向斜煤层气井表层岩溶地层空气钻井技术适应性研究

郑鹏宇 向 刚 赵凌云

（1.自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室,贵州 贵阳 550009；2.贵州省油气勘查开发工程研究院，贵州 贵阳 550009）

贵州煤层气资源丰富，2000 m 以浅的煤层气资源量约3.15 万亿m3，位居全国第四位。大河边向斜区块地形多为山地，受地形条件、地质条件和工农关系等因素限制，目前主要采用直井和丛式井进行煤层气开发[1-6]。大河边区块一开钻遇地层主要为永宁镇组灰岩地层岩溶、裂隙发育，地层复杂[7]，使用常规的水力钻井技术，易出现钻井液漏入岩溶裂隙中，造成漏失影响施工。表层岩溶地层采用空气钻井技术，能有效解决漏失问题，起到保护储层作用，缩短建井周期。通过对大丛1 井组3 口排采井钻井时效和固井质量进行对比分析，探讨表层岩溶地层空气钻井技术适应性，进一步提高工程应用效果。

1 概况

1.1 地质概况

大河边向斜区块实际钻遇地层由新到老分别是：第四系（Q）地层、三叠系下统永宁镇组（T1yn）地层、三叠系下统飞仙关（T1f）地层、上二叠系上统龙潭组（P3l）地层、上二叠系中统峨眉山玄武岩组（P2β）地层（表1）。

1.2 工程概况

2021 年12 月大河边向斜区块完成大丛1 井组3 口排采井钻井、录井和固井工程。在钻井过程中，常规的水力钻井技术在钻遇永宁镇组出现不同程度漏失，主要是该层段裂缝、溶孔发育。从3 口井堵漏时间统计表（表2）分析，大丛1 井组3 口井累计堵漏时间达到20.18 d，占总完井时间的27.16%，严重制约钻井时效。大丛1-3 井累计堵漏时间10.52 d，占完井时间的38.37%，主要是9～19.5 m 位置出现严重漏失，累计漏失量达到200 m3。在漏失过程中，采用了人工水泥、投泥球和堵漏泥浆进行堵漏，但效果不好，改用空气钻井技术。

表2 大丛1 井组堵漏时间统计表

2 钻井时效分析

2.1 钻具组合

大丛1-1 井和大丛1-2 井在一开的钻具组合：Φ311.2 mmPDC/ 牙轮钻头+Φ203.2 mm×1.25°螺杆+Φ159 mm 无磁+Φ108 mm 方钻杆的钻具组合。大丛1-3 井一开先采用常规水力钻井技术，后因井漏改为空气钻井技术。空气钻井的钻具组合为：Φ311.2 mm 空气锤+双母+Φ159 mm 钻铤+Φ127 mm 钻杆+Φ108 mm 方钻杆。大丛1 井组3 口排采井二开均采用相同的钻具组合，即“四合一”钻具组合：Φ215.9 mmPDC 钻头+Φ172 mm螺杆+Φ206 mm 扶正器+定向接头+Φ159 mm 无磁+Φ159 mm 钻铤+变径+Φ127 mm 钻杆+Φ108 mm 方钻杆。

2.2 钻井时效分析

本次钻井时效分析主要对大丛1 井组3 口排采井采用机械钻速进行对比分析，为大河边向斜煤层气井表层岩溶地层钻井方式优选提供参考。从大丛1 井组机械钻速对比表（表3）看出，大丛1-3 井遇到漏失采用空气钻后一开机械钻速、二开机械钻速和平均机械钻速都有明显提升，特别是二开机械钻速达到12.46 m/h，比其他两口井最大机械钻速提高了2.66 m/h。

表3 大丛1 井组机械钻速对比表

3 固井质量分析

大丛1-3 井一开采用空气钻钻井技术，钻穿易漏层位后固井，能有效提高钻井的机械钻速。机械钻速差异，导致煤层暴露时间不同，井径扩大率也不同，进而影响固井质量。

3.1 井径扩大率分析

从大丛1 井组井径扩大率对比表（表4）看出，大丛1-3 井一开采用空气钻井技术后，减少表层岩溶地层的漏失，二开打开煤层到固完井时间为2 d，暴露煤层的时间最低，全井段煤层无垮塌，最大井径扩大率为7.94%，实施效果明显优于其他两口井。

表4 大丛1 井组井径扩大率对比表

3.2 固井质量分析

大河边向斜主要目的煤层为龙潭组11 煤，由于该煤层为构造煤，厚度大，在钻井过程煤层容易垮塌，易形成“大肚子”井眼，井径扩大率大，因此11 煤的固井质量评价至关重要。

从大丛1 井组主要煤层固井质量对比表（表5）看出，大丛1-3 井一开采用空气钻井技术后，第一界面和第二界面固井质量达到良好，比其他两口井要好。

表5 大丛1 井组主要煤层固井质量对比表

4 结论

1）大河边向斜区块表层三叠系永宁镇组岩溶地层裂缝、溶孔发育，一开采用空气钻井技术，表层套管封堵漏失层位，可能有效防止井漏引起的复杂情况，缩短建井周期。

2）空气钻井技术能明显调高机械钻速，缩短煤层暴露时间，降低井径扩大率，提升煤层的固井质量。

3）表层岩溶地层应用空气钻井技术，应关注漏失层位深度，优化空气钻井深度，实现防漏失和降成本的最优化。