地质因素对钻井工程的影响

地质因素对钻井工程的影响

丁小兵

江苏煤炭地质勘探三队   江苏省   213000

摘要：煤炭是我国最主要的能源，随着煤炭的开采向地下更深处发展，开采区域的水文地质情况，也越来越复杂。煤矿开采活动会破坏原有岩层平衡，特别是在煤层上覆岩层易出现移动，从而引发地表沉陷灾害问题。因此在进行煤炭开采前，一定要对地质因素进行深入分析，以此确定左右的钻井方案。因此文章重点就地质因素对钻井工程的影响展开分析。

关键词：地质因素；煤炭资源；钻井工程；影响

我国煤矿大多具有煤层深度大的特点，因此多数矿井均采用井工开采的方式。井工开采的缺陷在于开采过程破坏性较强，使得煤层的应力重新分布，上覆岩层位置发生改变。岩层移动过程中产生的应力会对地表产生一定影响，造成开采区域地表凹陷，这就是所谓的开采沉陷。此前一段时间，由于经济发达程度较低，煤矿开采区周围往往人口和建筑密集程度较低，因此开采沉陷并未对人们的生产及生活造成实质性影响。现如今，随着经济的发展，煤矿周围的居民区和建筑物的数量都显著增加，因此开采沉陷造成的地质问题就应当引起足够的重视。由于开采沉陷导致的地质灾害通常包括河流阻断、水土流失以及山体滑坡等，对人们的生产及生活安全有着显著影响。

1煤层类型和发育特征

根据煤层聚集的规律和特有的沉积环境分析，发现适合煤层发育的五大类岩石：油页岩、泥质岩、砂岩、和灰岩盖层。油页岩 ：该类岩层存于陆地、湖泊和盆地等沉积地形中，油页岩属于年轻的煤层，发展形势以地质的不断上升和张裂发育而成，主要存在于东北西北两广地区和云南的新兴煤田地区；泥质岩：泥质岩是煤层中存在较广的一种，该类煤层拥有优秀的浸透性和良好的承受压力，密封性很好。该类岩层的煤质分布均匀性能稳定煤质优良，密盖性能非常好。从岩盖层的堆积环境来说，该类煤层属于稳定的下坠式累积而成的岩石，岩石的质量和纯度高；砂岩：该类岩层发展时间较早，多位于煤层板块向上运动，发育时间不稳定，其密封能力较差，岩石含量多为粗糙的砂岩，岩石成相多以冲击状态形成具有冲击留下的冲刷面，其煤层发育较为稳定。煤层的中上底分布不均匀，顶部为细沙状砂岩，中底部多以粗糙颗粒的砂岩，密封性比较差，但细沙状的页岩对岩层起到煤盖藏气的效果，该类岩层多分布在华北地区 ；灰岩盖层 ：该类岩层多以生物残骸泥屑堆积而成，主要的分布地区和时间为北方的二叠纪时期和南方晚二叠纪的海洋和大陆相互碰撞形成的煤炭时期，部分还存在于盆地和鄂尔多斯附近盆地，与二叠系形成的煤炭同一类别，华北地区仅有南部地区含有该类岩层，再至燕楚大地和贺兰山附近没有发现灰岩盖层。

2地质因素对钻井工程的影响

特殊地层、地层孔隙压力及破裂压力是钻井液设计和井身结构设计的主要依据。在同一个裸眼井段不能同时存在喷、漏层，不能让蠕变层与漏失层同时存在。如果井身结构不能满足要求，并且蠕变层和异常高压层都在漏失层的下部，应该提前对漏失层进行处理，提高漏失层承压能力，不可以盲目地向深部地层继续钻进，以防发生钻井事故。如果蠕变层或者异常高压地层下部存在异常低压层或者漏失层，应该合理优化井身结构，利用套管将异常高压层或者蠕变层进行封固。因此有必要对一些特殊地层，如在一定温度和压力下发生蠕变的盐岩层、膏盐层、沥青层、富含水的软泥岩层、吸水膨胀的泥岩层、裂缝发育容易剥落的泥岩层、煤层及某些火成岩侵入层要有详细了解，这些地层都容易导致井下发生复杂的钻井事故。地质设计中地层压力预测不准确，会导致选择钻井液密度偏低或者偏高。当选择钻井液密度小于地层孔隙压力，井筒中液柱压力不足以平衡地层压力，易造成溢流或井喷事故；当选择钻井液密度小于地层坍塌压力的当量钻井液密度时，液柱压力不足以平衡地层坍塌压力，容易出现井壁垮塌，导致卡钻等事故；当选择钻井液密度过高，大于地层破裂压力的当量钻井液密度时，容易引发井漏。在钻井过程中，通过顶驱钻头不断切削、破碎岩石，如突然出现钻时加快的现象，或者钻具放空的现象，并且钻井液返出减少，钻井液池下降，则可以判断井下发生漏失，可能钻遇缝洞渗透层，钻具放空的程度越大，可能钻遇的缝洞越大，因此井漏现象越严重。

3 优化钻井工程开采煤碳资源的应对措施

3.1 优化钻井技术

针对地质运动对钻井工程开采煤层气所遇到的问题主要策略有，根据岩层的稳定性，选择合适的压液技术，特别注意煤矿岩石的承受标准，以及钻头在工作中的磨损程度，同时提高的钻头的钻速和转速。对于如何缓解煤层气岩壁的承受能力，可以采用井壁的加固技术，通过对钻井液压技术的预测处理，保证在进行下阶段的钻井工程安全进行，增加井壁的承受能力和抗压能力，使得密封的安全窗口扩大，降低了对更深层煤层气的钻井难度。在实际的钻井工作当中，应该对开采的煤层气进行精准实际的预测估算，才能保证钻井工程的质量，并且延长煤层的存在寿命。

3.2钻井方面应对措施

3.2.1卡钻

卡钻事故处理原则：“钻具反向活动”的原则、“井眼通畅”的原则、“不继续恶化事故”的原则、“平衡井筒内压力”的原则。发生卡钻事故后，进行卡钻分析，针对不同类型卡钻选择适合的处理方式。

3.2.2井漏

发生井漏应及时采取有效措施，防止造成井下复杂情况。首先应该查找漏层的位置，然后分析属于何种漏失，最后选择堵漏措施和技术方案。当井下发生漏失时，应该将钻具起至上层套管中或者漏失层段以上，静止观察一段时间，一方面可以降低液柱压力，裂缝可能会自动闭合，另一方面钻井液中的岩屑和堵漏材料会粘结裂缝，能够降低漏失速度、减少漏失量，达到降低漏失严重性的目的。

3.2.3溢流

当发生溢流时，钻台应立即停止当前作业；发出溢流报警信号，并按照井控程序关井；若有热工作业，应立即停止作业；根据现场井口压力和物料准备情况制定适合的压井方案和施工措施；通知值班船起锚，在上风向待命。

综上所述，在钻井作业中，地质因素对钻井工程的安全有较大的影响，地质预测不准会导致钻井工程事故的发生概率明显提升，有可能对工作人员和油田企业造成重大损失。因此在进行钻井工程设计时，应按照实际情况深入开展勘探工程的地质分析工作，为钻井工程提供准确的地质条件和风险提示，从而指导选择合理的钻井技术手段。

参考文献

[1]申艳军,吕游,王双明,马文,宋世杰,顾霖骏.煤矿采动作用对围岩扰动影响范围的分析[J].煤矿安全,2022,53(05):194-202+210.D

[2]张尚旺.煤矿水文地质灾害的防治技术与措施[J].科技资讯,2022,20(09):71-73.

[3]赵建军.煤矿开采沉陷地质灾害分析及控制措施研究[J].山西冶金,2022,45(02):380-382.