...检测与智能识别技术分析
李国红
摘 要 我国正在加大力度勘探和开发煤层气，煤层气钻井施工技术越来越受到重视，煤层气钻井因施工机具、工艺技术、底层构造等多方面因素影响而导致质量普遍不高。本文主要围绕煤层气钻井中的关键技术问题，重点分析了提高煤层气钻井质量的措施，以期能为有关方面提供借鉴和参考。
关键词 煤层气；钻井质量；关键技术
中图分类号 TD842 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）16-0188-02
所谓的煤层气，又叫做煤层甲烷，在煤炭行业被称为瓦斯，它的主要成分为甲烷，一般是在煤基质颗粒表面进行吸附，部分甲烷在煤孔隙中游离，还有的是在煤层水中溶解的烃类气体，它一般在煤层中赋存。在空气中，当煤层气的主要成分甲烷达到5%～16%的浓度时，遇到明火就会产生爆炸。但在非常规油气中，煤层气又是一项重要的高效清洁能源，如果正确的进行利用，能够使其产生良好的经济、环境和社会效益。煤层气钻井工艺基本上类似于石油钻井工艺，都是在钻成井眼以后，将套管固定在井壁，从而实现采气的目的。煤层气钻井技术的难度较大，想要使煤岩体的伤害得到有效避免，勘探人员需要加强对煤层气钻井质量的技术研究。
1 煤层气钻井的特殊性
1）容易污染到煤层，煤层保护措施具有较大的实施难度。煤层段具有较低的空隙压力，而且固井水泥浆、完井液和钻井液中的滤液很容易污染到孔隙；但在进行钻井完井时，又需要对钻井液和完井液的密度适当提高，从而避免井壁坍塌，确保从煤层安全钻穿，使井内保持压力平衡。煤层在固相含量和滤矢量增加的情况下受到污染。
2）煤层气井具有较长的产气周期，对井的寿命要求高。煤层气一般是在煤层缝隙表面上吸附，它的产出规律与天然气恰恰相反，其解吸的过程需要在长期的排水降压后进行。通过调查分析得知，20年是煤层气井可开采的最低年限，所以要求井有较长的寿命。
3）井壁具有较差的稳定性，复杂的故障容易出现在井下。煤层具有较低的强度、较差的胶结性和均质性，其剪切应力作用相对较高。
4）煤层破碎后具有较多的游离气，取心存在一定难度。煤层具有较大间隙、较差的胶结性和较低的机械强度，另外具有较低的煤层取心收获率。
2 煤层气钻井中的关键技术问题
1）钻井液固相控制。合理控制钻井液固相主要是指将无用固相彻底清除，将有用固相适当保存，从而实现对钻井技术的优化。在煤气层钻井过程中，一开可以忽视对钻井的液性要求，只需要保证正常钻井，但二开时就需要在钻进过程中使用清水，在进入煤系地层以后，更是对粘度、pH值、密度以及含沙量有较高的要求。为了防止煤层在钻进过程中受到伤害，需要把钻井液密度控制在每立方厘米大于1.01g且小于1.03g的范围内。
2）井斜控制。合理控制井斜主要是对实钻井眼进行控制，避免其余设计铅锤井眼存在较大的偏离。井壁坍塌、起下钻遇阻以及键槽卡钻等问题会因井斜的控制不合理而出现，对固定的质量造成严重影响。所以，在煤气层钻井施工中，井斜的控制是一个关键环，不恰当的钻井安装、不合理的钻进参数、滞后的单点测斜都会导致井斜控制不当。
3）煤层钻进。地处煤系地层进行钻进时，要准确确定钻探的判层，制定钻井质量的验收标准，优质状况为测井深度与钻井判层深度的误差不超过5%，合格状况为5%～10%，不合格状况为10%以上。根据500m井深进行计算，优质状况为煤层深度误差在0.3m以下，合格状况为0.3～0.6范围内，不合格状况为0.6m以上。在钻进施工时，钻时的记录需要每钻进0.1m进行一次，从而保证采集到足够的煤样标本。
4）下套管及固井。施工过程中，通过全孔套管技术进行煤层气钻井，要求井底保持1.5m～2.0m的悬空。接箍与煤层顶底板的距离控制在2.0m以上，最下端的套管与浮鞋和浮箍相连接。固井过程中，首先要对添加剂和水泥用量合理控制，控制水泥浆密度在每立方厘米1.6g以下，浆液水灰比控制在大于0.55且小于0.6范围内。在完成下管施工后要使用清水进行冲井，水泥浆固井施工可以在返出的钻井溶液密度低于1.03时进行。需确保连续进行固井施工，对水泥浆密度进行多次测量，并适当调整，固井在超过48h侯凝以后进行固井试压。
3 提高煤层气钻井质量的措施
1）钻井液固相控制的技术要求。想要确保钻孔的安全性，使用好的泥浆是关键。现如今，我国大部分企业在煤层气钻井一开时，护壁作业采用聚丙烯酰胺低固相泥浆来完成，选用无固相冲洗液进行二开钻进，钻进到煤层附近时更换为清水。需要使用振动除砂器对泥浆进行净化，循环槽长度控制在30m以上，设置5个洗淀槽。在施工过程中，要加强管理和维护钻井液，使钻井液的性能得到较好保障。同时，因为煤系地层具有严重的泥岩造浆情况，另外岩屑经过钻头切削具有较小的颗粒，无法通过振动筛进行清除，所以碎屑的清除需要通过换浆来实现。在确保鉆井液浓度达标的基础上，通过振动筛除砂，并及时补充消耗掉的钻井液；部分换浆工艺在每钻进150m左右进行一次，彻底换浆要在钻到煤系地层前完成，在钻进过程中，需要对循环槽及沉淀坑内的岩屑及时清除掉，同时对地层的钻井液的pH值和粘度进行定时检测，对其参数密度进行合理控制。
2）确保下套管和固井顺利进行的措施。为了使套管长度能够准确测量，在下套管以前需要采用前后颠倒丈量两次的方法，将相应的长度和序号标在套管上。要全面检查送上平台的套管，防止出现明显弯曲或伤痕等缺陷，随后通径，对丝扣和接箍进行检查，确保其余设计要求相符合。在下套管过程中，需要对套管入井顺序进行明确，对下套速度进行合理控制，同时对自动灌泥浆及泥浆的返出情况进行密切关注，一般发现问题要及时采取有效措施处理。固井以前，需要对水泥及添加剂的剂量进行精确计算，将充足的清水准备好，便于顺利排浆；随后根据实际情况试压固井管线，固定活动管线；在固井时，对高压管线的走向及位置加强注意，避免损坏管线，同时安排专人回收和排放泥浆。在完成固井后，需要对固井管线进行及时清理，避免出现堵死现象，并将沉淀池处理好，便于下一步钻井施工。
3）主要防斜措施。井斜控制直接影响着设备的安装好坏，对设备安装严格把关已成为防斜的重要环节，另外还需要将开孔、换径、钻具组合的挑选等安装环节抓好。其中包括以下加点。一是夯实平整地基，将孔位定位好，要确保钻塔和钻机的牢固性，对井口、转盘以及天车进行检查，确保三者中心位于一条垂直线上；二是开孔工序需要通过笔直的粗径钻具进行，与后轴线保持同心连接。控制适当的钻速，大概为每小时2m；三是钻进时通过同径的扶正器导向钻具来完成，如果需要进行变层施工，则需要将压力适当减小，将钻进速度有效降低；四是选择笔直的满眼钻具组合，使井斜角和井眼曲率变大现象得到有效转变。在孔内确保钻具位于中心位置，加压通过钻铤来实现；五是测斜记录按时做好，首次测斜在完成一开钻进后进行，每隔50m进行一次后续的记录，避免井斜失去控制，对后期的钻井质量造成严重影响；六是如果井斜得不到有效控制，需要对通过合适的钻具进行纠斜。如顶角出现较大的变化，在纠斜时可采用螺杆钻具进行，如果顶角的变化较小，则需要吊打钻进。
4）钻进煤层措施。推算是钻进煤层工序中的重要内容，需要根据实际情况对岩屑迟到时间、标志层深度进行确切的计算，地层底界需要根据捞出的岩屑进行准确判断。为了防止煤系地层受到破坏，在距离顶板2m以内时有加强注意，司钻要对压力表及卷筒要盯紧，一旦进尺有加快的趋势则需要将钻具及时关掉；如果进尺速度逐渐缓慢下来，则需要对钻井参数进行合理调节，并根据冲上来的煤屑变化对煤层厚度和底板深度进行
计算。
4 结论
综上所述，煤层气因其特有的优势受到国家的重视，它所具有的高效性和清洁性使国家对其进一步增大开发力度，在今后一个时期，煤层气将发挥着无可替代的作用。尽管煤层气钻井具有较大的危险性和复杂的工序，但只要采取有效措施提高煤层气钻井质量，就能够达到安全高效采气的目的。
参考文献
[1]黄志强，蒋光忠，郑双进，等.煤层气储层保护钻井关键技术研究[J].石油天然气学报，2010（6）：116-118.
[2]黄维安，邱正松，杨力，等.煤层气钻井井壁失稳机理及防塌钻井液技术[J].煤田地质与勘探，2013（2）：37-41.endprint
