SN-06H1煤層氣U型井復(fù)雜地層鉆進(jìn)施工技術(shù)實(shí)踐

王瑞城 宋百?gòu)?qiáng) 李遠(yuǎn)靈 侯巖波 劉 彬

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 048000)

SN-06H1煤層氣U型井復(fù)雜地層鉆進(jìn)施工技術(shù)實(shí)踐

王瑞城 宋百?gòu)?qiáng) 李遠(yuǎn)靈 侯巖波 劉 彬

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)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(gòu)造上的一口水平井，目的是揭開(kāi)山西組3號(hào)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(xiàn)巖性極硬地層，大大增加施工難度和施工危險(xiǎn)度。作業(yè)隊(duì)對(duì)鉆探施工過(guò)程中遇到的復(fù)雜地層進(jìn)行冷靜分析，針對(duì)鉆遇地層特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整施工方案，保證了工程的順利完成，煤層鉆遇率達(dá)到92.36%，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)提出好的建議，為以后該區(qū)塊井位部署和鉆井施工奠定基礎(chǔ)。

煤層氣 水平井 復(fù)雜地層 斷層

SN-06H1是沁水盆地南部開(kāi)發(fā)的一口煤層氣水平井，屬于山西省晉城市沁水縣柿莊南區(qū)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(hào)煤層。該區(qū)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(tǒng)劉家溝組(T11)、上統(tǒng)石千峰組 (P2sh)、二疊系上統(tǒng)上石盒子組 (P2s)、下石盒子組 (P1x)、二疊系下統(tǒng)山西組 (P1s)、上統(tǒng)太原組 (C3t)、上古生界石炭系中統(tǒng)本溪組 (C2b)和下古生界奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)。

鄰井TS78-01井在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了井漏復(fù)雜情況，漏失量約為35m3/h;SN-06H2井在施工過(guò)程中鉆遇背斜構(gòu)造，施工難度極大。

1 工程設(shè)計(jì)

1.1 井身剖面

本井的井身剖面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 SN-06H1井眼軌道設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)及套管程序

本井一開(kāi)采用 φ374.7mm鉆頭鉆至井深60.00m，下入φ273.1mm套管，封住上部膠結(jié)差、易坍塌、易漏失的地層。二開(kāi)采用φ241.3mm鉆頭鉆至井深460.00m，起鉆換定向鉆具后開(kāi)始造斜，鉆進(jìn)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(kāi)后使用φ171.5mm鉆頭在3號(hào)煤層中鉆進(jìn)至連通前70m，起鉆安裝對(duì)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(diǎn)

2.1 施工情況

SN-06H1井由山東煤田地質(zhì)第二勘探隊(duì)286井隊(duì)施工，使用ZJ-30P石油鉆機(jī)，一開(kāi)二開(kāi)使用低固相鉆井液鉆進(jìn)，并利用MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀監(jiān)控井眼軌跡，二開(kāi)中完井深954.00m。三開(kāi)階段下入1.5°/φ146mm螺桿，利用鉆時(shí)、氣測(cè)、巖屑錄井等方法進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，配合MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀，實(shí)時(shí)調(diào)控鉆頭沿著煤層方向水平鉆進(jìn)，著陸點(diǎn)井深957.00m。

SN-06H1井于2012年3月31日16:00三開(kāi)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)至 957.00m(垂深 693.07m，位移365.09m)入煤，井深957～1085m在煤層中鉆進(jìn)，在井深 1085.00m(垂深 700.78m，位移 492.65m)鉆遇斷層，前進(jìn)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(jìn)方向煤層抬升，斷距6m，由于連續(xù)鉆遇兩條斷層，使得煤層呈階梯狀抬起，煤層抬升11m。因?yàn)橐?jiàn)不到煤層，開(kāi)始側(cè)至井深1044.00m處開(kāi)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(jiàn)煤，由于井斜角過(guò)大無(wú)法繼續(xù)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(jiàn)煤，證明煤層抬起，停止鉆進(jìn)。根據(jù)向上探測(cè)資料，確定水平位移890m處為背斜軸部，底板標(biāo)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(duì)接點(diǎn)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(cè)鉆，鉆至井深1727.82m時(shí)，鉆時(shí)較大，進(jìn)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(cè)鉆，鉆至井深1827.25m時(shí)，發(fā)現(xiàn)方位偏差較大，無(wú)法對(duì)接，提鉆至井深1662.00m側(cè)鉆，鉆至井深1870m仍未對(duì)接成功。提至 1810.00m，重新側(cè)鉆對(duì)接，并于井深1864.00m處對(duì)接成功，完鉆井深1874.00m。

SN-06H1井總進(jìn)尺3134.77m(包括七支側(cè)鉆)，水平段有效進(jìn)尺917.00m，3號(hào)煤層中有效進(jìn)尺847.00m，3號(hào)煤層鉆遇率為92.36%，在復(fù)雜地層高效完成了鉆探任務(wù)。SN-06H1井工程量見(jiàn)表2。

表2 SN-06H1井工程量統(tǒng)計(jì)表

2.2 鉆探難點(diǎn)

(1)實(shí)際鉆遇地層與二維地震3號(hào)煤底板等高線圖提供的地層趨勢(shì)變化較大，構(gòu)造增多。

根據(jù)柿莊南區(qū)塊二維地震加密區(qū)U型連通水平井3號(hào)煤底板等高線圖，SN-06H1至SN-06V水平對(duì)接井地層傾角變化不大，整體趨勢(shì)為較平緩的單斜 (向斜)構(gòu)造，預(yù)計(jì)三開(kāi)從位移357～500m地層呈下傾狀態(tài)，降深約7m，計(jì)算傾角在2.8°;位移500～1287m(對(duì)接點(diǎn))地層呈上傾狀態(tài)，抬升約38m，計(jì)算傾角為2.8°。

根據(jù)實(shí)鉆軌跡，我們重新勾繪的3號(hào)煤底板等高線示意圖來(lái)看而是由一個(gè)向斜，五個(gè)斷層，一個(gè)背斜的多種構(gòu)造組成的地層結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。實(shí)際鉆遇地層復(fù)雜，鉆井軌跡無(wú)法控制在煤層中鉆進(jìn)，大部分要在巖石中鉆進(jìn)。因此，首次性的煤層鉆遇率受到非常大的影響。

圖1 實(shí)鉆3號(hào)煤層底板等高線示意圖

(2)地層巖性較硬，減慢施工進(jìn)度，增加生產(chǎn)成本。

由于該區(qū)域目的煤層頂?shù)装鍨槟z結(jié)較好，性硬的泥巖、粉砂巖，可鉆性較差，下部一層含硅質(zhì)結(jié)核泥巖，可鉆性更是極差。在探摸目的煤層的鉆進(jìn)中，進(jìn)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(zhì)結(jié)核泥巖中鉆頭磨損達(dá)5個(gè)，更是極大地增加了生產(chǎn)成本。

由于鉆井軌跡大部分在巖石中鉆進(jìn)，而煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r，鉆時(shí)達(dá)20～30min/m，如果鉆至底板下含硅質(zhì)結(jié)核的泥巖中，鉆時(shí)平均在60min/m，最大鉆時(shí)達(dá)115min/m，PDC鉆頭合金復(fù)合片很容易掉入井底，如果更換鉆頭再鉆進(jìn)，不但要磨硅質(zhì)結(jié)核，還要研磨掉落的合金復(fù)合片體，這種情況鉆時(shí)會(huì)更大，而且對(duì)鉆頭使用來(lái)說(shuō)是毀滅性的。因此，不但施工進(jìn)度受到了很大的影響，而且消耗材料過(guò)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(zhì)結(jié)核泥巖，厚度4～5m，硬度相當(dāng)大，鉆入該層時(shí)進(jìn)尺緩慢，鉆頭磨損相當(dāng)嚴(yán)重，僅8m進(jìn)尺就損壞三個(gè)鉆頭。鉆硅質(zhì)結(jié)核泥巖磨損的部分鉆頭。

(3)鉆遇斷層，容易造成井下復(fù)雜情況。

在鉆遇斷層時(shí)，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(jìn)，井筒中泥屑的含量增多，泥巖的比重遠(yuǎn)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(kāi)二開(kāi)采用低固相聚合物鉆井液作為循環(huán)介質(zhì)，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(kāi)采用微泡沫泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，三開(kāi)鉆遇斷層時(shí)有消耗。

3 認(rèn)識(shí)和建議

(1)由于本區(qū)地質(zhì)資料的缺乏，且二維地震精度的局限性，導(dǎo)致SN-06H1井實(shí)鉆揭示的地質(zhì)情況與提供的地質(zhì)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(jìn)度，而且對(duì)井下施工造成極大的安全隱患。建議加強(qiáng)對(duì)施工水平井區(qū)塊進(jìn)行較細(xì)致的三維地震勘探，提高勘探區(qū)域地質(zhì)資料精度和準(zhǔn)度，避免類似的情況再次發(fā)生。

(2)在水平段鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)兩井間巖層露頭進(jìn)行了多次、詳細(xì)的野外踏勘，發(fā)現(xiàn)了斷層5條，背斜一個(gè)，指導(dǎo)了水平段鉆進(jìn)，同時(shí)驗(yàn)證了對(duì)井下實(shí)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(jìn)安全，又能有效的保護(hù)儲(chǔ)層。本井煤層水平段使用微泡泥漿鉆進(jìn)，有效地保護(hù)了井壁，避免了煤層的坍塌，同時(shí)加強(qiáng)了巖屑的攜帶能力，同時(shí)對(duì)鉆井液采取震動(dòng)篩、泥漿池、高速離心機(jī)三級(jí)過(guò)濾，嚴(yán)格控制固相顆粒含量，減少對(duì)煤層的污染。

(4)鉆進(jìn)過(guò)程中根據(jù)巖屑錄井、鉆時(shí)錄井、氣測(cè)錄井、伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向，判準(zhǔn)各標(biāo)志層的深度及厚度，及時(shí)調(diào)整鉆井軌跡;在煤層水平段鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)判斷鉆井軌跡是否在煤層中，及時(shí)調(diào)整鉆井軌跡，以保證在煤層中鉆進(jìn)。通過(guò)不斷的側(cè)鉆，探摸煤層，本井克服了地質(zhì)構(gòu)造復(fù)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］姚海俊.YM7-2H復(fù)雜地層井眼軌跡控制技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古石油化 工，2008，8:120-122.

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

［3］王兆會(huì).HY9801水平井復(fù)雜情況的處理及分析［J］.石油鉆探技術(shù)，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(shù)及管理工作。

(責(zé)任編輯 桑逢云)