SN-06H1煤層氣U型井復雜地層鉆進施工技術實踐

王瑞城 宋百強 李遠靈 侯巖波 劉 彬

(中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000)

SN-06H1煤層氣U型井復雜地層鉆進施工技術實踐

王瑞城 宋百強 李遠靈 侯巖波 劉 彬

(中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000)

SN06-H1是位于沁水盆地東南緣西北傾單斜構造上的一口水平井，目的是揭開山西組3號煤層氣藏，自上而下依次鉆遇第四系、劉家溝組、石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組。在劉家溝組和石千峰組鉆遇漏失地層，漏失量約為20～25m3/h，在山西組煤層先后鉆遇五條斷層，一條背斜，一條向斜，水平井段出現巖性極硬地層，大大增加施工難度和施工危險度。作業隊對鉆探施工過程中遇到的復雜地層進行冷靜分析，針對鉆遇地層特點及時調整施工方案，保證了工程的順利完成，煤層鉆遇率達到92.36%，總結經驗提出好的建議，為以后該區塊井位部署和鉆井施工奠定基礎。

煤層氣 水平井 復雜地層 斷層

SN-06H1是沁水盆地南部開發的一口煤層氣水平井，屬于山西省晉城市沁水縣柿莊南區塊，水平井SN-06H1井、SN-06H2井和直井SN-06V井組成U型連通水平井組SN-06，鉆探目的層為山西組3號煤層。該區塊井自上而下依次鉆遇新生界第四系 (Q)、中生界三疊系下統劉家溝組(T11)、上統石千峰組 (P2sh)、二疊系上統上石盒子組 (P2s)、下石盒子組 (P1x)、二疊系下統山西組 (P1s)、上統太原組 (C3t)、上古生界石炭系中統本溪組 (C2b)和下古生界奧陶系中統峰峰組(O2f)。

鄰井TS78-01井在鉆進過程中出現了井漏復雜情況，漏失量約為35m3/h;SN-06H2井在施工過程中鉆遇背斜構造，施工難度極大。

1 工程設計

1.1 井身剖面

本井的井身剖面設計為直-增-平-降的軌道，在煤層中穿行后與直井SN-06V井煤層段洞穴連通。井眼軌道設計見表1。

表1 SN-06H1井眼軌道設計

自SN-06E1到TD間水平段在煤層中穿行，煤層厚度約為6m，穿行約1052m后與直井洞穴連通，直井洞穴直徑約為600mm。

1.2 井身結構及套管程序

本井一開采用 φ374.7mm鉆頭鉆至井深60.00m，下入φ273.1mm套管，封住上部膠結差、易坍塌、易漏失的地層。二開采用φ241.3mm鉆頭鉆至井深460.00m，起鉆換定向鉆具后開始造斜，鉆進至井深 850.00m，下入 φ193.7mm 套管至848.00m，封固住中部砂巖、粉砂巖、泥巖等地層。三開后使用φ171.5mm鉆頭在3號煤層中鉆進至連通前70m，起鉆安裝對接儀器連通，煤層段下φ139.7mm 篩管完井。

2 施工情況及鉆探難點

2.1 施工情況

SN-06H1井由山東煤田地質第二勘探隊286井隊施工，使用ZJ-30P石油鉆機，一開二開使用低固相鉆井液鉆進，并利用MWD無線隨鉆測斜儀監控井眼軌跡，二開中完井深954.00m。三開階段下入1.5°/φ146mm螺桿，利用鉆時、氣測、巖屑錄井等方法進行地質導向，配合MWD無線隨鉆測斜儀，實時調控鉆頭沿著煤層方向水平鉆進，著陸點井深957.00m。

SN-06H1井于2012年3月31日16:00三開鉆進，鉆進至 957.00m(垂深 693.07m，位移365.09m)入煤，井深957～1085m在煤層中鉆進，在井深 1085.00m(垂深 700.78m，位移 492.65m)鉆遇斷層，前進方向煤層抬升，斷距5m，井深1181m(垂深700.30m，位移588.63m)再次鉆遇斷層，前進方向煤層抬升，斷距6m，由于連續鉆遇兩條斷層，使得煤層呈階梯狀抬起，煤層抬升11m。因為見不到煤層，開始側至井深1044.00m處開始向上探煤，鉆至井深 1416.00m(垂深686.34m，位移 822.68m)，井斜角 96°，仍未見煤，由于井斜角過大無法繼續上探，只能又撤回到井深1080.00m向下探，探至井深1198.30m(垂深706.31m，位移605.58m)仍未見煤，證明煤層抬起，停止鉆進。根據向上探測資料，確定水平位移890m處為背斜軸部，底板標高325m，上傾方向煤層傾角4°，下傾煤層傾角5°，從位移1100m至1287m對接點煤層傾角1°。為了提高煤層鉆遇率，封固原有井段，并自井深960.00m處側鉆，鉆至井深1727.82m時，鉆時較大，進尺較慢，巖性判斷為煤層上部5m左右，分析鉆遇斷距2m的小斷層。

自井深1472.00m側鉆，鉆至井深1827.25m時，發現方位偏差較大，無法對接，提鉆至井深1662.00m側鉆，鉆至井深1870m仍未對接成功。提至 1810.00m，重新側鉆對接，并于井深1864.00m處對接成功，完鉆井深1874.00m。

SN-06H1井總進尺3134.77m(包括七支側鉆)，水平段有效進尺917.00m，3號煤層中有效進尺847.00m，3號煤層鉆遇率為92.36%，在復雜地層高效完成了鉆探任務。SN-06H1井工程量見表2。

表2 SN-06H1井工程量統計表

2.2 鉆探難點

(1)實際鉆遇地層與二維地震3號煤底板等高線圖提供的地層趨勢變化較大，構造增多。

根據柿莊南區塊二維地震加密區U型連通水平井3號煤底板等高線圖，SN-06H1至SN-06V水平對接井地層傾角變化不大，整體趨勢為較平緩的單斜 (向斜)構造，預計三開從位移357～500m地層呈下傾狀態，降深約7m，計算傾角在2.8°;位移500～1287m(對接點)地層呈上傾狀態，抬升約38m，計算傾角為2.8°。

根據實鉆軌跡，我們重新勾繪的3號煤底板等高線示意圖來看而是由一個向斜，五個斷層，一個背斜的多種構造組成的地層結構，見圖1。實際鉆遇地層復雜，鉆井軌跡無法控制在煤層中鉆進，大部分要在巖石中鉆進。因此，首次性的煤層鉆遇率受到非常大的影響。

圖1 實鉆3號煤層底板等高線示意圖

(2)地層巖性較硬，減慢施工進度，增加生產成本。

由于該區域目的煤層頂底板為膠結較好，性硬的泥巖、粉砂巖，可鉆性較差，下部一層含硅質結核泥巖，可鉆性更是極差。在探摸目的煤層的鉆進中，進尺緩慢，材料消耗極大。鉆頭磨損較快，必須頻繁起下鉆更換鉆頭，僅硅質結核泥巖中鉆頭磨損達5個，更是極大地增加了生產成本。

由于鉆井軌跡大部分在巖石中鉆進，而煤層頂底板多為泥巖，鉆時達20～30min/m，如果鉆至底板下含硅質結核的泥巖中，鉆時平均在60min/m，最大鉆時達115min/m，PDC鉆頭合金復合片很容易掉入井底，如果更換鉆頭再鉆進，不但要磨硅質結核，還要研磨掉落的合金復合片體，這種情況鉆時會更大，而且對鉆頭使用來說是毀滅性的。因此，不但施工進度受到了很大的影響，而且消耗材料過大，增加鉆井施工成本。由于鉆遇斷層，煤層抬起，鉆井軌跡必須從煤層底板以下向上穿越，距煤層底板以下9m左右，有一層含硅質結核泥巖，厚度4～5m，硬度相當大，鉆入該層時進尺緩慢，鉆頭磨損相當嚴重，僅8m進尺就損壞三個鉆頭。鉆硅質結核泥巖磨損的部分鉆頭。

(3)鉆遇斷層，容易造成井下復雜情況。

在鉆遇斷層時，由于斷層帶附近地層松軟，破碎，極易垮塌掉塊卡鉆。每次下鉆至井深1180m(即位移590m，第二斷層帶處)附近遇阻。由于斷層原因不能保持在煤層鉆進，井筒中泥屑的含量增多，泥巖的比重遠大于清水鉆井液，給攜屑造成困難，在井眼的最低位置 (套管鞋附近)形成巖屑床，造成砂橋卡鉆;且井眼中的泥巖遇清水膨脹易造成縮徑卡鉆。

(4)鉆遇地層有漏失。

本井一開二開采用低固相聚合物鉆井液作為循環介質，井深260.00m處漏失，漏失量約25m3/h;井深290.00m處漏失，漏失量約20m3/h;井深385.00m處漏失，漏失量約20m3/h，其余井段為微漏失。三開采用微泡沫泥漿作為循環介質，三開鉆遇斷層時有消耗。

3 認識和建議

(1)由于本區地質資料的缺乏，且二維地震精度的局限性，導致SN-06H1井實鉆揭示的地質情況與提供的地質資料存在很大的差別，不僅極大地降低了首次煤層鉆遇率，延緩了施工進度，而且對井下施工造成極大的安全隱患。建議加強對施工水平井區塊進行較細致的三維地震勘探，提高勘探區域地質資料精度和準度，避免類似的情況再次發生。

(2)在水平段鉆進時，對兩井間巖層露頭進行了多次、詳細的野外踏勘，發現了斷層5條，背斜一個，指導了水平段鉆進，同時驗證了對井下實鉆地層的分析判斷。

(3)采用合適的鉆井液，保證既能確保鉆進安全，又能有效的保護儲層。本井煤層水平段使用微泡泥漿鉆進，有效地保護了井壁，避免了煤層的坍塌，同時加強了巖屑的攜帶能力，同時對鉆井液采取震動篩、泥漿池、高速離心機三級過濾，嚴格控制固相顆粒含量，減少對煤層的污染。

(4)鉆進過程中根據巖屑錄井、鉆時錄井、氣測錄井、伽馬數據進行地質導向，判準各標志層的深度及厚度，及時調整鉆井軌跡;在煤層水平段鉆進過程中及時判斷鉆井軌跡是否在煤層中，及時調整鉆井軌跡，以保證在煤層中鉆進。通過不斷的側鉆，探摸煤層，本井克服了地質構造復雜的困難，共穿越5條斷層，一條背斜，一條向斜，并保證了煤層的穿透率。

［1］姚?？?YM7-2H復雜地層井眼軌跡控制技術［J］.內蒙古石油化 工，2008，8:120-122.

［2］黃平.河壩井田復雜地層鉆探施工技術難點及對策［J］.探礦工程 (巖土鉆掘工程)2010，37(5):27-30.

［3］王兆會.HY9801水平井復雜情況的處理及分析［J］.石油鉆探技術，2006，34(3):81-83.

Complex Formation Drilling Construction Technique in U-shaped CBM Well SN-06H1

WANG Ruicheng，SONG Baiqiang，LI Yuanling，HOU Yanbo，LIU Bin
(Jincheng Branch of China United Coalbed Methane Co.，Ltd.，Shanxi 048000)

SN06-H1 is one of the CBM horizontal wells，which located in the southeastern margin of Qinshui basin，and point to discover the gas reservoir in No.3 coal seam of Shanxi Formation.Quaternary，Liujiagou Formation，Shiqianfeng Formation，Upper Shihezi Formation，Lower Shihezi Formation and Shanxi Formation are drilled in order.Leakage stratigraphic is encountered in Liujiagou Formation and Shiqianfeng Formation，with the leakage of 20 ～25m3/h.Five geological faults，a anticline and a syncline are encountered in Shanxi Formation.Hard formation appeared in the horizontal drilling section，which increased the difficulty and risk of construction.The paper summarizes experience of drilling construction technique in u-shaped CBM well SN-06H1，analyzed the complex formation during drilling.According to the characteristics of the formations，adjustments for construction plan had been made to ensure the success operation of the project.The drilling rate of coal seam can reach to 92.36%.The practice lay the foundation of the future well development and drilling construction of this area.

Coalbed methane;horizontal wells;complex formation;geological fault

王瑞城，男，從事煤層氣鉆井技術及管理工作。

(責任編輯 桑逢云)