宁夏水平井煤层气钻井施工工艺

郭 庆 张乐望 孙文仪 乔月飞 齐德源 吴国强

(宁夏回族自治区煤炭地质调查院，宁夏 750001)

1 背景

为响应国家政策号召，落实宁夏回族自治区第十二次党代会生态立区战略部署，为了解决煤矿瓦斯威胁，减少宁夏区域瓦斯事故的发生，同时为了发掘新能源潜力，为当地经济发展提供可靠的资源保障，为我区洁净能源有效利用打开局面，并有效降低传统能源开发中的污染问题，助力自治区“蓝天工程”。

2 MS01井的地层及岩性描述

MS01井自上而下依次钻穿第四系(Q)、古近系(E)、孙家沟组(P3sj)、二叠系上石盒子组(P2-3S)、二叠系下石盒子组(P2X)、二叠系山西组(P1s)、石炭二叠系太原组(C2P1t)。

煤系地层为石炭系的海陆交互相沉积及二叠系的陆相沉积。其中石炭系太原组和二叠系山西组为主要含煤地层，其中目的煤层是6号煤层位于石炭二叠系太原组，煤层厚度11m左右，太原组为主要含煤层，岩性为灰-灰黑色的泥岩、粉砂岩及中细粒砂岩。二叠系山西组为主要含煤地层，底部为一层灰色中—细砂岩与石炭系太原组整合接触。岩性由灰、灰白色长石石英各粒级砂岩，灰、灰黑色、黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成。

3 钻井施工工艺

3.1 钻井井段及钻井参数

(1)一开：0～122.43m

φ311.2mmPDC钻头+ 520*431接头+φ172螺杆+φ155钻铤3根+410*4A11接头+加重钻杆8根。钻进参数：钻压 20～30kN，转数45r/min+螺杆，泵压，排量28L/s,密度1.05g/cm3，粘度30～35s。

(2)二开：122.43～933.34m

φ215.9mmPDC钻头+φ172螺杆(1.5°)+4A11*4A10定向接头+φ165无磁钻铤+410*4A11变径接头+φ127加重钻杆2根+φ127钻杆。钻进参数：钻压20-80KN，转数45r/min+螺杆，泵压，排量28L/s,密度1.04～1.05g/cm3，粘度33～36s。

(3)三开：933.34～1741m

φ152.4mmPDC钻头+φ120螺杆(1.5°)+310*311定向接头+φ130无磁钻铤+φ89钻杆。钻进参数：钻压20～80kN，转数45r/min+螺杆，泵压，排量28L/s,密度1.04～1.05g/cm3，粘度33～36s。

此钻井参数在实际应用过程中比较理想，符合宁夏区域煤层气开发。

3.2 钻井液技术

(1)一开：0～122.43m

采用普通水基膨润土钻井液体系，钻井液配方：清水+膨润土+CMC+纯碱0.25%。主要性能密度1.02～1.03g/cm3、粘度30～35s。搅拌均匀，预水化24h后方可一开钻进。钻井液以防垮、防漏为主。

(2)二开：122.43～933.34m

采用聚合物钻井液体系，钻井液配方：井浆+酰胺+酸钾+80A51 +CMC+纯碱+防塌润滑剂+膨润土。由于二开作业钻至着陆点，不在主要煤层6号煤层钻进，可以加入少量的膨润土。主要性能密度1.03～1.05g/cm3，粘度30～35s。失水8～9mL，含沙量0.3～0.4%，泥饼0.2～0.3mm，pH值7～8。钻进过程中使用80目与100目振动筛筛布，振动筛使用率85%。日常注意维护，防止钻井液性能大幅度变化而影响井壁稳定，钻井液以防垮、防漏、防水涌为主。

(3)三开：933.34～1741m

采用聚合物低固相钻井液体系，钻井液配方：清水+瓜尔胶+氯化钾+聚合醇+80A51 +铵盐+无荧光液体润滑剂。由于三开全部在煤层中钻进，为了最大可能性的保护煤层重点气体通道，三开使用化学泥浆。主要泥浆性能；密度1.05～1.08g/cm3，粘度33～38s。失水8～9mL，含沙量0.3%～0.4%，泥饼0.2～0.3mm，pH值7～8。钻进过程中使用80目与100目振动筛筛布，振动筛使用率95%以上。日常注意维护，防止钻井液性能大幅度变化而影响井壁稳定，钻井液以防垮、润滑、防漏为主。

在煤系地层钻进过程中主要做到防塌、防卡、储层保护，在施工过程中未发生井内安全事故。具体施工井深结构见表1。

表1 井身结构

3.3 煤层保护技术

煤系地层采用低固相钻井液钻进，杜绝加入膨润土对煤层的损害。在开钻、起下钻、下套管过程中操作平稳，减少激动压力对煤层的损害。三开采用低固相钻井液，主要是防塌、防漏问题。因此，钻井液要有很好抑制性能，有效控制粘土矿物水化分散；要有较好的流变性能，能充分清洗井壁；要有较强的造壁性能，低虑失量，最大程度降低钻井液滤液向煤层渗失；要有一定封堵能力。

煤层气钻井中使用密度低、粘度低、PH低、失水量低和无固相(或固相含量低)的钻井液技术。即能满足安全钻进的要求，也能防止钻井液对储层的碱性侵害、粘土侵害、固体颗粒侵害、高分子聚合物的侵害。在煤层中钻进钻井液性能尽量控制在密度1.05g/cm以下，失水3mL/30h，以减少钻井液对储层造成渗透性的碱性伤害、滤液侵入伤害。

3.4 定向技术

采用LWD随钻随测监控井眼轨迹；根据实际情况采用滑动钻进和复合钻进两种方式施工，随时调整井斜方位。二开、三开作业都采用1.5°单弯螺杆，直井段控制井斜在0.5°以内，钻进至井深476m开始定向，每定向钻进一单根钻杆测量一次井斜和方位，及时预算井身轨迹，做到垂深、位移、井斜、方位四到位，井斜增斜率控制在规定范围内1.8°/根左右。

每次下钻之前在地面测试动力钻具性能，检查测试LWD仪器所有信号正常后再入井作业。

三开钻进采用柔性钻具组合：φ152.4mmPDC钻头+φ120螺杆(1.5°)+310*311定向接头+φ130无磁钻铤+φ89钻杆。螺杆采用无扶正器的螺杆，防止煤层坍塌造成卡主事故。下钻前钻井液性能稳定，达到设计要求，净化设备运转正常。

每次滑动钻进后，将滑动钻进井段进行复合钻进(划眼)，每钻进100～200m进行短程起下钻 5 个立柱，确保井眼干净、畅通、井眼轨迹光滑。

调整轨迹时必须控制狗腿度，以保证井眼轨迹圆滑，为顺利下入筛管奠定基础；以连通为目的，垂深不能和目标点相差太远，以免影响对接。

在使用MWD仪器进行钻进时，钻杆中放入钻杆滤清器。控制泥浆含砂量≤0.4%，确保MWD仪器正常使用。

3.5 对接联通技术

距对接靶点100m起钻下入慧磁强磁接头，精确控制轨迹以实现连通。确认连通成功后，起钻甩对接仪器。

在对接施工过程中，水平井内下入强磁接头，排采直井内下入对接仪信号接收探管，开始进行对接作业。每钻进5m需上提钻具4m，经过大泵量循环后停钻等待井下对接工程师的指令，对接工程师根据所测得的数据计算出钻头相对靶点的空间位移偏差并后告知定向井工程师，定向井工程师根据对接工程师提供的预测数据调整合适工具面进行下一步对接钻进，直至两井顺利连通为止。

在对接前确认靶点坐标数据和通信电缆长度，确保所有数据准确无误；采用通信电缆将对接连通仪送入对接点；确保地面通讯畅通，控制采样时间，及时进行数据对比分析。

根据定向工程师的预测数据，对接工程师分析井斜、方位的偏差，并将结果反馈给定向工程师；定向工程师根据对接工程师的分析数据，下达井斜、方位调整指令。

当钻进至钻头与靶点水平位移与钻头钻进距离连通点9m时，观测泥浆消耗情况，水平井停止钻进，排采直井起出连通仪器；排采直井起出连通仪器后，安排人员观察井口，刚开始有气流溢出，随后泥浆从井口涌出，并且泥浆涌出量较大，证明是将玻璃钢筛管打穿，联通成功的。联通成功后，关闭排采直井井口，循环泥浆捞取岩屑，发现岩屑中有玻璃钢筛管的碎屑，再次证明对接联通时是将玻璃钢筛管打穿精准对接联通成功。

3.6 在施工过程中需要主要的重点环节

(1)在钻进过程中加强井身质量控制，严格按照设计施工，控制井眼轨迹确保井眼轨迹光滑、平稳。(2)此井要兼顾后期煤层气排采，在对接点以前井斜角不能大于90°，要确保对接点是最低点。对接点以后再钻进100m，井斜角90°～91.4°。(3)水平段在煤层中钻进，煤层较软，水平段较长，要快速、安全的钻完水平段。(4)在钻进过程中控制好钻井液，实现近平衡钻井。加强固控设备的使用，做好钻井液净化。(5)三开进入目的煤层，钻井液体系必须是低固相或无固相钻井液，做好储层保护，防止泥浆污染煤层，为后期的排采工作做好铺垫。(6)钻进至煤系地层要做好防塌、防漏。