煤層氣水平對(duì)接井鉆井技術(shù)研究

靳光均（河南豫中地質(zhì)勘察工程公司，河南鄭州450016）

煤層氣水平對(duì)接井鉆井技術(shù)研究

靳光均（河南豫中地質(zhì)勘察工程公司，河南鄭州450016）

在施工建設(shè)中水平對(duì)接井是由水平井和垂直井相互對(duì)接而成，還可以按照當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境地質(zhì)條件的需要，設(shè)計(jì)為多口水平井與一口直井進(jìn)行對(duì)接的組合。井身的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，根據(jù)煤層氣開(kāi)發(fā)的實(shí)踐證明，水平井能夠疏通煤儲(chǔ)層的裂隙系統(tǒng)，進(jìn)而來(lái)增加水、氣導(dǎo)流的能力，提升單井的產(chǎn)量與采收率，適用于低壓低滲地區(qū)煤層氣資源的開(kāi)采。水平對(duì)接井的井身結(jié)構(gòu)非常合理，完井方式非常獨(dú)特，非常適合我國(guó)大部分煤層氣的開(kāi)發(fā)。本文主要是對(duì)每層氣水平對(duì)接井鉆井技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究。

水平對(duì)接井；煤層氣；水平鉆進(jìn)；研究

中國(guó)煤層的氣儲(chǔ)層一般有著三低一高的特點(diǎn)，三低：低滲、低壓、低飽和。一高：含氣量高。這些特點(diǎn)極大的限制了地面垂直壓裂煤層氣井的產(chǎn)量。順煤層水平井可以有效的導(dǎo)通煤儲(chǔ)層的裂隙系統(tǒng)來(lái)增加水氣的導(dǎo)流能力，極大的提升了單井的產(chǎn)量與煤層氣的采收率，回收周期的時(shí)間得以縮短，是一項(xiàng)非常有效的能夠開(kāi)發(fā)低滲、低壓地區(qū)煤層氣資源的手段。最近幾年，在我國(guó)煤層氣羽狀水平井得到了非常大的成功，然而羽狀水平井在近端和直井相聯(lián)接，其水平分支一定要向上傾鉆進(jìn)才有利于氣井的排水與降壓，其施工難度非常大，容易發(fā)生事故，其鉆井成本也比較高。氣井在生產(chǎn)階段，其水平段的井眼比較容易坍塌，煤粉堵塞的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，主井眼內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)許多死區(qū)與廢井，鉆井的成功率較低。水平對(duì)接井適用于地形條件比較復(fù)雜的高山地區(qū)，可以節(jié)省許多鉆前工程與地面井場(chǎng)的占地費(fèi)用。

1 水平對(duì)接井的技術(shù)特點(diǎn)

水平對(duì)接井一般是由一到二口延伸大約1000m左右的定向工程井與一口垂直的排采井相互組成的井組。垂直井的布置一般是在煤層標(biāo)高相對(duì)比較低的定向水平井距離較遠(yuǎn)的一端，其施工的順序首先是鉆探垂直井，垂直井一般鉆探到煤層下面的50m左右完井，煤層段可以保持裸眼，也可以下入玻璃鋼的套管，在煤層頂板之上要下入套管并且固井。煤層用特殊的掏穴技術(shù)把井徑擴(kuò)到0.5m以上，這樣方便和水平井相互聯(lián)通。

圖1 水平對(duì)接井的示意圖

1.1 井身的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，施工難度比較小

水平井的主井一般來(lái)說(shuō)是沒(méi)有分支的，其鉆具一直都是沿著目標(biāo)煤層向著垂直井的方位前進(jìn)，其平面的擺動(dòng)比較小。鉆進(jìn)的時(shí)候采用可以控制導(dǎo)向的組合鉆具沿著煤層下傾的方向近水平的鉆進(jìn)，技術(shù)要領(lǐng)是整套系列的鉆具在井內(nèi)彎曲的角度與幅度變化比較小，井眼的軌跡比較容易控制，鉆井的效率與成井率比較高，其綜合成本比較低。

1.2 降低液面提高氣井的采收率

垂直生產(chǎn)井的布置通常在煤層標(biāo)高的比較低的地方，這樣比較利于排水與采氣，在液面下降到井底的時(shí)候，整個(gè)的水平井段都在水位之上，能夠最大限度的降低煤儲(chǔ)層的壓力，對(duì)擴(kuò)展煤層氣泄壓解吸的面積，進(jìn)而提高氣井的產(chǎn)量與采收率有很好的效果。

1.3 保持井眼的暢通，延長(zhǎng)氣井的服務(wù)年限

水平井段在完井之后，下入PVC篩管，能夠預(yù)防排水采氣的過(guò)程中，井眼出現(xiàn)坍塌于煤粉出現(xiàn)堵塞，進(jìn)而延長(zhǎng)氣井的使用壽命。在水量比較大的時(shí)候，排采的初期這兩井口能夠同時(shí)的安裝排采設(shè)備來(lái)排水降壓，并且還能夠通過(guò)注水注氣的方法對(duì)沖洗井與解堵進(jìn)行作業(yè)，進(jìn)而確保井眼暢通。

1.4 鉆進(jìn)的方位可以控制，其適應(yīng)性比較強(qiáng)

由于水平井段的鉆進(jìn)方位是可以控制的，能夠適用任何傾角單斜的地層。其井身結(jié)構(gòu)與植入高強(qiáng)度的PVC篩管，確保在煤層比較破碎的區(qū)域可以安全的成井并且產(chǎn)量較高。

2 控制鉆井過(guò)程中關(guān)鍵流程

2.1 造斜點(diǎn)和造斜率

造斜點(diǎn)的設(shè)計(jì)一般要在穩(wěn)定性比較好，并且不容易出現(xiàn)坍塌的比較厚的砂巖段，主要是有利于井眼的穩(wěn)定，能夠順利的鉆進(jìn)。造斜點(diǎn)的設(shè)計(jì)一般和實(shí)際鉆井的剖面是不一樣的，一定要對(duì)造斜地段的長(zhǎng)度、造斜率以及井眼軸線(xiàn)的軌跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，不然的話(huà)就會(huì)直接影響到對(duì)接的成功。

造斜率主要看造斜段長(zhǎng)度與著陸點(diǎn)處地層的傾角，在施工的時(shí)候，造斜工具與地層產(chǎn)狀以及巖性變化都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，使得水平井造斜段的造斜率不甚均勻，在實(shí)際的工作中一定要把它控制好。

2.2 著陸點(diǎn)

當(dāng)井眼從造斜段進(jìn)入到煤層初始點(diǎn)（也就是著陸點(diǎn)）的時(shí)候，角度控制是非常關(guān)鍵的技術(shù)。在這個(gè)時(shí)候，井眼入煤的角度一定要越接近煤層的著陸點(diǎn)的地方，最好是接近井軌跡方向的視傾角，這樣的話(huà)對(duì)井眼穩(wěn)定與在此之后順利的沿煤層鉆進(jìn)是極其重要的。在大部分的情況下，著陸點(diǎn)的設(shè)計(jì)和煤層的深度是預(yù)測(cè)的，不確定因素一直都存在。在煤層的埋深逐漸變淺的時(shí)候，造斜并不是很充分，如果強(qiáng)行鉆入的話(huà)，狗腿的嚴(yán)重度就會(huì)非常大，非常容易造成卡鉆與埋鉆的事故，并且可以直接的影響到井眼的穩(wěn)定性與順利的鉆進(jìn)。在煤層變深的時(shí)候，根據(jù)設(shè)計(jì)鉆進(jìn)的造斜段結(jié)束的時(shí)候，井眼的軌跡已經(jīng)接近水平，漂浮在煤層的上方，沒(méi)有辦法鉆遇煤層。以上這兩種情況都會(huì)給施工造成了非常大的困難，因此，我們一定要提前進(jìn)行預(yù)防措施：

（1）對(duì)施工當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?，地質(zhì)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行詳細(xì)的研究分析，地面巖層露出比較好的區(qū)域，應(yīng)該沿著水平井軌跡的方向進(jìn)行地面地質(zhì)的勘察，來(lái)測(cè)量地層的地質(zhì)變化與上部地層的巖性與厚度。依據(jù)附近區(qū)域地層的柱狀剖面，盡可能推斷煤層的深度。

（2）對(duì)區(qū)域內(nèi)地層的發(fā)育特征進(jìn)行詳細(xì)的研究，要熟悉掌握地質(zhì)每個(gè)層段的顏色，厚度，巖性的變化以及巖性特征與其間距。在鉆進(jìn)的過(guò)程中，要依據(jù)鉆時(shí)的資料特征及時(shí)的對(duì)各個(gè)巖層進(jìn)行定量與定性的分析，判斷鉆頭所在地層的層位，并且推斷出目的煤層的深度變化，主要是用來(lái)及時(shí)的調(diào)整造斜段的造斜率。方便在著陸的時(shí)候井眼角度與水平的距離都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，井眼的軌跡比較平緩，進(jìn)而達(dá)到最佳的效果。

（3）如果施工當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料不是很全面或者是地層的產(chǎn)狀變化比較大的時(shí)候，在造斜段比較設(shè)計(jì)著陸點(diǎn)的時(shí)候，我們可以用急速降斜的方法向下探煤，在遇到煤層之后，起鉆并且使用水泥把探煤眼進(jìn)行封閉。我們要根據(jù)鉆遇實(shí)際煤層的深度與厚度來(lái)調(diào)整原來(lái)造斜段的軌跡設(shè)計(jì)，進(jìn)而來(lái)選擇適合位置來(lái)重新側(cè)鉆，一直順利的鉆到煤層的著陸點(diǎn)。用斜導(dǎo)眼進(jìn)行探煤雖然鉆井成本增加了，但是，能夠有效的避免因?yàn)橹扅c(diǎn)深度的不確定，來(lái)造成無(wú)效的找煤鉆探與資金的浪費(fèi)。

2.3 鉆遇小型的斷層

我們?cè)谠O(shè)計(jì)水平井位的時(shí)候，一定要避開(kāi)所知道的比較大的斷層帶，但是，小型的斷層預(yù)測(cè)與避免都比較難，當(dāng)鉆遇斷層的時(shí)候會(huì)給工程施工造成非常大的麻煩。所以我們要根據(jù)我們所知道并掌握的地質(zhì)資料來(lái)盡可能的推斷出有可能出現(xiàn)的斷層性質(zhì)和產(chǎn)狀，盡量使得井眼的軌跡能夠垂直在斷層的走向。

3 水平井和直井對(duì)接

在兩井進(jìn)行對(duì)接時(shí)一般采用近鉆頭電磁的測(cè)距方法，如圖2所示。直井煤層的擴(kuò)大井段下入強(qiáng)磁源，帶有磁信號(hào)的接收器，當(dāng)導(dǎo)向鉆具在直井洞穴附近區(qū)域的時(shí)候，探管可以采集到強(qiáng)磁短節(jié)所產(chǎn)生磁場(chǎng)的信號(hào)。按照采集測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)判斷出井眼的位置，及時(shí)的計(jì)算出鉆頭所在的位置，調(diào)整導(dǎo)向工具把井眼鉆進(jìn)的方向糾正過(guò)來(lái)，一直到洞穴的中心位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩井的對(duì)接。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖2 水平井進(jìn)行對(duì)接的示意圖

總而言之，目前在我國(guó)施工的水平對(duì)接井是煤層氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域比較先進(jìn)的鉆完井技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)包括鉆井，完井以及增產(chǎn)措施，是我國(guó)低滲透儲(chǔ)層煤層氣開(kāi)采技術(shù)的一次革命。其井身結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，下傾方向的鉆進(jìn)比較容易施工，鉆井的成功率比較高，并且其成本比較低。非常適用于我國(guó)大部分的煤儲(chǔ)層，在我國(guó)有著非常廣闊的使用前景。

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TE243

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2095-2066（2016）05-0101-02

2016-1-5