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1、煤层气绳索取心工艺的流程创新0 引言煤层气也叫瓦斯;，它是伴随煤的形成过程中，经厌氧菌分解而生成，并吸附在煤层之中的自储式天然气体。我国的煤层气资源总量比较丰富，总量约为31.46万亿立方米，除俄罗斯、加拿大两国之外，我国是国际上排行第三煤层气储量国。目前，我国煤层气勘探开发工作经过了多年的发展，在煤层气地质理论、勘探开发技术、商业化产能建设等方面取得了突破性进展。在煤层气勘探开发中，煤层的埋深、厚度、渗透率、储层压力、地应力，含气量、煤岩的煤质特征、含气饱和度，以及煤层顶底板岩石物理力学性质等参数，是决定煤层气开发成败的关键因素，而取出煤心是获取这些参数的主要手段，要提高这些参数准确性，就要
2、有高的岩心收获率、尽可能短的提钻时间、尽可能短的出筒及装罐时间和较好的煤心原始形态，绳索取心技术能够快速的获取煤心，因此绳索取心技术作为不提钻而由钻杆捞取岩心的先进方法，及其钻进效率高、劳动强度低、岩心采取率高、取心时间短、岩心完整度和纯洁性好的特点，且满足煤层气取心要求，广泛应用在煤层气勘探开发中。1 绳索取心工具煤层气勘探与地质探矿不同，往往煤层气勘探井又兼做煤层气开发试验井，因此，一方面要求终孔直径215.9mm，满足抽气试验，另一方面为了获取准确的测试参数，要求煤心直径不小于60mm，块煤取心率收获率≥80%，粉煤取心收获率≥60%。而在一般煤田地质勘探中，终孔直径75-8
3、6mm，煤心直径50-60mm，既能满足要求。采用常规地质勘探绳索取心工具进行煤层气探勘，若先取心后扩孔，则费工费时，效率低下；若先成孔后取心，则取心难度大、煤心收获率低，且二者都需要配备两套钻具，经济效益低下，为此，我公司自主研发了既满足要求又经济效益高的WH-B型绳索取心工具和底喷式PDC取心钻头。WH-B型绳索取心工具外管直径133mm，内管外径78mm，理论取心直径68mm，可直接与直径127mm钻杆配合使用，半合管式设计，可以保证更好的煤心原始形态和更短的装罐时间，满足测试要求。取心钻头外径215.9mm，底喷式设计可以减小对煤心的冲刷，提高取心率。2 绳索取心工艺2.1 钻进参数由
4、于绳索取心具有既能取岩心又能取煤心不用提钻的特点而被广泛应用于钻探工程，但由于钻探时的煤层和岩层两者的物理性质差异很大，所以我们在具体实践过程中就必须要讲究技巧，不可千篇一律。如岩层性质不同，钻孔结构也应有所差别。只有掌握了正确的技术参数，才能取得较大收效。通过多次实践，取心钻进过程中原则上采用低压、慢转、小泵量的钻进参数。2.2 钻压在钻进过程中，钻压一般保持在15-25kN，直到本回次最后10公分时钻压在原来钻压的基础之上再增加1020kN。在取心钻进中，若钻压掌握不好，则会导致岩心树心困难、岩心不能及时进入内筒、延长钻头对岩心的研磨时间等一系列问题，影响取心收获率。取煤心时对钻压的具体要
5、求如下：取岩心时钻压从5kN起缓缓加压至7kN8kN后稳定钻压，钻至本筒进尺最后20公分时钻压加至10kN；割心时停钻上提5公分左右，转35圈进行割心。取煤心时钻压从8kN起缓缓加压至9kN10kN后稳定钻压，钻至本筒进尺最后20公分时钻压加至11kN；割心时停钻上提5公分左右，转35圈进行割心。2.3 转速由于转速对取心作业没有明显的影响，但为了取心作业的保险期间，我们一般要求取心时应尽量保持低转速不变。2.4 泥浆排量在取岩心的过程中，由于煤结构不同，对泥浆排量有严格的要求，是取煤心的关键因素。由于煤岩胶结差，脆而软，易破碎，容易被泥浆冲掉，因此在取心过程中泵的排量不能太大，否则煤就有被冲
6、掉的危险。在取心过程中，一般要求泵的排量应尽可能的小，取煤心时排量通常控制在60100L/min较为合适，软煤6080L/min，硬煤80100L/min。这对大多数煤层都是适用的。3 在山西沁水地区应用情况山西沁水是目前国内开发煤层气较为成功的区块，绳索取心工艺也在该地区得到了广泛应用。3.1 地质条件本次开孔的层位位于第四系的20-50m，完钻层位为奥陶系峰峰组，其下为二叠系石千峰组，在施工过程中会钻遇七组不同岩层，以砂泥岩为主的是上石盒子组、下石盒子组、石千峰组和山西组，其中的上石盒子组顶部有燧石层及硅质岩层。以砂泥岩与石灰岩为主的有太原组及本溪组，而且石灰岩中也含有含燧石。最后是以石灰
7、岩为主的峰峰组，其中还夹有石膏层、泥灰岩以及薄层泥岩。主要有两层主要目的层，分别是15号煤底板30m，以及3号煤底板以下40m，其中井深400-1200米。3.2 主要钻井设备及工具该地区煤层气开发主要使用设备及工具：GZ-2600、GZ-2000、TSJ-2000钻机，27mA/75KN型井架，青州350、TBW850、TBW1200泥浆泵，8V190/540HP、12V135/240HP动力机，FZ28-21防喷器，SQC-882气测仪，ZQG-200x2砂泥联除器，VZS-D振动筛，WH-B型绳索取心钻具，165mm无磁钻铤，单点测斜仪，泥浆测试仪等。3.3 钻井施工工艺3.3.1 井身
8、结构一开采用Φ311mm钻至基岩，下入Φ244.5mm表层套管；二开采用Φ215.9mm镶齿牙轮钻至完井，下入Φ139.7mm技术套管固井。3.3.2 钻具组合一开：Φ311mm钻头+Φ309mm稳定器+Φ203钻铤x18m+Φ309mm稳定器+Φ178钻铤x36m+Φ159mm钻铤x54m+方钻杆二开：Φ215.9mm钻头+Φ203mm钻铤x18m+Φ214mm稳定器x2m+Φ178mm钻铤x36m+Φ159mm钻铤x54m+Φ127mm钻杆+方钻杆煤心采取：&Ph
9、i;215.9mmPDC取心钻头+WH-B绳索式半合管工具+Φ127mm（内径94mm）钻杆+方钻杆3.4 钻井液配制及性能参数一开采用较高粘度和密度的低固相钻井液，泥浆材料以粘土粉、CMC、火碱为主。主要解决大口径钻进的岩屑携带和孔壁保护问题。主要性能指标：密度1.10-1.15g/cm3，粘度29-31s，pH值8，失水量11-14ml，含沙量2-4%。二开初始采用低固相钻井液，加入纤维素CMC、PAM、火碱等，主要提高钻进效率。主要性能指标：密度1.03-1.05g/cm3，粘度24-26s，pH值8-9，失水量0.2-0.3ml，含沙量≤0.3%。在钻遇煤层时为了获取高的
10、煤心收获率，需要调整泥浆，主要性能指标：密度1.10-1.12g/cm3，粘度36s，pH值8，失水量0.2-0.3ml，含沙量≤0.3%。3.5 工艺参数一开钻井参数：钻压5-50kN，转速20-45r/min，泵压0.5-0.8Mpa，泥浆排量10-12l/s。二开不取心井段：钻压20-40kN，转速40-60r/min，泵压1-2Mpa，泥浆排量12-14l/s。二开取心井段：钻压2-4kN，转速30r/min，泵压1-2Mpa，泥浆排量8-10l/s。3.6 取心技术措施及施工作业要求3.6.1 下钻操作要求取心之前要控制好钻速，起钻之前要试通井一次，以确保井内无其他异物。将组装
11、好的取心外筒用大钳逐一紧扣，然后放入内筒逐一检查转配间隙是否合适。取心之前对井场钻具进行通径检查，保证内筒可以顺利通过。为防止水眼堵塞，下放过程应严格控制速度。如果下放途中遇阻，主要是冲洗为主，尽量做到少划或不划眼，如果是较为严重的情况就要改用牙轮钻头来通井划眼，直至最后井眼畅通无阻为止。根据地层层位和井底情况，可将取心工具下到距离井底3-5m处，并循环钻井液。测试井内循环压是否正常，井底有无掉块和沉砂，如一切正常，井眼畅通，方可送入取心内筒。取心内筒的投入方法基于井眼大小，如果是小井眼，可以直接投入，如果井眼较大，要利用矛头和绳索投下，到位后直接用脱卡装置脱开。内筒投入后，经确认到位后方可进
12、行取心钻进。3.6.2 钻进要求钻进前，转速、排量调到设计值。进尺变快时，控制进尺0.2-0.3m及时捞取岩心。正常钻进时，送钻均匀，保持设计的钻进参数，严禁中途停泵、上提方钻杆。钻进中途不能调整钻井液。3.7 保护煤储层措施煤系上覆地层（非煤系）段，采用低固相泥浆钻井液；煤系地层段，采用低密度钻井液；目的煤层段必须使用清水钻进，密度应控制在1.03以下；配备简易固控设备。4 技术经济效果以上绳索取心工艺是经过23口煤层气井实践所取得的经验总结，并以实践成果来看，效果很好，这也是基于我国成功的煤层气绳索取心技术。本次取心较为成功，取心率达95%以上，提升速度0.02H（min）。煤心产状、结构、夹矸清晰，无污染。其次，由于采用低密度泥浆确保了煤层不污染。参考文献：【1】华北石油地质局.煤层气译文集.河南科学技术出版社，1990.【2】大港油田.钻井工程技术（中）.石油工艺出版社，1999.【3】孙茂远.中国煤层气产业政策研究.煤炭工业出版社，2002.