到施工目的。

3.2.2 井身质量要求。

第一，钻井深度：钻达设计井深或完钻要求井深，以转盘面至井底校核后钻具实长为准的钻井深度。

第二，全角变化率、井斜角、井底水平位移、井径扩大率应符合表2规定：

第三，交井以完钻电测连续测斜资料为准，测点读值≤25m，特殊情况要加密，最后一测点距离完钻井底不大于10m。

3.2.3 井身结构。

第一，一开井径Ф311.15mm，井深20m，下入Ф244.5mm表层套管。固井水泥返地面。

第二，二开井径Ф215.9mm，钻至井深750m停钻，下入Ф139.7mm生产套管固井。固井水泥返至42号煤顶板以上200m。

3.2.4 钻具组合及钻进参数。由于该区地层角度大属易斜地层，一开以前采用Ф215.9mm钻头带Ф214mm扶正器打30m先导孔。

第一，一开钻具组合及钻进参数和技术措施。钻具组合：Ф311.4mm钻头+Ф214扶正器+Ф178mm钻铤+Ф214扶正器+方钻杆；钻压：20kN；钻速：48r/min；排量：20L/s；泵压：0～2MPa。

（1）把好安装质量关，对底座和转盘要测水平。保证天轮、转盘和井口三点一线，各种配套工具设备须到位；（2）钻进中要轻压吊打，适当控制钻速，要用水平仪找正方钻杆，防止水龙管把方钻杆拉斜，造成井眼偏斜，每100m测斜一次。非特殊情况下三个班组的施工参数要基本保持一致。

第二，二开钻具组合及钻进参数和技术措施。钻具组：Ф215.9mm钻头+Ф214扶正器+Ф178mm钻铤（一根）+Ф214扶正器+Ф178mm钻铤（三根）+159mm钻铤（六根）+Ф127mm钻杆+方钻杆；钻压：20～60kN；转速：48～69r/min；排量：20L/s；泵压：2～8MPa。

（1）开钻前按设计要求装好井口，不要求对套管试压；（2）钻头进出套管时要慢防止碰碴；（3）钻压始终低于钻铤重量30%，防止孔斜，每100m测孔斜一次，发现井斜立即采取措施，确保孔身质量合格。非特殊情况下三个班组的施工参数要基本保持一致；（4）下钻要操作平稳，不得猛刹、猛放，每次下钻要探井底沉砂高度，决定是否要调整钻井液性能和循环时间，如下钻不能一次到底，要分段循环；（5）起钻每5根要灌满钻井液一次，要充分做好井下复杂情况和事故的预防工作。

第三，取心钻进钻具组合及钻进参数和技术措施。钻具组：Ф215.9mm钻头PDC+Ф130mm绳索取心钻具+Ф127mm钻杆+方钻杆；钻压：20～40kN；转速：48r/min；排量：10L/s；泵压：2～5MPa。

要求取心采取率达90%以上，提升速度<0.02H（min）。煤心产状、结构、夹矸清晰，无污染。

（1）要认真搞好煤层保护工作，作业过程要服从地质工作需要，加强钻井液净化工作，维护好性能达到保护煤层的要求；（2）使用单动双管取心器，保证收获率及煤芯出筒速度及时装入解吸罐。以往实践表明单动双管取心器比半合管煤层取心器装罐时间短。机班长必须掌握工具性能，结构、装配质量及使用操作要点。制定切实可行的取心措施，并进行技术交底。工具入井前要认真丈量、检查、保养作详细记录，确保性能良好；（3）取心前必须做好的准备工作：有详细准确的地质预报，卡准取心层位。为确保取心段深度的准确性，在预计39、42号煤顶板以上50m时进行测井，根据对39煤顶板以上煤层的深度确定取心段开始的深度位置；（4）下钻：将组装好的取心工具外管放入内管检查间隙。循环压力正常，井底无沉砂，井眼畅通无异常后方可投（下）入内管。严格控制钻具下放速度，以防止水眼堵塞，中途遇阻以冲为主，少划眼或不划眼，严重遇阻应该用牙轮钻头通井。取心工具下到距井底3m位置循环洗井。内管投入后，若泵压低于正常泵压0.5～1.0MPa，则说明内管不到位，应查明原因再取心钻进；（5）取心钻进：取心钻进前，应先将钻盘转速泵量调整到设计值。取心钻进开始，应在进尺10cm内均匀地将钻压加到设计值。送钻均匀，严禁顿钻、严禁中途停泵、停钻盘或上提方钻杆，严禁中途调整泥浆。若发现泵压升高，则可能是堵心，应提出内管检查处理，提内管时按割心程序进行。煤层取心钻进每回次进尺控制在1.5m以内，每次研究进尺经验；（6）割心：钻至预定进尺后，停钻盘、泵，低速上提钻具0.5m实现割心，不需研心，亦不需回落；（7）提内管：打捞器下至内管以上50m左右加速下放。上提内管开始应缓慢，待内管进入钻杆可逐渐加速。若上提遇阻，可上下活动。若无效，不得强拉硬拽，应下放到原位，从井口放解卡器，将内管留在钻具内，提出打捞器，上大钻处理。若解卡器不能脱开打捞器，可在井口将钢丝绳安全销拉断，再起钻处理；

（8）钻杆入井前要逐根通径，以保证取心内管顺利入井、出井。

3.2.5 钻井液设计。由钻探技术人员研究制定污染最小化的泥浆配比方案，尽量采用低密度、低pH值（7.0～8.0）、低黏度、低固相（或无固相）泥浆。清水钻井不易携砂和井壁稳定，极易造成井塌、沉砂卡钻等事故（尤其在厚煤层中），延长了钻井时间，使煤层浸泡时间增长，反而对保护煤层不利。

一开、二开至煤层顶板均采用低固相钻井液，处理剂类型为cHC-1、PHP、CMC。严格执行钻井液设计，维护好钻井液性能。

第一，井段钻井液性能设计。

一开：密度1.04～1.10；漏斗黏度20～40。

二开：密度1.03～1.13；漏斗黏度20～35；APL失水<10。

第二，循环系统配制。泥浆池20m3、沉淀池8m3、循环槽长20m、槽宽0.6m。

第三，泥浆配比。

一开泥浆配比：黏土5%、增粘使用CMC，降黏使用cHC-1。

二开泥浆配比：黏土2%～5%、PHP50ppm、降失水使用cHC-1。

二开使用cHC-1降黏控制流变性，进入煤层前30m使用低比重钻井液，黏土量降为2%，处理剂只使用钾基cHC-1，泥浆比重不超过1.04。

煤层气3井钻遇39、42号煤顶板以上20m时清洗井筒，改用无固相钻井液钻进，对39、42号煤层和煤层顶底板取心，使39、42号煤层的污染降到最低。进入煤层前，钻井液中尽量不加高聚物处理剂，降低泥浆对煤层的损害。

第四，全体工作人员须牢固树立保护煤层的意识，保证各措施的实施。尽量缩短煤层在泥浆中的暴露时间。施工单位各部门要密切配合，尽量缩短钻井周期，减少钻井液对煤层的浸泡时间。

4 实钻效果

以保证钻井质量为目的，在钻探施工中严格执行针对煤层气3井钻井制定的技术措施和质量控制措施，安全、顺利地完成了煤层气3井施工任务。煤层气3井设计井深800m，实际井深800m，井斜2°20′，取心采取率达90%，提升速度<0.02H（min）；煤心产状、结构、夹矸清晰，无污染；达到质量要求，实现一次成井。该井基本上发生井内事故，充分证明了钻探施工设计合理，该套技术措施和质量控制措施是行之有效的。

5 结论与建议

（1）在煤层气勘探施工中，科学运用现有的钻探技术设备可以达到预期目标。制定针对性的钻井技术及与之相对应的技术保障措施是确保实现钻井目的的重要因素。参加施工的管理、工程人员是钻井的最直接的参与者，只有他们真正贯彻了相对应质量控制措施、技术措施，才能保证利用现有设备的钻井目的实现的根本保证；（2）低固相钻井液并非最佳钻井液，因为煤储为负压地层，因此使用低固相钻井液钻开煤层气储层时，同样会在一定程度上产生损害作用。较好的方法是使用空气泡沫钻井液钻开煤层，这样才能更加有效地保护储层、增加产量、提高钻井效率。但由于缺少设备和技术上的支持，尚未实现用泡沫钻进煤层的施工工艺，这是下一步工作的方向；（3）煤层气3井虽然达到了钻井目的，但也看出现有水源钻井设备和施工技术还未满足大口径煤层气高效、低成本、快速成井的要求。目前煤层气勘探技术水平却相对滞后，远不能满足新疆煤层气勘探开发的步伐和需要，需要广大工程技术工作者共同攻关，根据新疆煤层气地质特征引进先进的钻井设备，加强煤层气钻井技术手段的研究和与之相适应的钻井施工技术的探索，这对今后更好地勘探开发利用新疆煤层气有着重要的现实意义。

参考文献

[1] 尹淮新，等.新疆准南煤田阜康市白杨河西煤层气小井网勘查设计[R].新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队，2010.

[2] 中国建设监理协会.建设工程质量控制[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3] 陈光国，等.新疆准南煤田阜康市白杨河西煤层气生产项目3井钻井工程设计[R].新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队，2010.