比德—三塘向斜煤层气井钻完井难点及对策

2018-12-06陈兴祥刘欣雨

天然气技术与经济 2018年5期

刘虎陈兴祥吴圣李雁刘欣雨

（1.六盘水非常规天然气开发利用技术研究中心，贵州六盘水 553000；2.贵州天然气能源投资股份有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

六盘水地处贵州西部，煤炭资源丰富，预测总储量为903.04×108t，在垂深2 000 m以上达765.44×108t［1］。比德—三塘向斜位于贵州高原中部、六盘水东部，在大地构造单元上属扬子陆块（Ⅰ级）黔北隆起（Ⅱ级）遵义断拱（Ⅲ级）威宁北西向构造变形区。该区块煤层气井钻遇地层主要为［2］：二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）、二叠系上统龙潭组（P3l）、二叠系上统长兴组（P3c）、三叠系下统飞仙关组（T1f）、三叠系下统永宁镇组（T1yn）及第四系（Q）等层位。含煤地层为上二叠统龙潭组（P3l），系海陆交互相沉积为主的含煤构造，沉积物主要由碎屑岩及煤组成。含煤地层厚度为200～400 m，共含煤30～50层，该地层与下伏峨眉山玄武岩组呈假整合接触，各岩石类型在垂向上分布具较强的规律性［3］。

1 钻井难点及措施

1.1 表层溶洞发育，漏失严重

六盘水是典型的山地喀斯特地型，上部地层岩溶发育，且多与地下水、地表水连通。煤层气钻进时常发生恶性漏失，污染饮用水源。NM1井是位于比德—三塘向斜比德次向斜的西南翼中段的一口煤层气预探井，该井在钻至井深17 m时出现钻井放空的现象，导致钻井液（清水）漏失；钻至井深29 m时又发生了钻速突然加快，加不上钻压并伴随有钻井液漏失的现象。

针对比德—三塘区块灰岩岩溶分布特性，为防止钻井液漏失，一开采用空气钻穿越岩溶区，并用套管封隔漏失层，同时为降低二开钻遇溶洞的风险，防止串珠状岩溶分布，通常钻穿岩溶区50 m后完钻。一开空气钻钻进过程中，及时收集放空、返气、返渣等资料判断岩溶分布情况，并结合区域岩溶分布、电法岩溶调查、钻井资料分析，确定一开井深设计深度通常为60～120 m。

1.2 区块断层发育，漏失层位多，跨度大

区块总体呈宽缓的单斜构造，构造复杂程度为中等，地层倾角5～56°，一般10～15°。浅部地层倾角较大，一般为40°，向深部地层倾角逐渐变缓为20°左右。区块内褶曲不发育，现有资料表明区块共发育12条正断层，大多呈南西—北东向展布。北东向断层把地层切割为多条狭长的台阶状构造形态，破坏了煤层沿走向的连续性［4-5］。该区块从永宁镇组至茅口组均有断层发育，钻井时多个层位发生恶性漏失。

NM4井是位于比德—三塘向斜比德次向斜的西南翼中段的一开煤层气预探井，于2015年10月27日开钻，至2016年1月20日完钻，完钻井深1 217 m。该井自开钻以来井漏不断，共发生较大井漏15次，见表1。其中因井漏造成钻进中钻井液失返共13次，全井漏失钻井液443.5 m3，共延误工期60.48 d。

该区块断层发育，跨度大，钻井时钻遇断层或派生的裂缝导致发生裂缝性漏失。通过现场试验，该区块堵漏采用麻绳纤维架桥，注水泥浆堵漏的方法，具有成本低、效果好、堵漏效率高的特点，目前已在该区块推广使用。

1.3 煤层破裂压力低

龙潭组为该区块主要含煤地层，通过对该区块某一预探井进行微破裂测试，获得2号煤层破裂压力8.77～9.74 MPa，破裂压力梯度为0.019 21～0.019 23 MPa／m；5号煤层破裂压力9.28 MPa，破裂压力梯度0.018 80 MPa／m；6号煤层破裂压力9.73～12.81 MPa，破裂压力梯度0.018 90～0.022 44 MPa／m；32号煤层破裂压力10.32～11.74 MPa，破裂压力梯度0.013 76～0.015 65 MPa／m，破裂梯度均处于煤岩层破裂压力平均值范围内［6］。

根据设计，该区块固井时水泥返高均要求返至最上部煤层以上200 m，因此，固井施工时煤层最大承受压力均达到甚至超过煤层破裂压力，易造成固井水泥浆漏失。目前，该区块主要采用防漏水泥体系，在领浆中加入1%～3%的堵漏纤维，提高了固井质量，增加了水泥石的韧性，见图1、图2。

2 现场应用

NM6-1井是位于比德—三塘向斜牛场区块的一开煤层气开发井，设计井深945 m。通过收集分析邻井资料，对该井井身结构进行优化，优化后的井身结构见表2。

图1 纤维在水中均匀分布图

图2 纤维在水泥石中的分布图

表2 NM6-1井井身结构设计表

一开纯钻时间4.5 h，机械钻速18.33 m／h，与该区块清水钻进的9.21 m／h相比，机械钻速提高99.02%。一开中完时间为1.5 d，缩短2.5 d。该井二开钻进至235 m时发生漏失，漏速为35 m3／h。为尽可能揭露漏层，采用清水强钻的方式钻至252 m。起钻后，将10 kg 0.2 mm～20 mm长短不一的麻绳投入井筒，并用光钻杆推送至漏失层位，注密度为1.85 g／cm3水泥浆6.5 m3，关井泵入1.5 m3清水，候凝48 h后，堵漏成功，继续钻进。该井在井深354 m、370 m均发生恶性漏失，采用以上方法均一次堵漏成功。

该井钻进至井深840 m完钻，为保证固井质量，完钻后做地层承压试验，泵压上升至1.5 MPa，后泵压回零，判断地层被压漏，由此计算地层破裂压力为10.40 MPa。多次采用复合堵漏剂、锯末、综合堵漏剂、CMC配制堵漏浆进行堵漏，但均失败。为防止井壁及煤层因长时间浸泡垮塌，决定强行固井。固井数据见表3。

表3 NM6-1井固井数据表

固井施工过程中，注前置液时井口返浆正常。根据固井泵车计量，将3 m3密度为1.75 g／cm3的水泥浆泵入环空后，井口返浆流量逐渐降低至泵注排量的2／3左右，此时，井底有效液柱压力为10.53 MPa（循环压耗按1.0 MPa）。当1.85 g／cm3水泥浆开始进入环空时，井口返浆基本恢复正常，此时，井底有效液柱压力约为10.89 MPa（循环压耗按1.2 MPa，根据固井质量测井时水泥返高计算）。替浆结束时最高压力为4.9 MPa，井底有效液柱压力为13.45 MPa（循环压耗按1.5 MPa计算），已远远大于地层破裂压力，但并未出现水泥浆漏失的情况，因此采用防漏水泥浆固井，该井固井质量能满足设计要求，见表4。