贵州大河边向斜煤层气区块钻完井工艺

贵州大河边向斜煤层气区块钻完井工艺
发布时间：2023-02-02T03:00:07.808Z 来源：《中国电业与能源》2022年18期作者：向刚郑鹏宇
[导读] 贵州大河边向斜煤层气区块通过前期勘探阶段实践，
向刚郑鹏宇
贵州省油气勘查开发工程研究院
摘要：贵州大河边向斜煤层气区块通过前期勘探阶段实践，该区块地质构造较为复杂，断层和裂缝发育，岩溶地貌发育，存在主要问题是单井产量低、井漏严重、钻井效率有待提高。

结合地层特点，通过对钻井井型、完井方式、井身结构、钻井方式、储层保护等关键性
技术进行探讨实践，提出了钻井井型以定向井为主布置丛式井组、在钻井工艺上一开采用空气钻钻井工艺、在完井工艺上采用套管完井为主、储层保护方面采用低固相钻井液或无固相钻井液等工艺技术。

关键词：贵州大河边煤层气钻完井工艺关键性技术
Drilling and completion technology of Dahehe syncline coalbed methane block in Guizhou Province
Zhao Lingyun，He Wantong，Xiang Gang ，Wu Zhangli And Xu Hu
（The first unit：Key Laboratory of Unconventional Natural Gas Evaluation and Development in Complex Tectonic Areas, Ministry of Natural Resources，The second unit：Guizhou Engineering Research Institute of Oil&Gas Exploration and Development，The third unit：Hangzhou Branch, China Coal Zhejiang Geological Group Co. Ltd.）
Abstract: Through the practice in the early exploration stage, the geological structure of the Dahehe syncline CBM block in Guizhou province is relatively complex, with developed faults and fractures and karst landforms. The main problems are low production of single well, serious loss, and drilling efficiency to be improved. Combined with formation characteristics, through the drilling well type, completion method, well structure, drilling method, reservoir protection and other key technologies are discussed and practiced. It is proposed that the drilling well type is mainly oriented well,
the cluster well group is arranged, the first drilling process is air drilling, the completion process is casing drilling, and the low solid phase drilling fluid or no solid phase drilling fluid is used in reservoir protection.
Key words: Dahe River, Guizhou Coalbed methane (CBM) Drilling and completion process Key Technologies
0 概述
贵州省煤层气资源丰富，含煤面积约7万km2，占全省面积的40% 左右，全省埋深2000m以浅、含气量大于4m3/t可采煤层中的煤层气
地质资源量3.15 万亿m3，居全国第二[1]，贵州省煤层气勘探开发进入了煤层气开发工程模式的探索阶段[2]，但贵州省煤层气总体开发较少，制约着贵州省煤层气开发利用主要原因之一就是贵州省地质构造较为复杂，断层和裂缝发育，溶洞、孔隙和裂缝较为发育，井漏严重，钻井难度大大增加，单井产量低等，导致钻井周期延长和钻井成本增加。

目前煤层气方面开发模式主要采用丛式井组、水平井和多分支井等的开发模式[3-4]，贵州大河边向斜煤层气区块地质构造复杂和煤层不稳定等适合布置丛式井组，通过对该区块丛式井组的钻井井型[5]、完井工艺、井身结构、钻井工艺、储层保护等关键性技术进行探讨实践，提出了钻井井型以定向井为主布置丛式井组、在钻井工艺上一开采用空气钻[6-9]钻井工艺、在完井工艺上采用套管完井为主、储层保
护方面采用低固相钻井液或无固相钻井液等工艺技术。

本文通过这些关键性技术解决单井产量低、井漏严重、钻井效率等问题，为贵州煤
层气井勘探开发提供新的思路。

1 钻完井工艺
1.1钻井井型选用
贵州大河边向斜煤层气区块大地构造单元上属扬子陆块（Ⅰ级）黔北隆起（Ⅱ级）六盘水断陷（Ⅲ级）威宁西北向构造变形区大河边向斜西翼中段。

区块内构造较为复杂，断层和裂缝发育，岩溶地貌发育，特别是关岭组和永宁镇组溶洞、孔隙和裂缝较为发育，井漏严重，
使得该区块内钻井难度增大。

区内含可采煤层7层，分别为1、4、7、8、11、12、13号煤层。

其中全区可采煤层5层（1、7、11、12、13号），大部可采煤层2层（4、8号），除11号煤层外，大部分煤层平均厚度都不厚。

11号煤层厚度普遍较大，多介于5.00～8.0m之间，属厚煤层，上部为块状，下部为粒状和粉状。

根据大河边向斜煤层气区块内地质构造和地层特征，比较适合布置丛式井组，如采用单井井型，则产气量较低，采用水平井井型则施工难度大大增加，11号煤层下部多为粒状和粉状煤层，对钻井液、钻井工艺等要求更高。

丛式井组可以采用直井+定向井的模式，也可采用全布置定向井的模式。

采用二开井身结构，一开布置Φ311mm的井眼，二开布置Φ216mm的井眼，对于后期煤层气井压裂和排采较为合适。

1.2钻井工艺
1.2.1设备选型
大河边向斜区块内煤层埋深均不深，大部分埋深不超过1000m，因此丛式井组的施工对于设备要求不是太高，可以使用水源2000钻井、石油20或30钻井、车载钻机等，但施工区块位于山区内，道路较为狭窄，车载钻井不容易驶入工地，建议尽量不选用车载钻机。

1.2.2钻头选用
大河边向斜区块上部地层主要岩性为白云岩和灰岩，溶洞、裂缝发育，井漏严重，一开可以选用空气钻钻进，待钻穿白云岩和灰岩后，再下入套管，封住漏失层。

如选用水钻，可以使用牙轮钻头，也可以使用PDC钻头，两种钻头进尺基本差不多。

二开地层主要为飞仙关组和龙潭组，属软～中硬地层，适合使用PDC 钻头，通过对比已钻井的数据，在PDC钻头刀翼数量上优选5刀的低邦，复合片19mm的双排齿PDC钻头。

动力钻具选用5～6级螺杆钻具，可取得较高机械钻速。

一般情况下，钻头水眼都是采用#12号水眼，但是采用PDC+螺杆时，钻头水眼就要尽可能大（2000m以内的井，钻头水眼相当于直径不低于3个12mm，以防止MWD仪器下钻具内
外压差太高，造成蘑菇头压差太高，不能正常工作）。

目前大河边向斜区块内，复合片均选用19mm的PDC钻头，钻头水眼使用
15*3+14*4，压降都在2MPa以上，既保证了仪器的正常使用，又提高了机械钻速。

1.2.3钻具结构及钻井参数的选用
一开井漏风险较大，一开采用空气钻钻进，钻具组合采用φ311.2mm空气锤+双母+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆+φ108mm方钻杆，钻进
时使用2台空压机（工作压力2.5MPa,工作流量33m3/min）能够满足要求，完钻以后，循环时采用3台空压机，确保井内岩屑全部循环出来，保持井眼干净。

如一开采用水钻，则可以采用了φ311.2mmPDC/牙轮钻头+φ203.2mm螺杆+φ159mm无磁+φ159mm钻铤+变径+φ127mm钻杆+方钻杆的钻具组合，钻压不超过3吨，防止钻斜。

二开钻具组合采用φ215.9mmPDC钻头+φ172mm*1.25°螺杆+φ206mm扶正器+定向接头+φ159mm无磁+φ159mm钻铤+变径+φ127mm钻杆+φ108mm方钻杆，采用一趟钻的钻具组合模式，能够减少一趟起下钻时间；加上扶正器能够确保稳斜段稳斜效果好，不需要频繁的调整井斜，能够提高钻时，确保快速穿过煤层，减少煤层暴露时间，避免煤层垮塌，减小井径扩大率。

1.3完井工艺
本区块内采用套管完井方式进行完井，一开井眼为Φ311mm的井眼，下入Φ244.5mm的套管，二开井眼为Φ216mm的井眼，下入
Φ139.7mm的套管，下套管前井眼要进行充分循环，确保井眼干净通畅，同时根据井眼实钻轨迹、套管参数和数据进行生产套管强度校核计算和摩阻分析，确保生产套管的顺利下入。

针对贵州煤层气井固井过程中存在的水泥浆漏失、候凝期间气窜风险高、水泥浆强度发展缓慢，及压裂改造过程中水泥环易破坏失效的问题。

开发了低密高强韧性防漏防窜水泥浆体系，在本区块内开展高含气饱和度煤储层低伤害固井技术研究，检验该水泥浆体系的可靠性。

固井前按照水泥浆的配方，现场进行各种材料的配比试验，为防止灰罐车中的混灰粘罐，采用空气进行循环，要求碰压信号明显，稳压10min，无压降，放压井口无返流，井口返出正常。

1.4储层保护
储层保护主要是通过钻井液性能和钻井工艺等方面进行，钻进至煤层前，钻井液密度控制在1.04g/cm3以下；进入煤层后，采用低固相聚合物钻井液，以防止对煤层进行污染，防止出现煤层垮塌等各类问题。

采用钻井液配方：清水+聚丙烯酸钾（K-PAM）+乙烯基单体多元共聚物（PAC-141）+丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物（80A51）+髙粘羧甲基纤维素（CMC-HVT）+无荧光防塌润滑剂+纯碱+土粉，根据实钻情况考虑加入随钻堵漏剂和锯末。

严格控制固相含量，降低钻井液对煤层的损害，控制好钻井液含砂量，不超过0.5%。

揭露煤层至完钻，适当控制泥浆泵的泵压和排量,采用低钻压、低转速、低排量、低射流冲击力的“四低”参数钻进，减小煤层段井径扩大率、防止垮塌、卡钻，同时在煤层段减少划眼，快速穿过。

同时煤层段起、下钻作业平稳操作，严格控制起下钻速度，防止抽吸造成井喷或压力激动造成煤层伤害。

2 应用实例
贵州大河边向斜煤层气区块已经实施几十口煤层气井，针对地质构造较为复杂，断层和裂缝发育，溶洞、孔隙和裂缝较为发育，通过对钻井井型、完井方式、井身结构、钻井方式、储层保护等关键性技术进行探讨实践，有效解决单井产量低、井漏严重、钻井效率有待提高等问题，具体典型案例如下：
大河边向斜区块实施的大丛1井组3口井，大丛1-1和大丛1-2井一开采用水钻方式进行钻进，因井漏严重，导致完钻周期延长，大丛1-3井开始采用水钻钻进，后改为空气钻钻进，机械钻速明显提高，特别是二开钻速相比较前两口井提高了2.48m/h。

可以看出，由于区块内灰岩地层裂缝和溶洞发育，一开采用空气钻钻进，钻穿漏层后，再下入表层套管，能够节省不少时间。

贵盘煤HF井，一开采用Φ444.5mm空气锤钻进，钻具组合：Φ444.5mm潜孔锤+Φ159mm钻铤+Φ127mm加重钻杆+Φ127mm钻杆，钻进参数：钻压20-30KN,转盘转数：60rpm，用5台空压机，每台空压机排气量30m3/min，压力2.5MPa。

钻至272.00m，由于钻时较慢且井内出水，钻井过程中部分岩屑吹不出，换用钻井液钻进, 使用Φ406mmPDC钻头钻进，在273m发生失返性井漏，前后几次静止测得液面一直在12m未变，故扩眼下入Φ478mm导管23m封住漏层，然后使用Φ406mm钻头钻至 424.71m一开完钻。

3 结论
（1）贵州大河边向斜煤层气区块采用布置以定向井为主的丛式井组可以提高煤层气产量。

（2）贵州岩溶地层比较发育，井漏较为严重，建议在在钻井工艺上一开采用空气钻钻井工艺，可以提高钻井周期，减少成本。

（3）完井工艺上采用采用套管完井方式进行完井，二开下入Φ139.7mm的生产套管，采用低密高强韧性防漏防窜水泥浆体系进行固井，能够达到较好的效果。

（4）储层保护方面采用清水+聚丙烯酸钾（K-PAM）+乙烯基单体多元共聚物（PAC-141）+丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物
（80A51）+髙粘羧甲基纤维素（CMC-HVT）+无荧光防塌润滑剂+纯碱+土粉的低固相钻井液体系。

第一作者：向刚（1987-），男，汉族，四川泸州人，硕士研究生，工程师，单位：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，主要从事非常规油气地质与开发技术研究工作。

第二作者：郑鹏宇（1987-09），男，汉族，四川成都人，硕士研究生，工程师，单位：贵州省油气勘查开发工程研究院，主要从事非常规油气地质与开发技术研究工作。

课题（项目基金）名称和编号：贵州省地质勘查基金项目【208-9912-JBN-UTS0】
参考文献:
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向刚（1987-)，男，汉族，四川泸州人，硕士研究生，工程师，单位：贵州省油气勘查开发工程研究院，主要从事非常规油气地质与开发技术研究工作
郑鹏宇（1987-09)，男，汉族，四川成都人，硕士研究生，工程师，单位：贵州省油气勘查开发工程研究院，主要从事非常规油气地质与开发技术研究工作
课题（项目基金）名称和编号：贵州省地质勘查基金项目【208-9912- JBN -UTS0】。