地質(zhì)錄井技術(shù)在陜晉煤層氣鉆井施工中的應(yīng)用

劉 麒

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司錄井分公司，黑龍江 大慶 138000）

*收稿日期：2022-08-29

作者簡介：劉麒（1985-），男（漢族），新疆焉耆人，工程師，現(xiàn)從事地質(zhì)錄井工作。

1 煤層氣施工的難點

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對能源的需求愈發(fā)迫切，國家一再強調(diào)能源安全的問題，煤層氣開發(fā)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段，但是在煤層氣勘探開發(fā)施工中存在諸多的問題，煤層垮塌問題仍沒有有效解決，煤儲層保護(hù)技術(shù)仍有待加強（目前國內(nèi)發(fā)生垮塌的井?dāng)?shù)占已鉆水平井總數(shù)的32.65%），適合不同區(qū)塊煤層特點的井型多樣化和增產(chǎn)效果問題，煤層氣多分支水平井和U 型井技術(shù)還缺乏規(guī)?；瘧?yīng)用，煤層氣欠平衡鉆井的適應(yīng)性有待提高，可循環(huán)微泡沫鉆井及氣體鉆井技術(shù)應(yīng)用井次較少，煤層氣專用鉆井裝備及工具不成熟，與國外相比尚有一定差距，國內(nèi)煤層氣單井產(chǎn)量低、鉆井成本高，開發(fā)效益低的局面仍未得到有效解決。

1.1 陜晉煤層氣井下復(fù)雜情況提示

（1）上部地層成巖性差，膠結(jié)疏松，易漏易塌，應(yīng)做好鉆井液維護(hù)和處理工作；

(2) ML 組鉆孔時曾發(fā)生過井噴。應(yīng)做好防噴工作；

(3)CZ段、CX段地層多為砂泥互層或砂巖夾泥巖，易吸水水化膨脹剝落，應(yīng)防止防泥包鉆具和井塌卡鉆；

(4)煤層部位注意防止煤層垮塌，并減少鉆井液對煤層的污染。

1.2 難點分析

（1）地層砂泥巖互層、傾角大，井身質(zhì)量難以控制。地層砂泥巖互層，存在一定地層傾角（13.2°），直井施工過程中采用常規(guī)鉆井工藝井斜容易超標(biāo)，而且由于鉆具在井下“甩開”，也容易造成脫扣、斷鉆具等井下事故，處理井下事故工程風(fēng)險及成本極高。

對傾角較大的地層施工定向井過程中也存在著直井段井斜不易控制和穩(wěn)斜段井斜和方位漂移等問題，井身質(zhì)量不易控制。

（2）兩套主力煤層組間距大，如何控制井網(wǎng)間距是難點。區(qū)塊主力煤層有兩層，間距較大，垂深超過300m，要求在滿足排采要求的前提下入煤層的井斜角盡可能小，使各目的煤層間距不會相差太大，保證兩個主力煤層在開發(fā)過程中的井網(wǎng)間距均勻分布，滿足整體壓降。

（3）煤層段長，易垮塌，易受鉆井液污染。主力煤層組厚度大，加上煤層本身性脆、機械強度低，易垮塌掉塊，形成擴徑或“大肚子”井段。為保護(hù)煤層，鉆井液需使用低固相聚合物鉆井液體系，煤層段存在井壁垮塌的可能。若煤層垮塌，測井時必須多次通井，同時在通井過程中造成井徑再度擴大，使固井水泥環(huán)變大，影響后期射孔和壓裂作業(yè)。

（4）導(dǎo)向難點分析。

①通過鄰井鉆探資料分析，預(yù)測S 深14-6 井臺4口水平井所處區(qū)域7#煤層比較發(fā)育，且鄰井大S14-5井排采見到良好排采效果，鉆探風(fēng)險相對較小。但應(yīng)注意，煤層也存在因沉積環(huán)境的變化而有導(dǎo)致變薄、變差的可能，因而也存在一定的地質(zhì)風(fēng)險。

②井控程度低，水平段缺少預(yù)測點，局部微構(gòu)造變化（小褶皺、小斷層等）不能事先識別，設(shè)計參數(shù)與實鉆結(jié)果可能存在一定的誤差。

2 資料準(zhǔn)備及施工前分析

2.1 鄰井資料收集

根據(jù)S深14-6井區(qū)BX 組7#煤層頂面構(gòu)造圖選取沿設(shè)計軌跡方向的DJ12 井，DJ6-5B 井、DJ6-6AX6井、DJ7-6AX1井的鄰井資料，主要包括：井基本數(shù)據(jù)、錄井資料、測井及解釋數(shù)據(jù)等。

2.2 地層對比分析

根據(jù)鄰井地層對比分析（表1），該區(qū)目標(biāo)氣層上部有幾套明顯標(biāo)志層：H8 底部砂巖、5#煤頂、DDY 灰?guī)r頂、MEG 灰?guī)r頂、MG 灰?guī)r頂。本井從位置上與DJ12井較為接近。

表1 鄰井地層對比分析表

區(qū)域上4#煤頂至7#煤頂厚度相對穩(wěn)定，厚度78.76m；實鉆過程中，首先卡準(zhǔn)SHZ 組底界垂深。而后卡準(zhǔn)4#煤頂，距目的層氣頂厚度為75.57m，逐步進(jìn)行對比，及時調(diào)整井斜，最終按要求準(zhǔn)確入靶。

3 地質(zhì)導(dǎo)向施工過程

3.1 著陸點軌跡控制

2022 年4 月23 日鉆至井深2291.32.00m（垂 深2082.25m，海拔-1073.13m），與鄰井DJ12井SHZ 組底井深2074.52m（垂深2074.50m，海拔-1069.90m）對比海拔下降7.75m，根據(jù)此對比趨勢預(yù)測目的層頂垂深1822.75m（海拔-933.78m），通過預(yù)測判斷設(shè)計A靶點（垂深2253.62m，海拔-1244.50m）與目的層相距偏差不大。匯報甲方后，指令山23 頂部的4#煤鉆穿后根據(jù)實鉆對比情況再做相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)SHZ底的趨勢預(yù)測相對于鄰井DJ12井4#煤層頂?shù)谋揪?#煤層頂垂深為2176.30m（海拔-1167.18m）。

鉆至井深2420.00m（垂深2178.99m，海拔-1169.87m），判斷此處為山23頂部的5#煤層，與鄰井DJ12井4#煤頂井深2168.52m（垂深2168.50m，海拔-1163.90m）相對比海拔滯后5.97m，根據(jù)此對比趨勢預(yù)測目的層頂垂深2261.00m（海拔-1251.88m），通過預(yù)測判斷設(shè)計A 靶點（垂深2253.62m，海拔-1244.50m）與目的層相差較大。由于山23頂部的4#煤為主要標(biāo)志對比層，現(xiàn)場在鉆穿山23頂部的4#煤后A靶點要及時對比，對比分析后認(rèn)為此層位較穩(wěn)定，考慮到地層上傾，厚度發(fā)生變化，為了軌跡能夠順利著陸，指令1：于井深2440.00m，預(yù)測井底井斜53.50°時建議設(shè)計著陸點垂深下調(diào)4.38m 至2259.00m，海拔下調(diào)至-1249.88m，匯報甲方后，同意現(xiàn)場的調(diào)整建議，批準(zhǔn)執(zhí)行，現(xiàn)場通知井隊及定向部門實施調(diào)整。由于軌跡離靶點垂深還有大約80多米、不排除下部砂泥巖沉積厚度互補導(dǎo)致設(shè)計靶點位置會發(fā)生變化，期間根據(jù)下部地層對比變化情況及時做出相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)4#煤頂?shù)内厔蓊A(yù)測相對于鄰井DJ12 井TY 組DDY 灰?guī)r頂?shù)谋揪畼?biāo)志層頂垂深為2213.26m（海拔-1204.14m）。

鉆 至 井 深 2550.00m（ 垂 深 2236.24m，海拔-1227.12m），判斷此處為MEG 灰?guī)r頂，與鄰井DJ12 井MEG 灰?guī)r頂井深2233.81m（垂深2233.79m，海拔-1229.19m）相對比海拔提前2.07m，根據(jù)此對比趨勢預(yù)測目的層頂垂深2254.80m（海拔-1245.68m）。考慮到地層上傾，為了軌跡能夠順利著陸，指令2：于垂深2253.12m，海拔-1244.00m，井斜達(dá)到83°；垂深2256.12m，海拔-1247.00m，井斜達(dá)到85°調(diào)整井斜軌跡。匯報甲方后，同意現(xiàn)場的調(diào)整建議，批準(zhǔn)執(zhí)行，現(xiàn)場通知井隊及定向部門實施調(diào)整。

鉆 至 井 深 2622.00m（ 垂 深 2251.67m，海拔-1227.12m），判斷此處已進(jìn)入MG灰?guī)r，與鄰井DJ12井對比趨勢，預(yù)測目的層頂垂深2255.00m（海拔-1245.00m），鉆頭位置，已接近目的層頂部?？紤]到地層上傾，為了軌跡能夠順利著陸，指令3：于垂深2252.90m，海拔-1244.00m，井斜達(dá)到83.5°后，復(fù)合鉆進(jìn)探層。匯報甲方后，同意現(xiàn)場的調(diào)整建議，批準(zhǔn)執(zhí)行，現(xiàn)場通知井隊及定向部門實施調(diào)整。

鉆至井深2633.00m（垂深2252.69m，預(yù)測海拔-1243.37m），與鄰井DJ12 井目的層頂井深2250.52m（垂深2250.50m，海拔-1245.90m）相對比海拔提前2.70m，巖性由灰褐色灰?guī)r變?yōu)榘肓撩?。伽馬值由115.69API 下降至43.00API，氣測全烴由基值5.3498%增至峰值30.1508%，峰基比5.64。判斷軌跡揭開目的層頂，匯報甲方后，指令4：要求定向工程師按1根單根增斜1.5°，于井深2680.00m，井斜達(dá)到90.5°后，穩(wěn)斜鉆進(jìn)。

3.2 水平段軌跡控制

2022 年5 月4 日10:00 甲 方 通 知A 靶 點 井 深：2675.00m，井斜90.59°，方位175.40°，垂深2254.98m。2022年5月4日6:00本井于井深2675.00m開始水平段施工。依據(jù)實鉆導(dǎo)眼數(shù)據(jù)與本井實鉆數(shù)據(jù)對比水平段先以井斜90.50°鉆進(jìn)，密切關(guān)注現(xiàn)場巖屑、伽馬值和氣測值變化及時匯報，根據(jù)現(xiàn)場實際情況再做調(diào)整。

2022 年5 月5 日 實 測：井 深2771.82m（垂 深2254.00m），井斜92.20°。伽馬值由32.49API 升至158.38API，氣測全烴由29.5123%降至峰值11.0387%，碳酸鹽含量由1.3%升至11.3%?，F(xiàn)場巖性由半亮煤降至暗淡煤，現(xiàn)場判斷為接近目的層頂部。指令4：按1根單根0.5°，降斜至89.0°后穩(wěn)斜鉆進(jìn)，控制好井斜軌跡，鉆進(jìn)過程中及時觀察巖性、氣測及GR值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2022 年5 月5 日 鉆 進(jìn) 至2845.00m（垂 深2253.65m），井 斜89.22°。伽 馬 值 由160API 降 至40API，氣測至由10.5214%漲至28.1248%，現(xiàn)場巖性由暗淡煤升至半亮煤?，F(xiàn)場判斷以回到目的層中。匯報甲方后，甲方通知指令6：按1 根單根增斜0.5°，于井深2865m，增斜至90.0°后，按90°～90.5°穩(wěn)斜鉆進(jìn)?？刂坪镁避壽E，避免大幅度上升或下降，鉆進(jìn)過程中及時觀察巖性、氣測及GR值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2022 年5 月7 日 鉆 進(jìn) 至3101.00m（垂 深2251.94m），井斜88.50°。伽馬 值由50.41API 升至131.21API，氣測全烴由24.0618%降至峰值4.6649%，碳酸鹽含量由0.8%升至40.1%。現(xiàn)場巖性由半亮煤降至暗淡煤，現(xiàn)場判斷為接近目的層頂部。匯報甲方后，甲方通知指令7：按1 根單根增斜0.5°，于井深3120m，增斜至89.0°～89.5°后，穩(wěn)斜鉆進(jìn)。控制好井斜軌跡，鉆進(jìn)過程中及時觀察巖性、氣測及GR值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2022 年5 月8 日 鉆 進(jìn) 至3233.00m（垂 深2252.20m），井斜89.50°。研究院地震研究成果顯示地層傾角為上傾趨勢，軌跡已在目的層中部，考慮到后期傾角變大及軌跡的平滑性。甲方?jīng)Q定：井斜增斜至90.50°穩(wěn)斜鉆進(jìn)控制好井斜軌跡，有變化及時溝通。

2022 年5 月9 日 鉆 進(jìn) 至 井 深3510.00m（垂 深2251.12m），井斜90.44°。研究院地震研究成果顯示地層傾角為上傾趨勢且傾角為91.5°。甲方?jīng)Q定：井斜增斜至91.50°穩(wěn)斜鉆進(jìn)控制好井斜軌跡，有變化及時溝通。

2022 年5 月9 日18:00，鉆至井深3610.00m（垂深1795.64m），接甲方通知本井加深200.00m 至井深3875.00m。

2022 年5 月10 日 鉆 進(jìn) 至 井 深3682.00m（垂 深2248.76m），井斜89.30°。伽馬值由38.51API 升至90.52API，氣測全烴由18.9522%降至峰值10.3251%，現(xiàn)場巖性由半亮煤降至暗淡煤，井斜由91.19°突然降至89.30°。從地震剖面成果顯示底層傾角為上傾1.5°，目前軌跡有底出的危險。匯報甲方后，甲方通知指令8：增斜至91.5°～92.0°后穩(wěn)斜鉆進(jìn)。控制好井斜軌跡，鉆進(jìn)過程中及時觀察巖性、氣測及GR 值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2022 年5 月11 日 鉆 至 井 深3840.00m（垂 深2242.91m），接甲方通知完鉆，導(dǎo)向施工結(jié)束。

4 認(rèn)識與建議

（1）落實了鉆井部位構(gòu)造，沿井位方向DJ12 至本井.地層傾角上傾0.30°,井段2628～3081m，地層上傾約0.3°，3081～3510m 地層上傾約0.5°，3510～3875m 地層上傾約1.5°。

（2）通過本井的實施，對本井沉積模式有了深入的認(rèn)識（如下“軌跡分析”所述）。

（3）通過實鉆分析，本井煤發(fā)育好且穩(wěn)定；對儲層的分布及構(gòu)造有了新的認(rèn)識（如下“煤層分析”所述）。

（4）本井水平段砂體最大峰值50.6699%，平均氣測值19.4306%，油氣顯示良好；煤層鉆遇率100%。

（5）本井水平段井斜最小88.02°，最大92.64°，方位169.80°～176.00°，鉆井過程中克服了施工困難，保證了水平段軌跡平滑，為后期完井作業(yè)及壓裂投產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。

（6）地質(zhì)導(dǎo)向與錄井、定向、鉆井的有效溝通和密切配合，保證了本井的順利實施。

（7）通過本井的實施，對本區(qū)域地層有了深入的認(rèn)識，為將來水平井施工積累了經(jīng)驗。