煤層氣水平井無導眼地質(zhì)導向鉆進技術

陳洲

關鍵詞：煤層氣水平井;無導眼;地質(zhì)導向鉆進技術

0 引言

在當前階段對煤炭資源進行開采工作時，在一些松軟煤層水平段中成孔較為困難，煤層鉆遇率較低，在造斜段鉆進過程中還需要進行導眼井施工等問題，對開采工作造成了嚴重的影響。因此開始在開采工作中將地質(zhì)導向與幾何導向相結(jié)合，并將其在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆進參數(shù)優(yōu)選、防塌鉆進、水平段井眼軌跡精細化控制等方面進行了相關的研究。通過對該模式的應用，使煤層氣水平井鉆完井工藝得到了相應的完善，也為煤層氣低投入、高開發(fā)的鉆井施工提供了相應的技術參考。

1 煤層氣水平井

1.1 煤層氣水平井概念

隨著煤層氣開發(fā)的發(fā)展，利用水平井開展開發(fā)工作已經(jīng)成為了普遍趨勢，也成為了重要的開發(fā)手段。煤層氣水平井相較于直井與普通定向井來說，可以更有效的導通煤儲層的裂隙，使井內(nèi)的氣、水導流能力得到顯著增強，還可以使單井產(chǎn)量得到提升，使煤層氣的采收率得到提升，還可以使投資回收周期得到縮短，減少煤層氣開采所需成本，減少在鉆前工程以及井場占地等相關費用。通過對水平井的合理應用，還可以對溝谷縱橫等地形條件較為復雜的區(qū)域的煤層氣進行有效開發(fā)。

1.2 煤層氣水平井鉆進過程中存在的問題

利用煤層氣水平井有著良好的優(yōu)勢，但是在煤層氣水平井的應用過程中還存在著一些問題。利用水平井對造斜段進行鉆進時，為了明確目標煤層的頂?shù)捉缑嫔疃龋ǔＰ枰┕?00m左右的導眼，從而方便水平井造斜段的軌道設計工作，而這一工作內(nèi)容屬于無效工程量。在松軟煤層中，水平井井壁的穩(wěn)定性較差，在鉆完井過程中，很容易出現(xiàn)井壁坍塌問題，從而造成卡鉆、埋鉆等事故，導致其成孔難度增加，影響施工進度。

2 地質(zhì)特征分析

本文中涉及到的地質(zhì)區(qū)域位于沁水盆地東南部晉城斜坡帶，其總體呈現(xiàn)出東高西低的構(gòu)造特征，地層的傾角為3°-5°，主要以褶皺為主，斷裂情況較少，總體構(gòu)造較為簡單。其中，3號煤層為目的煤層，其分布情況較為穩(wěn)定，煤厚為3.75-7.30m，平均6.31m，夾矸0-5層，煤層穩(wěn)定，全井田可采。煤層頂板為泥巖，底板為泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，煤體結(jié)構(gòu)主要以碎粒結(jié)構(gòu)--碎裂結(jié)構(gòu)為主。煤層的壓力主要為1.77-4.30MPa，平均3.03MPa，屬于低壓煤層。其主要直接充水含水層屬于較為薄弱的頂板砂巖裂隙含水層，在水文地質(zhì)條件中屬于簡單類型。煤層的底板等高線如圖1所示。

3 鉆完井關鍵技術

3.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在進行鉆完井時，對井身結(jié)構(gòu)進行合理設計可以使鉆井的安全性得到有效保證，也可以使鉆井所需成本得到降低。并且隨著勘探程度以及鉆井裝備能力的不斷提升以及鉆井工藝技術的不斷發(fā)展完善，可以對井身結(jié)構(gòu)起到良好的完善作用，保證鉆井施工的安全性與鉆井施工質(zhì)量。其中一開主要是對第四系上部的易垮、易漏失的地層進行封隔，并為二開的安全鉆井提供有利條件。二開主要是對煤層上部的泥巖層段進行封隔，使套管下深距離目標煤層的垂距不低于2m，并為三開的安全鉆進創(chuàng)造有利條件。

3.2 鉆進參數(shù)優(yōu)選

在對該區(qū)域進行鉆井時，結(jié)合該類型區(qū)域的鉆井經(jīng)驗進行綜合分析，可以對鉆壓、轉(zhuǎn)速等相關參數(shù)進行設計，在根據(jù)實際情況對所得參數(shù)進行優(yōu)化選擇。

在一開直井段中，可以利用防斜吊打方式，再使用較高的轉(zhuǎn)速，較小的鉆壓，較大的排量。在二開直井段中，應使用較高的轉(zhuǎn)速，較小的鉆壓，中等排量，并提高噴嘴降壓，使其發(fā)揮出水力破巖的作用。在二開造斜段中，應使用較低轉(zhuǎn)速，較高鉆壓，并根據(jù)實際情況適當增加排量，保證井下的安全性。在三開水平段中，當鉆遇煤層段時，使用較低的鉆壓，較低的轉(zhuǎn)速，較低的排量，較低的射流沖擊力進行鉆進工作。在下鉆到底以后，在提前2個單根開泵，當小排量頂通以后，在逐漸將排量增加至正常排量。

3.3 鉆井液優(yōu)選

根據(jù)該區(qū)域內(nèi)地成層情況，以及對水平井儲層保護的要求，還需要解決一開、二開施工中容易發(fā)生的漏失、坍塌、縮徑等問題，因此還需要對鉆井液進行相應設計。

一開直井段鉆井液。在開展一開直井

4 地質(zhì)導向技術

4.1 造斜段地質(zhì)導向

根據(jù)鉆井所揭露的地層信息將K10、K8、2號煤層作為標志層，在利用鉆時的錄井資料、鉆時參數(shù)、煤層底板等高線圖等及時對鉆頭所處位置距離目標煤層的空間位置距離進行判斷，在及時對井眼軌跡進行相應調(diào)整，保證其入窗井斜角與地層傾斜角適配，之后在就可以順利將無導眼直接一次著陸入窗SH-U2-2A點，使水平段的井眼軌跡得到有效控制。

4.2 水平段導向技術

在對水平段進行施工時，采用了地質(zhì)導向與幾何導向相結(jié)合的模式，從而使鉆井風險得到降低，使煤層的鉆遇率得到有效提升。首先需要利用幾何導向，讓實鉆軌跡最大程度接近設計軌道，保證其可以準確鉆入設計靶區(qū)中。之后為了保證井眼軌跡的光滑度，提升煤層鉆遇率，還需要設計合適的入窗井斜角。再利用煤層底板等高線圖，加密等高線間距為1m，甚至0.5m，再沿著水平井軌道對水平投影方向進行設計，從而在空間中將軌道設計與實鉆軌跡位置更清晰的呈現(xiàn)出來。

綜上所述，在對煤層氣水平井進行開發(fā)時，可以根據(jù)開發(fā)區(qū)域的實際情況，對鉆進技術、相關參數(shù)等進行有效選擇，并對開采技術進行靈活運用，制定出適合當前區(qū)域開采工作的方案，從而保證開采工作效率，提升工作質(zhì)量，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]婁昊，張強，郝世俊，等.松軟突出煤層地面U型井鉆完井施工工藝研究：以西山煤田東于煤礦MJDH01-H井為例[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014，42（2）：89-92.

[2]黃維安，邱正松，楊力，等.煤層氣鉆井井壁失穩(wěn)機理及防塌鉆井液技術[J].煤田地質(zhì)與勘探，2013，41（2）：37-41.