沁水盆地太原組煤層氣水平井鉆井的提速措施

魏鵬，黃健，賈占功，丁建朋(中國石油渤海鉆探第四鉆井分公司，河北 任丘 062552)

0 引言

近年國家大力推動清潔能源，山西省重點關注煤層氣勘探開發進度，華北油田煤層氣公司在長治市召開煤層氣上產推介會，已全面打響煤層氣上產攻堅戰。

山西煤層氣資源豐富，自開發以來，在沁水盆地的鄭莊、樊莊、柿莊等眾多優良區塊的山西組煤層氣創造了良好的企業產值和社會效益。而太原組因其產層薄，施工難度大，一直部署后續開發，隨著華北油田上產攻堅的全面啟動，太原組煤層氣水平井鉆井生產任務將逐漸飽滿。

沁水盆地煤層氣水平井一直以山西組為主，近年來隨著山西組煤層的產氣壓力不均，產氣量不穩定的情況，以及增儲上產要求，太原組煤層開發的進度將進一步加快。不同于山西組煤層水平井的優快鉆井技術，太原組的煤層鉆井提速難度大，難點多的問題依然存在。

1 太原組煤層水平井提速問題

(1)對比山西組煤層，太原組煤層厚度薄，導致施工難度大，平均機速較低，周期較長，不同煤層數據對比如表1所示。

表1 不同煤層數據對比

(2)煤層起伏大，造斜率受限，導致定向滑動時間長。地層傾角起伏變化大且頻繁，以F63P3-15-1L井為例，實鉆最大上傾角13°，在煤層鉆進中，為了最大限度保證煤層鉆遇率，必須不斷調整和控制軌跡保證不出層(如圖1所示)，造成大量定向滑動的工作量，影響周期。

圖1 F63P3-15-1L 實鉆垂直投影圖

F63P3-15-1L井著陸后井斜83°增至100°，后又持續調整降至91°，為保證煤層跟蹤，定向工作量較大。該井滑動鉆進時間統計如表2所示。

表2 F63P3-15-1L(891-1479m井段)滑動鉆進統計

另外，如底板出層后，根據工具造斜率，一方面追煤層困難，浪費大量出層進尺找煤層確定傾角；另一方面，造斜率不夠的情況只能放棄追煤，重新側鉆。

(3)出煤層后，因追煤層傾角導致軌跡狗腿度大。施工區塊內的太原組煤層薄，夾矸或煤線較少，出煤層主要包括以下兩種情況：①頂板出煤層，在蓋層灰巖扣井斜追煤定向效率慢，耗時長；②底板出煤層，在底板砂巖或泥巖造斜工作量較大，重新入煤層后需立即降斜；非煤層進尺較多，對煤層鉆遇率影響較大。

在施工中對于煤層變化采取過大幅度的調整措施，即盲目規避儲層不均質發育段，導致軌跡在目的層內劇烈起伏，形成波浪式的軌跡形態。這種過大幅度的調整為后續鉆井施工埋下隱患，并且在波浪形軌跡低部位位置容易形成煤粉沉淀堆積，直接

影響后期施工。水平段波浪式的出層軌跡形態如圖2所示。

圖2 水平段波浪式的出層軌跡形態

(4)煤層常見井眼問題。目前施工的煤層氣水平井的井眼問題主要包括：①上部山西組煤層穩定性差，易垮塌。山西組煤層頂板巖性強度不穩定。鉆井過程中易發生垮塌、卡鉆等復雜情況，且處理難度極大，鉆井軌跡一旦靠近煤層頂板就有垮塌、埋鉆的可能。②太原組底板泥巖易縮徑，底板出層后追煤風險大，易卡鉆。鄭莊區塊底板泥巖縮徑嚴重，造成起下鉆困難，ZS76P4-15-2L井B01在井段1 120～1 175 m底出煤層，該井段起鉆困難，最大超拉40 t。③懸空側鉆夾壁墻薄弱，易坍塌造成井下復雜；側鉆點在每次起下鉆過程中反復滑槽，修復窗口，耗費大量時間，同樣易造成大肚子形成煤屑淤積，造成遇阻和井下憋壓。

例如，F70P11-15-2L井下鉆至1 115 m(側鉆點)遇阻，下壓鉆具(5 t)無效，接頂驅開泵循環通知定向配合、擺好工具面下放，下放緩慢，后采取轉動劃眼下鉆，反復劃眼(劃眼井段1 111～1 168 m)修復側鉆點及下部井眼通暢后繼續下鉆(1 168～1 420 m無遇阻顯示)，修復側鉆點耗時長影響時效。

(5)地質導向軌跡控制策略影響。斷層、陷落柱以及相變等復雜地質情況對地質導向帶來巨大挑戰，由于缺乏對地層整體宏觀把控，在鉆遇復雜地質情況時容易做出不當應對措施：盲目追求鉆遇率，缺乏統籌的煤層控制策略，從而影響整體周期[1-2]。F70P11-15-2L井設計剖面如圖3所示。

圖3 F70P11-15-2L井設計剖面

以F70P11-15-2L井設計剖面為例，根據煤層傾角上抬，地質導向應結合設計要求和構造預測，將軌跡位置控制于煤層中上部，避免在水平段中大幅度調整軌跡。這樣的優勢主要有以下兩方面：①避免底板出煤層后的造斜追煤的定向工作量和無效進尺；②頂板出煤層后，追煤工作量較小；如需側鉆，由于軌跡處于煤層中上部，方便選取側鉆點(側鉆一般為降斜側鉆)，減少報廢進尺；施工井煤層出層及側鉆分析如表3所示。

表3 施工井煤層出層及側鉆分析

2 主要思路和解決辦法

(1)太原組產層薄，著陸后水平段軌跡因地層起伏變化大難控制，需加強鄰井調研分析。(2)根據出煤層情況，無論追煤或側鉆的過程中，都要平衡時間效益和井下風險，根據現場實際確立平滑可靠的軌跡控制策略，確保井下安全和施工順利。(3)應把握煤層中上部軌跡控制，如頂板出煤，追煤工作量較小；如需側鉆，報廢進尺數少，盡量避免底板出煤層。(4)積極開展基層隊地質導向協作會，提前對產層情況摸底。并進行宏觀把控，分段細化各軌跡控制點要求，降低底板出層風險，保證煤層鉆遇率。(5)保證工具造斜率的情況下，推廣使用無扶螺桿，減低水平段定向調整導致煤層垮塌風險。(6)井眼方面，側鉆點的夾壁墻和井眼大肚子問題，需要格外重視引起關注；在施工早期盡量以煤層防塌為主，后期因大小井眼問題應保證井眼清潔和煤塊的運移。(7)積極與甲方溝通，特殊井，地質復雜井及時申請提前完鉆，減少后期施工風險。

3 結語

(1)基于煤層氣市場應用的近鉆頭方向伽馬工具，以及實時數據測量傳輸技術，建立地質導向模型，提高對地層的把握，有效減少盲目追求進度的無效進尺，和避免鉆遇率低，頻繁出層等問題。(2)通過煤層上下切及角差等方向伽馬特征，提前調整，把控與優化井眼軌跡形態，減少側鉆次數，降低煤層浸泡垮塌風險的同時，提高太原組煤層水平井鉆采效果。