摘要：目前煤層氣井鉆井，特別是探井、參數(shù)井，鉆井效率不高已成為影響煤層氣勘探開發(fā)進程的主要因素之一。在分析影響煤層氣鉆井效率的原因的基礎(chǔ)上，針對不同影響因素，著重從簡化井身結(jié)構(gòu)、開發(fā)保護儲層的鉆井液體系、優(yōu)選鉆井工藝、完善鉆井設(shè)備配套等方面進行了探討。提出了如下技術(shù)思路：①開發(fā)適用于Φ152.4mm井眼的煤層氣井專用繩索取心工具，從而將井身結(jié)構(gòu)縮小一級；②研制能保護上部井壁、有效保護儲層、滿足獲取煤層參數(shù)要求的鉆井液體系，從而省去技術(shù)套管，將三級井身結(jié)構(gòu)簡化為二級井身結(jié)構(gòu)；③推廣不同循環(huán)介質(zhì)下旋沖鉆井工藝技術(shù)；④研究適應(yīng)煤層氣井的鉆井液泵和固控設(shè)備配套方案。為提高煤層氣井鉆井效率，建議開展以下研究：①優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)；②保護儲層的鉆井液體系；③優(yōu)選鉆井工藝；④完善鉆井設(shè)備。

關(guān)鍵詞：煤層氣；鉆井效率；井身結(jié)構(gòu)；鉆井液體系；鉆井工藝；鉆井裝備

    煤層氣勘探開發(fā)的特點要求煤層氣鉆井必須做到高效率、低成本。由于目前國內(nèi)專業(yè)的煤層氣鉆井隊伍還比較缺乏，施工工藝技術(shù)系列尚不完善，鉆井效率低已成為制約煤層氣勘探開發(fā)進程的主要原因之一。

    目前煤層氣探井常用的井身結(jié)構(gòu)為三級井身結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)形式為Φ444.5mm井眼×Φ339.7mm技術(shù)套管+Φ311.1mm井眼×Φ244.5mm技術(shù)套管+Φ215.9mm井眼Φ139.7mm生產(chǎn)套管。

    采用三級井身結(jié)構(gòu)，是因為煤層井段需要采用清水鉆進保護儲層，以取得準(zhǔn)確的煤層參數(shù)。為了在清水鉆進時保證上部井段的穩(wěn)定，需要將煤層頂部以上井段用技術(shù)套管封固。采用Φ215.9mm井眼完井，一是因為煤層氣井對取心的速度有特殊要求，傳統(tǒng)的油氣井取心工藝不能滿足煤層氣井取心的需要；二是由于僅對煤層取心，傳統(tǒng)的全井繩索取心技術(shù)也不能滿足煤層氣井的取心需要。因此，必須采用適應(yīng)煤層氣井取心的專用繩索取心工具。由于目前只有用于Φ215.9mm井眼的煤層氣井專用繩索取心工具，所以只能采用Φ215.9mm井眼完井。實鉆表明，由于井眼尺寸大，特別是煤層以上大段Φ311.1mm井眼，單位面積上的鉆壓較小，鉆井效率低、成本高^[1～3]。

    目前尚缺乏能有效保護煤儲層的鉆井液體系，為了取得真實的儲層參數(shù)，只能采用清水鉆進。煤層井段采用清水鉆進，一是造成如前所述的井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜；二是不利于煤層的穩(wěn)定，特別是當(dāng)有兩套以上煤層時，在鉆下部煤層時，上部煤層易產(chǎn)生垮塌，迫使采用套管封固上部地層，使井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

    由于煤層氣相對于常規(guī)油氣的低產(chǎn)出，決定了煤層氣鉆井必須低成本。因此，一些常規(guī)油氣鉆井采用的如欠平衡鉆井等先進的施工工藝難以推廣應(yīng)用。

    為了降低鉆井成本，目前所用的鉆機多為車載液壓鉆機和水文鉆機，設(shè)備功率小，特別是鉆井液泵排量太小，不利于攜帶井底巖屑，造成井底重復(fù)切削，更不能產(chǎn)生水力破巖效果。另一方面是固控設(shè)備配套簡陋，甚至沒有固控設(shè)備，采用地面循環(huán)，不利于鉆井液的維護處理，鉆井液性能參數(shù)得不到保障，既不利于對儲層的保護，又影響了鉆井效率^[4～8]。

   1) 開發(fā)適用于Φ152.4mm井眼的煤層氣井專用繩索取心工具，從而將井身結(jié)構(gòu)變小一級，即：Φ311.1mm井眼×Φ244.5mm表層套管+Φ215.9mm井眼×Φ177.8mm技術(shù)套管+Φ152.4mm井眼×Φ114.3mm生產(chǎn)套管。

   2) 研制能保護上部井壁、有效保護儲層、滿足獲取煤層參數(shù)要求的鉆井液體系，從而省去技術(shù)套管，將三級井身結(jié)構(gòu)簡化為二級井身結(jié)構(gòu)。其井身結(jié)構(gòu)可采用以下形式：Φ311.1mm井眼×Φ244.5mm表層套管+Φ215.9mm井眼×Φ139.7mm生產(chǎn)套管，甚至可采用Φ215.9mm井眼×Φ177.8mm表層套管+Φ152.4mm井眼×Φ114.3mm生產(chǎn)套管，從而大幅度地提高鉆井效率。中國石化華東分公司在沁水盆地的實鉆表明，Φ215.9mm井的機械鉆速比Φ311.1mm井眼的機械鉆速可提高20%～40%。

   可借鑒石油鉆井的技術(shù)成果，如非滲透鉆井液體系等，針對煤儲層的特點加以改進。非滲透鉆井液(NIF)是美國環(huán)保鉆井技術(shù)公司(EDTI)在20世紀(jì)90年代研究和推廣出的新型鉆井液體系。該鉆井液是利用表面化學(xué)原理使NIF鉆井液在地層表面產(chǎn)生可以密封地層的非滲透性薄膜。與傳統(tǒng)橋堵地層方法不同的是，NIF鉆井液通過鉆井液內(nèi)顆粒的引力密封地層。引力把隔離集中在巖石的表面，這樣就可以用同一種組分的鉆井液封閉不同孔隙尺寸分布的地層，室內(nèi)試驗證明，NIF鉆井液可使巖石的滲透率恢復(fù)率超過90%，這是常規(guī)鉆井液無法達(dá)到的效果。非滲透鉆井液與常規(guī)鉆井液對砂床的侵入深度與時間的關(guān)系室內(nèi)實驗曲線如圖1所示。

   結(jié)合煤儲層的特點將NIF鉆井液體系經(jīng)改進后用于煤層氣鉆井，雖然會增加鉆井液成本，但若能因此代替清水鉆進，從而免去下技術(shù)套管，簡化了井身結(jié)構(gòu)，其鉆井效率會大幅度地提高，將會取得較好的經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)已開發(fā)出了非滲透鉆井液材料，已經(jīng)大大降低了非滲透鉆井液的使用成本。另外非滲透鉆井液體系在井壁上形成的非滲透膜，可以起到穩(wěn)定井壁的作用，減少井下復(fù)雜情況的發(fā)生，也有助于鉆井效率的提高。

    可在綜合經(jīng)濟評價的基礎(chǔ)上，增加必要的設(shè)備，推廣應(yīng)用一些能降低成本增效的鉆井工藝技術(shù)。就目前來看，旋沖鉆井工藝是較好的選擇。在地層較穩(wěn)定的地區(qū)，可以采用以空氣為循環(huán)介質(zhì)的旋沖鉆井工藝，即空氣潛空錘鉆井?？諝鉂摽斟N是以壓縮空氣為循環(huán)動力，它所產(chǎn)生的沖擊力和沖擊頻率可以直接傳遞給鉆頭，再通過鉆機轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，形成對井底地層的脈動破碎，從而實現(xiàn)對井底的沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進。該技術(shù)的主要優(yōu)點有：①空氣密度低，降低了循環(huán)介質(zhì)對井底的壓力，在井底形成負(fù)壓，有利于提高機械鉆速；②空氣在井內(nèi)循環(huán)速度快，能及時將井底巖屑?xì)馀e到地面，避免鉆頭重復(fù)切削，有利于提高機械鉆速；③壓縮空氣在井內(nèi)除起循環(huán)攜帶巖屑作用外，還可以作為動力源實現(xiàn)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進，大幅度地提高機械鉆速；④空氣介質(zhì)容易制備，成本低，特別是對于易井漏、供水困難的工區(qū)可大幅度地降低鉆井成本。在地層不太穩(wěn)定的地區(qū)，可采用以液體作為循環(huán)介質(zhì)的旋沖鉆井工藝，也可以達(dá)到提高鉆速的目的。中國石化華東分公司在沁水盆地和順區(qū)塊部分井采用以空氣為循環(huán)介質(zhì)的旋沖鉆井工藝，較常規(guī)工藝井機械鉆速提高了4～6倍。

2.4.1 配備單機泵組，提高水力能量

    鑒于目前用于煤層氣井的鉆井設(shè)備配備的鉆井液泵排量普遍較小，可另配一套滿足大井眼施工要求的單機泵組，正常鉆進采用單機泵組，取心作業(yè)時采用原鉆井液泵。

2.4.2 增加必要的固控設(shè)備

地面循環(huán)不能清除鉆井液中的固相，不利于鉆井液性能的維護，不利于儲層保護，而配備全套的四級固控也不現(xiàn)實，一是增加了鉆井成本，二是場地也不允許。因此，需要根據(jù)煤層氣鉆井的特點，研究相適應(yīng)的煤層氣鉆井固控設(shè)備配備方案。

 

(本文作者：王彥祺 中國石化華東石油局工程技術(shù)設(shè)計研究院)