晋城柿庄地区煤层气地面钻井泥浆护壁工艺技术研究

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1、2012年8月矿业安全与环保第39卷第4期晋城柿庄地区煤层气地面钻井泥浆护壁工艺技术研究张海涛，郭英海，王燕(中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221008)摘要：针对晋城沁水盆地柿庄地区煤系地层的钻井孔壁失稳现象，通过查阅相关的地质资料并进行实地考察，在分析地层岩性特征的基础上，找出对钻探施工的不利地层因素。选择合适的泥浆处理剂种类及水平，设计室内泥浆实验，对泥浆性能指标进行正交分析，找出最优泥浆配比；对选出的最优泥浆配比进行浸泡实验，验证了泥浆对该区地层钻井具有良好的防塌护壁性能。关键词：

2、瓦斯；抽采钻井；煤系地层；防塌护壁；泥浆实验；正交分析中图分类号：TD712．6文献标志码：A文章编号：1008-4495(2012)04-0014-04在煤层中富存着大量瓦斯即煤层气。煤层气主原组和下二叠统山西组，是在奥陶系古风化壳之上要吸附于微孔之中，而煤层中的裂缝是煤层气产出的发育的一套近海海陆交互相含煤沉积；而本溪组和主要通道，虽然煤层孔隙度只有1％～2％，但其对煤下石盒子组均只含薄煤层或煤线。层的渗透率有重要影响。在具有高度裂缝的煤层中该地区第四系地层为坡积红色或黄色黏土层，钻进时，如果用

3、清水或常规钻进液，则钻进液将无可夹有姜结石薄层，底部砾石层与下伏地层呈不整合避免地侵入煤层的裂缝系统中，此时井眼附近地层的接触，该系地层钻井应注意防塌、防漏。压力接近井底的压力，导致钻进液对煤层的支撑力下二叠系上石盒子组由砂岩、粉砂岩及泥岩组成，降，致使煤岩脱落造成井壁坍塌。因此，从井壁稳定底部的K。粗砂岩全区稳定，为下石盒子组分界标志性方面来看，煤层气钻进要选用合适的钻进液以防止层，与下伏地层呈整合接触；下石盒子组为灰绿色、井壁坍塌。晋城地区煤炭资源主要集中分布于二叠灰色泥岩，夹浅灰色砂岩，顶部为

4、杂色铝质泥岩，俗系的山西组和石炭系的太原组，在煤层的顶、底板普称“桃花泥岩”，其中含大量菱铁矿结核。该段地层遍存在泥质含量高的岩层。钻进该地层时，孔壁坍钻井应注意防斜、防垮、防漏。塌、掉块、缩径严重，冲洗液漏失大、下钻遇阻、钻头包二叠系山西组由砂岩、粉砂及泥岩组成，含煤泥的情形频繁发生，甚至因此而导致孔内事故、钻孔4层，3煤较厚，为目的煤层，厚度约6m；石炭系太工程报废等。为此，寻求适合该类煤系地层钻进的泥原组以砂岩、粉砂岩、泥岩及炭质泥岩为主，含多层浆来解决孔壁失稳问题已经迫在眉睫。煤。该段地层钻

5、井应注意防垮、防漏。通过对山西晋城沁水盆地柿庄地区煤系地层的研究，在室内进行泥浆的配比实验，寻求有效的防塌2实验设计和实验测试内容防漏泥浆，解决该区较为突出的孔壁失稳问题，并将2．1实验方法及原理有效的方法和成果应用到省内其他钻探区，从而控目前，方差分析和正交实验方法在国内外已被制该类地层对钻探工程的影响。广泛应用，对多因素的实验，正确运用正交实验法，1研究区的地质条件分析将实验数据进行方差分析，以寻求最优方案。而正交表是正交实验的基本工具，在正交实验设计中，安沁水盆地为一北北东向复向斜构造，构造相

6、对排实验，对实验结果进行计算分析，均在正交表上进简单，断层不发育，南北翘起端为箕状斜坡，东西两行。借助正交表可以选出具有代表性的实验，以较翼基本对称；沁水盆地含煤地层主要为上石炭统太少的实验次数所取得的数据进行统计分析，而能得到较好的检验结果。该实验中有4个因素，每个因收稿日期：2012—01—10；2012—06—20修订作者简介：张海涛(1988一)，男，安徽淮北人，硕士研究素有3个水平，因此要构造一个4因素3水平的正生，主要研究方向为煤层气与矿井瓦斯。E—mail：交表，简单记为L(3)正交表

7、。记录正交表中实验zhanghaita02221@163．corn。的结果并进行统计分析。本次正交实验的统计分析·14·2012年8月矿业安全与环保第39卷第4期采用直观分析：通过对实验结果直接观察，寻求各因表1黏土最优加碱量的确定实验数据素水平的最好搭配J。2．2泥浆配方优选2．2．1造浆膨润土钻井施工中，应选取水化性能好，造浆率高的黏土即膨润土。由此配成的泥浆具有较小的密度，较好的流变特性，携带岩屑清洗井眼能力强，失水量小，确保提高钻井速度，保持井眼稳定。2．2．2水工程施工中用的大多是江河中的

8、水或自来水，土各30g，分别加入9只量杯中，再称取黏土加量的水中含有较多的ca及其他杂质，在实验过程中会6％的无水碳酸钠依次加入泥浆杯中，并做好标记，给实验结果带来一定的影响和误差。然后加水至1000mL，用玻璃棒或搅拌机充分搅拌2．2．3处理剂后静置24h。根据研究区地层情况，为更好地钻进，防止泥浆2)泥浆的配制漏失、钻孔坍塌，该泥浆的处理剂选择了植物胶、润在基浆配制好24h后，根据已确定的处理剂加滑剂、降失水剂和防塌剂4种J。量的水平，利用4因素3水平的L。(3)