煤层气丛式井钻进工艺

Question

如题所述

Answer 1

李云峰

（河南省煤田地质局豫中公司 郑州 450052）

作者简介：李云峰，1965年生，男，高级工程师，1987年毕业于长春地质学院，探矿工程。河南省煤田地质局豫中公司书记，副总经理。通信地址：郑州市南阳路99号，邮政编码：450052，邮箱：[email protected]。

摘要 文章介绍了沁水盆地煤层气概况、地层条件、技术要求、设备机具配套及丛式井施工工艺，钻井工艺及技术经济效果。

关键词 煤层气 地层条件 丛式井 技术要求 设备机具 钻井工艺 效果

Drilling Technology of CBM Cluster Wells

Li Yunfeng

（He'nan Coalfield Geology Bureau Yuzhong Company，Zhengzhou 450052）

Abstract：This article introduced CBM geology，formation conditions，technical requirements，equipments and drilling technology of CBM cluster wells as well as evaluation results of technical economy in Qinshui basin，Shanxi Province.

Keywords：CBM；formation conditions；cluster wells；technical requirements；equipments；drilling technology；effects

沁水盆地位于太行隆起以西，汾渭地堑以东，北以孟县隆起为界，南界限为中条山隆起。盆地是一个大型复式向斜，南北两端宽阔，中部窄，构造简单。含煤面积约为2.39×10⁴km²，煤层气资源量为68500×10⁸m³。主要煤层有3号和15号煤，煤层气含量普遍较高，一般为5～25m³/t。煤层气作为洁净能源越来越广泛开采应用，加之煤矿开采安全的需要，彻底解决钻孔施工与采掘争时间和空间的问题；高浓度甲烷使商业化的采气成为现实：井下瓦斯抽放由于工艺和技术原因，抽放浓度相对较低，而地面煤层气开发可使甲烷浓度与煤层原始甲烷浓度一样。丰厚的商业回报成为煤矿除煤炭开采外的又一经济来源。

1 地层情况及技术要求

1.1 地层

开孔层位为第四系，其下为二叠系石千峰组，完钻层位为奥陶系峰峰组，施工中将钻遇石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组、太原组、本溪组、峰峰组。其中石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组以砂泥岩为主，上石盒子组顶部有燧石层及硅质岩层。太原组及本溪组为砂泥岩与石灰岩，石灰岩中常含燧石。峰峰组以石灰岩为主，夹有薄层泥岩或泥灰岩及石膏层。

1.2 主要技术要求

（1）φ311井径、下φ244.5表层套管，封固良好。φ215.9 井径、下φ139.7 油层套管完钻。

（2）定向井井身：造斜段，全角变化率 G_m连续三点不得大于16°/100m；稳斜段，G_m≤6°/100m；靶心半径小于等于20m。井径规则，不得出现键槽和狗腿，煤层部位井径扩大率小于等于10%。

2 设备及机具配置

2.1 设备

钻机：GZ-2000；TSJ-2000。

水泵：3NB-1000；F-500；NB₈-600；TBW-1200/7B；排量 20～42L/s，压力5～32MPa。

动力：PZ12V-190；PZ8V-190；135系列等，功率120～800HP

钻塔：27.5m/A型塔（750kN）。

2.2 机具配置

钻具：φ127mm钻杆；φ159mm钻铤。

工具：750 kN 四轮大钩；三吊一卡等。

2.3 定向部分机具配置

5LZ165-7Y螺杆钻；单点照像测斜仪；φ165mmNMDC；1.75°、2°弯接头，φ214mm稳定器。

3 钻井工艺

3.1 井身结构

一开采用φ311mm钻至基岩，下入φ244.5表层套管，固井并候凝48h。

二开采用φ215.9mm镶齿牙轮钻头钻至完井，下入φ139.7技术套管固井。

3.2 泥桨工艺

煤系地层主要采用PHP（水解聚丙烯酞胺），起到絮凝泥浆中的钻屑、劣质粘土，改善泥浆流动性，减小摩阻，提高钻速。采用钠羧甲基纤维素（cmC）降失水剂来降低泥浆失水，抑制泥岩水化膨胀和巩固井壁；提高泥浆悬浮和携带岩屑能力。采用R59 钻井液提高泥浆的润滑携砂能力，减少钻具回转阻力。

指标：粘度18s；pH值7～8；比重1.04；失水30L/30min；含砂＜1%。

3.3 钻头选用

选用适岩的三牙轮镶齿钻头，单只钻头进尺150～300m。

3.4 钻具使用

φ127钻杆接头加耐磨带，提高接头寿命，采用紧扣力矩，加强紧扣。

φ159钻铤采用紧扣方法防止扣磨损。

3.5 螺杆的选用

使用5头4级的5LZ165-7Y螺杆，提高回转扭矩，加大钻压，提高效率。

4 定向井钻具组合及措施

定向井施工中主要分直井段、造斜段、增斜段、稳斜段，要针对不同地层、不同井深、位移有效地做好四个井段的钻具组合。实现设计轨迹是施工的关键。

4.1 直井段钻具组合及措施

直井段防斜是丛式井施工的主要保障，另一方面甲方也要求直井段井斜≤1.5°，表套＜0.5°，所以直井段的钻具组合至关重要，同时也关系着丛式井防碰及下部定向造斜段的难易程度。

4.1.1 钻具组合

一开直井：φ311.1mm钻头+φ159mmDC6柱+φ127mmDP。

二开直井：φ215.9mm钻头+φ159mmDC6柱+φ127mmDP。

以上造斜前直井段钻具组合用于造斜点较浅，且地质层稳定，不易井斜的情况。此结构在陕北丛式井施工中，造斜点井斜很小（≤2°），是一种理想的组合方式。

4.1.2 工艺措施

（1）钻井参数：钻压60～80kN，转速62～104rpm，泵量26～35L/s。

（2）见基岩时要轻压慢转，防止井斜。

（3）基岩直井段换径时要吊打，换定向组合钻具前测斜。

4.2 动力钻具造斜段钻具组合及措施

4.2.1 钻具组合

φ215.9mm钻头+φ165mm螺杆+1.75°弯接头+φ165mmNMDC1 根+φDC8 柱+φ127mmDP。

4.2.2 技术措施及效果

（1）主要选择1.75°、2°弯接头造斜。

（2）采用1.75°弯接头增斜率为1.5°～2°/30m。

（3）钻压60～80kN，泵压3.5MPa，马达转速120～180rpm，泵量28L/s。

（4）调整好钻井液性能，控制含砂量。

4.3 转盘增斜段钻具组合及措施

4.3.1 钻具组合

φ215.9mm钻头+φ214mm稳定器+φ165mmNMDC1根+φ214mm稳定器+φ159DC8柱+φ127mm钻杆。

4.3.2 技术措施及效果

（1）增斜段技术参数：钻压140～160kN，转速60～85rpm，泵压2MPa，泵量28L/s。

（2）效果：一个单根回次造斜强度0.6°/9m。

（3）全角变化率3°～4°/100m。

（4）加强测斜，及时测井斜、方位和增斜率，如达不到要求，必须及时采取适当措施。

（5）加强钻井液性能维护，提高防塌性能和携砂能力，充分清洁井眼。

4.4 稳斜段钻具组合及措施

4.4.1 钻具组合

φ215.9mm钻头+φ159短钻铤+φ214mm稳定器+φ165NMDC1 根+φ159DC8 柱+127mmDP。

4.4.2 技术措施及效果

（1）稳斜段技术参数：钻压140kN，转速125rpm，泵压2.5MPa。

（2）钻压操作三班一致，转速要均匀。

（3）加强测斜，防止井斜和方位急剧变化。

5 技术及经济效果

通过几年的陕北浅层石油钻井实践，使我局在钻井工艺技术及经济效果方面取得了明显成绩。

5.1 技术效果

（1）在采用石油大泵施工丛式井的基础上，结合我们自身的实际情况，因地制宜，采用TBW-1200/7B两台并泵施工丛式井，发展到现在的TBW-850/5两台并泵，目前正在采用单台TBW-1200/7B施工丛式井，为盘活设备存量做了有益的尝试。

（2）从初期采用TSJ-2000施工丛式井的基础上逐年采用TSJ-1000施工丛式井，并且取得较好的效果。

（3）首次在TSJ-1000钻机采用φ127DP、φ159DC 钻进，在机具配置上做了有益的尝试。

（4）反扭矩控制方法从最复杂的转盘控制到现在采用闸带控制。

（5）实现了高压喷射钻进。在石油大泵的基础上采用了高压喷射钻进，压力达到6～8MPa，效率提高了25%。

（6）大钻具的事故预防及处理得到极大的改进。

5.2 经济效果

首次将丛式井引入煤层气施工。已完成4个井组施工，节约了土地占用和管线铺设，为业主节约了开采成本。

参考文献

[1]孙茂远.2002.中国煤层气产业政策研究.北京：煤炭工业出版杜

[2]华北石油地质局.1990.煤层气译文集.郑州：河南科学技术出版杜

[3]大港油田.1999.钻井工程技术（中）.北京：石油工业出版杜