煤层安全钻进工艺

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1、中国石油西部钻探吐哈钻井公司论文题目煤层安全钻井工艺技术姓名赵福二○一○年七月15中国石油西部钻探吐哈钻井公司目录第1章绪论1第2章煤岩的结构构造特征2第3章煤层段井壁坍塌机理43.1煤层井壁坍塌化学与力学机理43.3吐哈地区煤层井壁坍塌机理53.3.1吐哈地区柯柯亚煤层结构特征53.3.2吐哈地区煤层井壁失稳机理6第4章煤层防塌钻井技术94.1煤层防塌钻井工艺措施94.2煤层防塌钻井液性能11第5章结论与建议12致谢13参考文献1415中国石油西部钻探吐哈钻井公司摘要井壁稳定问题是石油钻探行业全球性普遍存在的问题。目前由西部

2、钻探工程有限公司吐哈钻井公司承钻的吐哈盆地柯柯亚地区，由于该地区地壳运动剧烈频繁，具有地层老、可钻性差、煤层埋藏深且单层厚、储层压力低地层压力复杂，侏罗系地层广泛分布着较厚的煤层等地质特征，，造成钻进过程中出现煤岩坍塌卡钻、井漏、煤层气侵等问题，极大的影响了钻井过程的进行，给公司造成了极大了损失。为了减少钻井复杂问题的发生，提高钻井速度，本文对国内外煤层钻井的现场经验和资料进行了调研，并在此基础上，对煤层坍塌的化学机理和力学机理分别进行了阐述，并结合吐哈地区三间房组、西山窑组的煤层性质对钻遇煤层的井壁失稳机理进行了分析论述，以

3、及在钻遇煤层防塌方面的技术作了简单的分析说明。关键词：煤层；煤岩；坍塌；卡钻15中国石油西部钻探吐哈钻井公司第1章绪论井壁失稳一直是困扰着石油工业界的一个重大难题，根据保守的估计，井壁失稳每年约会给世界石油工业造成约5-6亿美元的损失，而造成井壁失稳的原因主要有天然的和人为的两个方面，在天然因素方面有：地质构造的类型和原地应力、地层的岩性和产状、含粘土矿物的类型、弱面的存在及倾角、层面的胶结情况、地层强度、裂隙节理的发育情况、孔隙度、渗透性及孔隙中的流体压力等。在人为因素的方面有：钻井液的性能（失水、粘度、流变性、密度）、钻井

4、液的成分、井周钻井液侵入带的深度和范围、井眼裸露的时间、钻井液的环空返速、对井壁的冲蚀作用、循环动压力和起下钻的波动压力、钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。新疆吐哈地区的井壁失稳问题主要发生在煤层，曾多次发生煤层坍塌造成接单根困难，起下钻遇阻，遇卡，憋泵等事故和井下复杂情况，在钻井过程中，煤层的坍塌造成井眼直径扩大严重，井身质量差，在煤层局部还形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼，钻井液的上返速度差异比较大，严重影响钻井液携岩效率，水泥浆顶替返速达不到要求，难以保证固井质量，这不仅给井下安全带来极大的威胁，同时在吐哈油田地区发生的煤层坍塌卡

5、钻也给吐哈钻井公司造成了极大的经济损失。15中国石油西部钻探吐哈钻井公司第2章煤岩的结构构造特征煤是一种含多孔介质的大分子聚合物，是植物遗体经过复杂的生物化学作用、地质作用转变而成的层状固体可燃矿产，同时它也是一种非常复杂的有机岩石，是由很小的显微组分——煤的基本微观结构组成。煤的基本微观结构由各种各样的岩化植物碎屑组成，诸如孢子、花粉、蜡、表皮和树脂等。煤的基本微观结构可分为三个主要类别:镜质组、惰质组和类脂组。所有这些都可以进一步分为煤的单一基本微观结构。特征相似的煤的微观结构可以组成显微镜下可观察的单元，称为显微煤岩，这

6、类似于沉积岩(如砂岩)中的薄层。显微煤岩进一步结合形成少量宏观的可见单元，称为煤岩。煤层结构主要可分为两类:不含夹石层的称为简单结构,含夹石层的称复杂结构。夹石也称夹矸，常见的是粘土岩、碳质泥岩、泥岩和粉砂岩。煤层沿走向和倾向一般呈层状、似层状展布或分叉、复合、尖灭，有的呈透镜状、豆状、鸡窝状、串珠状。煤层中一般有两种裂缝系统，一是由地质构造作用造成的，其力学性质可以是压性、张性或剪性的。一是在煤化作用过程中，煤中凝胶化物质受温度和压力等因素影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的，力学性质是张性的，按成因分类，前者为外生裂隙，后

7、者为割理。为形象的描述这两种裂缝系统，以切片面包来比喻，如下图所示，煤片之间的空间是裂缝——面割理；煤片内部空间——15中国石油西部钻探吐哈钻井公司次级割理；当煤暴露在应力时，就产生了地质构造裂缝。通常煤岩中存在有两组近于垂直的割理，主要裂隙组面割理发育较完善，延伸可达数百米，端割理组发育在面割理之间，沟通了面割理。通常面割理方向的渗透率比端割理方向的渗透率高出几倍具至一个数量级。除割理外，煤层还常发育有节理/次级节理等裂隙。这些裂隙相互交叉切割，形成了复杂的裂隙系统。由于割理和节理裂隙的作用，煤体被切割成为一个个不连续的近似

8、斜方体的小块，破坏了煤层的完整性，使煤层具有破碎易塌的特点。图1煤岩的三种裂缝示意图通过资料调研，对吐哈露头煤试样的观察知道，煤结构上的呈不连续性，岩体被许多层面和节理面所切割，切割节理单元之间距离2～10mm之间，吐哈地区煤层属于节理裂隙发育的易破碎地层。15中国石油西部钻