盘县土城、金佳区块煤层气勘查参数井施工工艺探讨_童强.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-14修回日期 2020-03-22 基金项目 贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目 “盘县片区土城向斜、 盘关向斜煤层气勘查施工关键工艺应用研究”（编号 黔地矿科合 ［2018］ 27） 。 第一作者简介 童强 （1982-） ， 男 （汉族） ， 湖北武汉人， 高级工程师， 从事地质钻探施工技术和管理工作。 盘县土城、 金佳区块煤层气勘查参数井施工工艺探讨 童强*， 杨丕祥， 吴博 （贵州省地矿局117地质大队， 贵州 贵阳 550018） 摘要 以盘县土城、 金佳区块煤层气勘查参数井施工过程为依托， 探讨目前贵州省煤层气参数井钻 井工程工艺情况， 总结钻井工作中存在的问题， 以期能为同类工程提供借鉴。 关键词 煤层气； 参数井； 井深； 钻井液； 钻井质量 中图分类号 P634 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0059-05 盘县土城、 金佳区块煤层气勘查参数井项目从属 于贵州盘江煤层气开发利用有限责任公司盘县片区5 个区块 （土城、 响水、 金佳、 盘关、 火烧铺） 煤层气勘查工 程。该项目由贵州省能源局以关于松河煤层气勘探开 发示范项目及盘县煤层气勘探开发利用基地建设重大 工程备案的通知 （黔能源油气 【2015】 266号） 批准建设。 盘县土城、 金佳区块煤层气勘查参数井项目共含4 口参数井， 合计设计工作量3195m。分别为土城区块 SV-2井 （550m） 、 SV-3井 （970m） ， 金佳区块JV-2井 （740m） 、 JV-3井 （935m） 。 1地层情况 土城区块地层自下而上出露地层有峨眉山玄武岩 组（P3β）、 龙潭组（P3l）、 飞仙关组（T1f）、 永宁镇组 （T1yn） 、 第四系。施工的目标层位为龙潭组 （P3l） ， 厚约 284～341m。该区块位于土城向斜北翼西段转折段， 区 内断裂构造发育， 斜切高角度正断层发育是区内的主 要构造特征。 金佳区块地层自下而上出露地层有峨眉山玄武岩 组（P3β）、 龙潭组（P3l）、 飞仙关组（T1f）、 永宁镇组 （T1yn） 、 第四系。施工的目标层位为龙潭组 （P3l） ， 厚 220～260m。该区块位于盘关向斜东翼中段， 构造形态 为单斜构造， 褶曲不发育， 断层以走向断层及斜向断层 为主。 2参数井重点技术要求 相关技术规定较为精细繁杂， 以下仅列举部分重 要要求 （1） 全井段取芯， 煤层取芯收获率不小于80， 其 他岩层取芯收获率不小于 90， 终孔口径不小于 95mm， 岩、 煤芯直径应大于60mm。 （2） 为减少煤芯在起出过程中的气体损失量， 提升 时间限定为 井深500m以浅， 提芯时间不超过10min； 500～1000m， 提芯时间小于20min； 从出井口到煤芯装 罐时间小于3min。 （3） 对各井进行岩芯录井、 钻时录井、 钻井液录井、 气测录井及简易水文观测。 （4） 钻井完钻后全部井均进行综合测井。 （5） 选取参数井钻遇的4层主采煤层进行注入/压 降试井与原地应力测试。 3参数井施工 3.1参数井完成情况 （详见表1） 3.2钻井设备 参数井钻井设备原先计划采用HXY-6A型立轴 式钻机进行施工， 在经过施工现场实地论证及提高施 工效率考虑， 将钻井设备变更为全液压动力头式钻机。 在参数井实际施工中， SV-2井采用HYDX-6型 全液压动力头式钻机进行施工， 参数井SV-3井、 JV-2 井、 JV-3井采用CSD1800X型全液压动力头式钻机进 行施工， 4口参数井的施工钻机钻进能力均能达到完钻 要求。 3.3钻井工艺 3.3.1钻井结构 初步设计参数井采用四开钻井， 即∅172mm- 59 2020年第12期西部探矿工程 ∅150mm-∅122mm-∅96mm。 一开 以∅172mm单管取芯钻具硬质合金单管取 芯工艺钻入基岩 （初设10m） ， 全段取芯， 下入∅168mm 套管； 二开 以∅150mm绳索取芯钻具金刚石绳索取芯 工艺钻入完整基岩， 全段取芯， 下入∅140mm套管； 三开 以PQ绳索取芯钻具金刚石绳索取芯工艺钻 至飞仙关组一定深度， 全段取芯， 下入∅114mm套管； 四开 以 HQ 绳索取芯钻具钻至峨嵋山玄武岩 15m， 全段取芯， 裸眼完井。 在实际施工中， 考虑具体地质情况 （上覆土层、 风化层较薄） 和施工效率 （优化钻孔结构） ， 除 SV-2 井外， 其余 3 口参数井采用三开钻井， 即∅150mm- ∅122mm-∅96mm （详见表2） 。 井号 SV-2 SV-3 JV-2 JV-3 结构 四开 三开 三开 三开 开孔口径 （mm） ∅172 ∅150 ∅150 ∅150 终孔口径 （mm） ∅96 ∅96 ∅96 ∅96 技术套管直径 （mm） ∅114 ∅114 ∅114 ∅114 技术套管下深 （m） 165.10 306.00 456.00 621.40 完井方式 裸眼完井 裸眼完井 裸眼完井 裸眼完井 表2参数井井段及套管数据表 钻进方法 ∅172mm合金单管 ∅150mm金刚石绳取 ∅122mm金刚石绳取 ∅96mm金刚石绳取 钻压 （kN） 1～5 8～15 10～15 12～15 转速 （r/min） 50～100 350～600 300～650 150～700 泵量L/min 0～60 80～120 90～110 60～90 表3参数井钻进规程参数 井号 SV-2 SV-3 JV-2 JV-3 合计 设计工作量 （m） 550 970 740 935 3195 实际工作量 （m） 713.15 1016.63 710.95 903.10 3343.83 开钻时间 2018-07-01 2018-07-06 2018-07-06 2018-06-27 结束时间 2018-09-20 2018-10-14 2018-11-13 2018-11-13 钻进周期 （d） 39 39 52 101 完井周期 （d） 90 102 131 139 表1参数井工作情况表 3.3.2钻进参数 参数井钻进方法、 钻压、 转速、 泵量等钻进参数详 见表3。 3.3.3钻井液 为了完成参数井施工， 使用的钻井液主要为无固 相聚合物钻井液、 无固相或低固相护壁防塌钻井液两 类。具体各参数井钻井液情况详见表4。 3.4钻井质量 3.4.1岩、 煤芯质量 根据技术要求， 4口参数井要全井段取芯， 煤层取 芯收获率不小于 80， 其他岩层取芯收获率不小于 90。 4口参数井施工实际情况如下 SV-2 煤层取芯收获率98， 其他岩层取芯收获 率97。 SV-3 煤层取芯收获率99， 其他岩层取芯收获 率98。 JV-2 煤层取芯收获率94， 其他岩层取芯收获率 98。 JV-3 煤层取芯收获率98， 其他岩层取芯收获率 60 2020年第12期西部探矿工程 98。 3.4.2可采煤层质量 SV-2 可采煤层为27层， 验收了21层， 其中优质 10层， 合格11层， 质量评级为乙级。 SV-3 可采煤层为19层， 验收了16层， 其中优质 14层， 合格2层， 质量评级为甲级。 JV-2 可采煤层为16层， 验收了15层， 其中优质5 层， 合格 7 层， 不合格 3 层 （7、 13、 17煤层后补采合 格） ， 质量评级为乙级。 JV-3 可采煤层为16层， 验收了14层， 其中优质6 层， 合格8层， 质量评级为乙级。 3.4.3井身质量 （1） 井斜情况。 SV-2 井深713.15m， 最大井斜角在708m达最大 值3.95。 SV-3 井深1010.63m， 最大井斜角在1010m达最 大值6.85。 JV-2 井深710.95m， 井斜角在708m处达最大值 6.95。 JV-3 井深903.10m， 井斜角在900m处达最大值 4.65。 根据井斜质量甲级孔验收标准， 要求每100m井斜 不超过1， 4口参数井均达到甲级孔。 （2） 井径情况。4口参数井大部分井段井眼较规 则， 煤层段井径有不同程度的扩径， 满足钻井井径质量 要求。 SV-2 全井地层平均井径118.26mm， 平均扩大率 23.18。 SV-3 全井地层平均井径100.35mm， 平均扩大率 4.53。 JV-2 全井地层平均井径126.31mm， 平均扩大率 13.27。 JV-3 全井地层平均井径133.62mm， 平均扩大率 39.19。 3.5录井工程 4口参数井录井工程均使用SK-3Q02G气测色谱 仪及其配套设备进行实施。项目共分为钻井液录井 （密度、 粘度、 失水量、 含砂量、 pH值） 、 钻时录井、 气测 录井、 迟到时间。 钻井液录井 密度、 粘度、 pH值每3～5m测量1～2 次， 失水量、 含砂量每班测量1次。 钻时录井 非目的层段每1m记录1个点， 目的层段 每0.5m记录1个点。 气测录井 非目的层段每1m记录1个点， 目的层段 每0.5m记录1个点。 迟到时间 按设计要求50m/次。 3.6物探测井 参数井测井包括标准测井、 综合测井、 井斜测量 等。实测参数有自然电位、 自然伽马、 补偿密度、 补偿 中子、 补偿声波、 双侧向、 数字双井径、 井斜、 井温等9 项。 4口参数井的测井曲线质量均达到单条曲线优质 率100， 全井评为甲级。 3.7试井及原地应力测试 按照测试任务要求， 对目标煤层进行注入/压降试 井及原地应力测试， 以获取渗透率 （k） 、 储层压力 （Pi） 、 表皮系数 （S） 、 调查半径 （ri） 、 储层温度 （T） 、 破裂压力 （Pb） 及闭合压力 （Pc） 等煤储层参数。依国家标准GB/ 井号 SV-2 SV-3 JV-2 JV-3 井段 非煤系 煤系 非煤系 煤系 非煤系 煤系 非煤系 煤系 井深 （m） 0～164.90 164.90～713.15 0～653.47 653.47～1016.63 0～476.01 476.01～710.95 0～647.98 647.98～903.10 钻井液性能 类型 无固相 无固相/低固相 无固相 无固相/低固相 无固相 无固相/低固相 无固相 无固相/低固相 密度 （g/cm3） 1.01～1.03 1.03～1.09 1.00～1.06 1.01～1.05 1.02～1.03 1.02～1.13 1.01～1.04 1.02～1.06 粘度 （s） 20～28 20～33 14～19 16～36 22～27 20～52 17～20 18～58 失水量 （mL/30min） 5～15 5～12 5～15 5～12 10～15 7～9 17～20 8～20 含砂量 （） 0.01～0.10 0.01～0.10 0.01～0.10 0.01～0.10 0.01～0.10 0.01～0.10 0.10～0.30 0.10～0.30 pH 值 8～11 8～9 8～11 8～9 9～10 9～10 8～11 8～9 表4参数井钻井液性能情况表 61 2020年第12期西部探矿工程 T 24504-2009 煤层气井注入/压降试井方法 的要 求， 4口参数井采用自下而上的裸眼井双封隔器测试 技术。 SV-2井在2018年8月22～9月3日进行试井及原 位应力测试工作， 测试层位为12、 9、 62、 51。 SV-3井在2018年9月25～10月11日进行试井及 原位应力测试工作， 测试层位为17、 15、 1011、 34。 JV-2井在2018年9月7～22日进行试井及原位应 力测试工作， 测试层位为241242、 22、 18118、 17。 JV-3井在2018年10月24～11月7日进行试井及 原位应力测试工作， 测试层位为10、 9、 7、 1。 4存在的问题和建议 4.1钻井设计井深偏差 土城片区SV-2井由于所选工作区原先地质资料 出现错误， 后根据地质人员现场调查修改了施工设计， 造成钻井井深偏差较大。钻井设计井深为550m， 实际 井深713.15m， 误差达到了30。 土城片区SV-3井由于所选点位约20m为村寨饮 用水源， 经请示重新确定位置施工。钻井设计井深为 970m， 实际井深1016.63m， 误差不大。 金佳片区JV-2井、 JV-3井未变更施工设计， 均提 前30m左右终孔， 在合理误差范围内。 虽然设计井深误差在此次煤层气参数井施工中影 响不大， 但也造成了SV-2井临时调拨管材及泥浆材 料的情况。同时由于钻井施工选择的是CSD1800X型 动力头钻机， 因此井深增加未造成明显影响。 建议以后此类项目在选用设备时应预留至少一半 的钻进能力， 材料配备多预留三分之一的量。 4.2钻井液性能问题 土城片区SV-2井中下煤组以粉煤为主， 刚开始 用低密度钻井液钻进不能有效保护井壁， 造成抱钻严 重， 出现钻杆提不起来的情况， 后期加大钻井液密度， 顺利钻至终孔。 金佳片区JV-2井煤系地层中下部， 540～610m断 裂发育， 并涌水量较大， 低密度钻井液钻进因稀释不能 有效保护井壁， 造成垮塌严重， 后期采用加重型钻井液 （1.13g/cm3） 进行压水， 顺利钻至终孔。 金佳片区JV-3井在非煤地层施工时， 存在顺节理 裂隙漏失情况。在井深347.59～350.59m处消耗量最 大达20m3/h， 在井深332.59m、 572.70m分别达7.5m3/h、 14.2m3/h。采取常规惰性材料堵漏措施及泡沫泥浆施 工均不见明显效果， 最终采用扩孔下套管封隔漏失层 方法处理， 顺利钻至终孔。 建议以后此类项目在钻井液的应用上加大研究， 结合实际给出合理方案。同时针对涌水、 漏失等特殊 情况， 提前做好预防处理方案及备料， 避免出现窝工待 料情况出现。 4.3煤芯采取问题 土城片区SV-3井、 金佳片区JV-3井均存在部分主 要目的煤层煤结构松散， 煤芯采取异常困难的情况， 必须 用特制的采煤钻头， 可该钻头容易被煤粉堵塞， 导致取芯 内筒卡住绳索外管， 常打捞不上来， 不得不上大钻。 金佳片区JV-3井煤系地层中下部540～610m断 裂发育， 而且煤层以粉煤居多， 导致部分煤层采取率不 足。因煤芯采取率不足， 在原孔452m处偏斜补取煤 芯， 导致该井整体施工时间较长。 建议以后对采煤钻头、 钻具进行系统研究， 将之间 的匹配性、 适应性的问题得到解决， 防止出现在煤层中 施工时频繁起下钻。同时在以后施工时， 应严格执行 “见软上钻” 而打捞岩芯的原则， 保证煤芯采取率。 5结论 （1） 煤层气参数井设计具有预探性， 设计井深一般 存在误差， 设备选型及施工备料时应留够充足余地。 （2） 据施工过程来看， 全液压动力头钻机具有搬迁 方便、 性能稳定、 施工能力强的优点， 完全能够适应煤 层气参数井等类似项目的施工要求。 （3） 严格按照施工规程和原则进行施工， 杜绝盲目 施工造成的质量、 安全方面的问题。（下转第65页） 井号 SV-2 SV-3 JV-2 JV-3 井深 （m） 713.15 1016.63 710.95 903.10 录井项目 钻时录井 1239点 1344点 951点 1164点 气测录井 1239点 1344点 951点 1164点 迟到时间 14次 20次 13次 16次 密度 139次 494次 241次 313次 粘度 139次 494次 241次 313次 失水量 58次 59次 72次 89次 含砂量 58次 59次 72次 89次 pH值 139次 494次 241次 313次 表5参数井录井工程工作情况表 62 2020年第12期西部探矿工程 （2） DQEM-178Ⅱ型仪器现场应用稳定可靠， 单井 工作时间长， 遥测深度大大提升。 （3） DQEM-178Ⅱ型仪器数据上传更加高效合理， 地面解码准确率高。 4结论与建议 （1） 研制了一套DQEM-178Ⅱ型随钻测量仪器可 以更好地适应现场的需求， 具有传输速度快、 维修成本 低、 操作简单的特点。 （2） 通过对井下仪器串结构及发射电路的改进， 使 Ⅱ型仪器在数据传输效率和解码准确率上面大大提 升。 （3） DQEM-178Ⅱ型仪器不受钻井液介质的限制， 可以很好地取代现有的MWD， 广泛地应用于调整井定 向井的定向段和水平井的造斜段。 参考文献 [1]刘修善,侯绪田,涂玉林,杨春国.电磁随钻测量技术现状及发 展趋势[J].石油钻探技术,200654-9. [2]张进双,赵小祥,刘修善.ZTS电磁波随钻测量系统及其现场 试验[J].钻采工艺,2005325-27. [3]王荣景,鄢泰宁,等.ZTS-172电磁波随钻测量系统及其在胜 利油田的应用[J].地质科技情报,2005S133-35. （上接第58页） 参考文献 [1]郭川.塔河油田9区-西达里亚奥陶系凝析气藏古岩溶缝洞 型储层研究[D].成都理工大学,2012. [2]高利君,王虹,王胜利.塔河油田9区奥陶系凝析气藏特征及 控制因素[J].新疆地质,2013,31增刊91-94. [3]李士伦.天然气工程[M].2版.石油工业出版社,2008. [4]李闽,郭平,谭光天.气井携液新观点[J].石油勘探与开发, 2001,285105-106. [5]李闽,孙雷,李士伦.一个新的气井连续排液模型[J].天然气工 业,2001561-63. [6]王倩.高含水凝析气藏治理实践与认识以西北油田 凝析气藏为例[C]//第三届全国特殊气藏开发技术研讨会优 秀论文集,20147. [7]博古.气井积液井筒排液采气技术应用[D].中国石油大学, 2016. （上接第62页） 参考文献 [1]土城向斜北翼西段煤层气区块勘查项目技术文件[R].贵州 盘江煤层气开发利用有限责任公司,2017. [2]金佳煤矿煤层气区块勘查项目技术文件[R].贵州盘江煤层 气开发利用有限责任公司,2017. [3]童强,等.贵州省长页1井施工工艺探讨[J].探矿工程 （岩土钻 掘工程） ,2017增刊. [4]鄢泰宁.岩土钻掘工程学[M].武汉中国地质大学出版社, 2001. [5]乌效明,等.钻井液和岩土工程浆液[M].武汉中国地质大学 出版社,2014. [6]李国民,等.绳索取芯钻探技术[M].北京冶金工业出版社, 2013. [7]邓昌文,等.贵州保田青山煤层气参数井钻井工艺技术[J]. 探矿工程 （岩土钻掘工程） ,20071. 65