煤层气水平井施工井漏问题及解决办法

煤层气水平井施工井漏问题及解决办法

仝军辉

新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队

摘要：煤炭行业的快速发展直接关系到我国整体经济建设的发展速度和发展方向，由于我国天然气资源紧缺，煤层气作为一种洁净的非常规天然气，是我国能源的重要补充，其开发和利用对解决能源供需矛盾和环境污染问题极为重要。目前我国煤层气呈现单井产量偏低、煤体结构复杂、非均质性强、单井产量差异大的特征，煤层气水平井施工井漏对煤储层伤害一直没有彻底解决。

关键词：煤层气水平井施工；井漏问题及解决办法

引言

经济建设的快速发展离不开各行业的支持和各行业的高度配合，才有今天的成就和成果，水平井即井斜角达到或接近90°，井身轨迹沿水平方向延伸一定长度的钻井。对于油气井，水平井可以增加目的层长度，从而增大揭露泄油、泄气面积，数倍提高油气产量，增大成本利润转化率。由于水平井单井产量高，成本回收快，具有直井、直-斜井不可替代的优势，我国涉足煤层气的企业普遍要求采用水平井的方式开发煤层气。

1煤层气水平井穿层压裂段间干扰规律

鉴于目前煤层气水平井清水携砂压裂工艺要求，为了安全高效实现穿层压裂施工，施工排量基本设计在9.0-10.0m3/min，因此施工排量对诱导应力的影响不作讨论；但煤层的岩石力学特征差异较大，影响更明显，连续施工和渗流扩散泄压施工两种方式对诱导应力的影响也至关重要。因此，本文主要探讨煤层岩石力学性质和渗流扩散条件对不同段间距离下穿层压裂段间干扰规律的影响，通过建立穿层压裂数值模型，模拟不同条件下的应力分布规律和裂缝扩展形态。

2井漏

某区内河流属黄河水系，地表主要河流为三川河、屈产河和留誉河，总体水文地质条件属于简单类型。含水层呈单斜式自流斜坡承压含水，主要含水层有奥陶系、石炭系灰岩岩溶及裂隙含水层；煤系碎屑岩裂隙含水层、第三系和第四系松散岩类孔隙含水层。煤系地层承压水在浅部势位高，在深部势位低，地层倾角一般为5°，地下水由东向西流动，水势位产生的水压可使地下水在含水层内流动，并呈现区域性高地层压力。由于煤层割理和节理发育可成为储水层，煤层含可动水，可成为饱含水煤层，甚至成为饱含水超压煤层，对煤层气保存有利，由于超压使煤储层有效地应力降低对煤层渗透性有利。因本区含水层较多，该区施工过程中多次出现失返性严重漏失。针对漏失情况，积极总结该井、临井在该区块直-斜井施工经验，确定“优化性能，提高坂土含量，立足于防，做到早发现，见漏即堵”的防漏堵漏工作原则。

3堵漏技术措施

3.1钻井液优化

一开钻进中主要钻遇第四系黄土层，采用预水化膨润土控制好失水;二开使用聚合物钻井液体系，日常维护加入CMC、无荧光防塌润滑剂、聚丙烯酰胺等药品，以调整和维护泥浆性能，维护井壁稳定，并能将井内沉砂携带干净，保证二开钻进顺利进行;三开为了确保钻井液中的固相含量不对储层产生破坏，提高产量，故采用清水钻进，采用四级固控系统对钻井液进行处理，每2h测定一次比重、黏度。

3.2裂缝延伸

1.在两种排量条件下，裂缝起裂后扩展延伸均能形成一条弯曲不规则的垂直裂缝。2.裂缝在顶板内起裂后，均能扩展延伸到煤层中，并且排量越大，裂缝进入煤层的深度越大，排量为30mL/min时裂缝的穿层延伸效果较10mL/min更加明显。这是由于，当裂缝下部尖端到达煤岩界面处时，界面具有一定的卸压作用，从而在一定程度上降低了裂缝的穿层延伸效果。在其他条件相同的情况下，大排量注入时裂缝内部净压力更高，并且较大的排量能够在界面处迅速聚集压力，从而促进裂缝的穿层扩展。3.当裂缝实现跨界面穿层扩展时，裂缝在顶板内的高度和长度均大于煤层。这是由于，碎软煤层虽然强度低，但是其塑性强，增大了裂缝向煤层中延伸的难度，裂缝更倾向于在脆性较好的顶板岩层中扩展延伸。

3.3失返性漏失解决办法

失返性漏失可采取“快速干堵”措施，具体操作方法：出现失返性井漏时立即起钻，用土粉、锯末、秸秆、水泥适量加水混掺均匀，加水量以堵漏材料呈半干状为宜，配好后从井口填入井内，配制量为漏失井段井筒容积的2-3倍。堵漏材料入井后下钻推赶堵漏材料时采取上下活动的方式至漏点以上3-5m，开顶驱旋转下放钻具“干划眼”，“干划眼”过程中间隙性开泵；划至原井深或漏点以下3-5m后小排量开泵，如能建立循环可先采取小排量试钻，如不能建立循环则采取上述相同方法第2次复堵；循环正常后可逐步提高排量恢复到正常钻进排量，以上方法不起作用时，强行钻穿漏层后采用水泥浆封固。

3.4多功能悬挂器

多功能悬挂器实现外层筛管和内层冲管的层连接，在管柱下入过程中遇阻时可实现开泵冲洗井底沉砂，保障筛管下入至设计位置；当筛管下至设计深度时，投球进行打压，实现卡瓦坐封，将筛管柱悬挂固定于生产套管内壁；完成卡瓦坐封后，正转倒扣，实现钻具与筛管本体的丢手分离；完成打压后，内部通道打开，配合冲管及专用喷头可实现水力喷射洗井；如发生井下复杂情况，可使用专用打捞矛回收悬挂器。

3.5中硬煤层

通过对中硬煤层(弹性模量为1.0GPa，泊松比0.35，坚固性系数0.8)诱导应力下的段间干扰问题进行分析，在确保其他参数不变的条件下，分别设置两段压裂点之间的距离为60、75、90m，模拟得到3种条件下连续压裂施工的裂缝扩展形态和应力分布云图。由云图中的颜色分布可以看出，裂缝内产生的叠加应力最大，随着距离的增加裂缝周边产生的叠加应力减弱，最后接近原始地层的应力分布规律；且顶板岩层内产生的叠加应力大于煤层中的叠加应力，顶板岩层形成的应力干扰比煤层更严重。进一步对裂缝的扩展形态分析可知，当分段间距低于60m时，在第1段的干扰影响下，第2段压裂裂缝穿层效果较差，甚至不能全部穿透煤层，煤层中形成的裂缝长度非常短；当分段间距大于90m时，在第1段干扰作用下影响较弱，第2段压裂裂缝穿层效果较好，基本接近于第1段的压裂效果；分段间距为60-90m时，随着段间距离的增加，第2段的压裂改造效果逐渐增加。主要原因是当段间距离较小时，容易在第1段压裂裂缝附近产生叠加应力，致使地应力增加，使得第2段压裂的施工压力增加、施工难度增加、压裂液滤失增加，穿层压裂形成的裂缝长度较短、穿透效果降低。综合考虑水平井改造效果，建议中硬煤层顶板水平井穿层分段间距为75-90m较合理，能实现顶板水平井的高效穿层分段压裂改造。

3.6易漏地层堵漏措施

钻进石盒子地层前向泥浆中一次性加入1%-2%单向压力封闭剂DF-1，二开井段施工结束循环干净后用20m3井浆+1T单封对石盒子地层进行封闭然后起钻。石盒子地层易漏，应控制钻井液密度在设计范围的低限，要提前加入1%-2%的堵漏材料，预防井漏发生，以保证钻井施工安全。井上要储备足够的堵漏材料(土粉、单封、锯末、复堵等)。若发生井漏，可在泥浆中加入复合堵漏材料强行钻进，钻穿漏层后再进行堵漏，如果漏失严重，立即起钻进行泥浆桥塞堵漏，如堵漏失败，可用水泥浆堵漏。

结语

堵漏技术措施要根据实际情况选择对应堵漏措施，优化性能，提高坂土含量，立足于防，做到早发现，见漏即堵。对于煤层段漏失，在三开水平段开始前应备足生产用水，做好风险预防，在安全前提下保证煤层段进尺。

参考文献

［1］赵永哲.煤矿区煤层气水平对接井轨迹控制与完井技术研究［D］.北京：煤炭科学研究总院，2017.

［2］张建涛.樊庄区块煤层气井型优选与钻井方案评价［D］.青岛：中国石油大学，2011.

［3］黄国耀.韩城地区煤层气水平井钻井工艺技术研究［D］.西安：西安科技大学，2009.