煤层气钻井工艺技术研究

王勤(中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院,辽宁 盘锦 124010)

1 储藏煤层的物理特点

因为煤层气主要依附于煤层中，充分了解煤层特征，才能达到煤层气高效开采的目的，目前我国的煤层主要具有以下特征:

1.1 煤层中的碳具有强烈的吸附作用，因此煤层气常以吸附的状态储存于煤层中。

1.2 煤层常会发育较多面割理和端割理，致使煤层易产生弹塑性变形，而且易碎。

1.3 煤层中常含硬质夹矸，软硬相间的不均匀分布。

2 煤层气的钻井工艺技术要求

2.1 钻井技术对井斜的要求

煤层气开采对钻井斜度要求严格，井斜度将对后续进行的射孔、压裂、安装等工艺流程产生直接的影响。如井的深度在1000m左右，则井斜度必须小于3°。至少有3个溜煤眼分与区段运输巷相通，以达到通风要求，并且满足行人和掩护支架回收的要求。但应少于6个溜煤小眼，否则可能造成压力过大，导致掩护支架拆除困难。当支架头放至收作位置时，应停止支架的下放，将整体伪倾角调整到25°-30°之间，调整到规定要求后，在中间位置将钢丝绳掐断，然后进行拆除钢梁工作，操作时上下使用局部通风机进行通风。

2.2 对钻井液性能的要求

因为煤层的渗透性较低，因此，在钻井过程要保持或是改善煤层的渗透性，这才能使煤层气得到有效开采。钻井过程中，钻井液可能侵入煤层造成碱性伤害（或是固相伤害），堵塞渗透通道影响煤层气开采，因此通常采用的钻井液都是密度低、pH值较低、粘度低和无固相或固相含量低的。

2.3 煤层的钻进要求

在钻进煤系地层时，对地层判断必须要准确。如果出现测井解释深度和钻井判层深度的误差超过10‰，则视为不合格。在井的钻进时，一定要作好地质录井和钻时录井。

2.4 套管的下放要求

一般煤层气钻井采用全孔二级套管。套管一般下放到距离井底为1.5到2米的深度。套管的接箍位置应与煤层顶板和底板相距2m以上。套管底端连接浮鞋,距浮鞋2至3米间接浮箍。煤层段应下放长套管，要求套管的接箍尽量不出现在煤层位置。过煤层后的套管，每间隔一根就需下入长度为3.0m左右的短标志管。从底部起，向上第三根套管开始下扶正器，煤层段之上和下端三根套管都需安装扶正器，下端每隔两根套管安装一个扶正器，上部可视情况安装，距离井口最近的套管必须安装有扶正器。下套管前需提前进行通井。下套管时保持丝扣清洁并涂抹丝扣油，并且保证丝扣紧密连接。在套管下入过程中要及时补入钻井液，保证压力平衡。套管下完后要保证钻井液的不断循环。

2.5 煤层井的固井要求

固井过程中，先注入前置液完成洗井工作，然后根据煤层的厚度、层位，确定水泥浆液的密度及注入量。泥浆密度一般小于1.65g/cm3。泥浆的注入必须保持连续，并且要分几次监测泥浆的密度，保证合乎设计要求。泥浆注入结束后用清水顶替，计算阻流环以上套管柱内容积，用以确定清水的顶替量，顶替压力15MPa。试压为20MPa，如果在30分钟后压降小于0.5MPa则试压合格；在灰浆候凝48小时后通过声、放、磁三种参数的检验测固井的质量。

3 煤层气钻井具体工艺措施

3.1 井斜防控措施

3.1.1 钻塔必须按规范要求安装，确保天车中心、转盘中心和井口中心在一条线上；并且要保证钻机转盘处于水平。

3.1.2 在松脆、软硬相交的地层段要严格控制钻进参数，采用吊打的方式避免井斜。

3.1.3 根据待钻层位的具体情况，采用相适宜的钻具组合，不能使用级配差异太大的钻杆，粗径钻具要直，钻具在孔内要保持居中。

3.1.4 在钻井的过程要连续及时的测量井斜，一开完钻后一定要对井斜进行测量，之后每隔50m测量一次井斜，一旦出现井斜状况要及时采取纠正措施。

3.2 钻井液性能的控制措施

在钻进煤系地层时，因其地层性质，钻头切削产生的部分岩屑不能被及时携带出地表，在井中易造成二次或多次破碎，形成极小的岩屑颗粒，导致不能及时清除，此时必须进行换浆。自二开起除砂要用除砂器，以此来保证钻井液密度符合要求。随着钻井液消耗要及时对其补充，每钻进150米左右需要进行一次部分换浆，在钻遇煤层之前必须要彻底换浆。在未钻遇煤系地层前每个小时要对钻井液的pH值、密度、粘度等进行四次测定，钻进煤系地层后每一小时进行一次测定。

3.3 煤层钻进措施

准确判断煤层深度及顶底边界。在钻进距煤层顶界2米左右时，司钻要时刻注意压力和卷筒的变化，一旦出现进尺突然加快要立即停钻并进行大泵量冲井，然后采用慢钻、小泵量、低泵压钻进。同时做好煤样捞取工作，如果进尺开始变慢，就可以对钻井参数进行适当调整，并且观察上返煤屑的变化，确定煤层厚度和底界深度。

3.4 套管下入措施

下套管操作前，要仔细检查设备运行状况以及吊卡的开合性能，对待下入套管进行编号，并且准确丈量套管长度，下入过程中按照套管排序依次下入。为使入井套管接箍避开煤层，要注意煤层下部套管长度的调整。

3.5 固井措施

固井前要计算清水、水泥以及添加剂用量，并进行充足准备，并提前挖掘足够大的蓄浆池，以便排放固井过程中所产生的废浆液，防止造成环境污染。

4 结语

我国开采煤层气的技术还处于不成熟阶段，特别是钻井的工艺技术还需要进一步开发和改进，需要不断地进行技术工艺改进，并要应用于实际工程中，最终实现低成本、高成效的煤层气开采。