近鉆頭方向伽馬導(dǎo)向工具在煤層氣水平井的應(yīng)用

廖可鵬 黎 鋮 張艷萍 劉建新 趙穩(wěn)托 王廣斌

(渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司，河北 062552)

1 引言

沁水盆地鄭莊區(qū)塊3號煤層厚度較大，分布穩(wěn)定，含氣飽和度較高，煤層氣資源豐富，該區(qū)塊斷層不發(fā)育，構(gòu)造較簡單，地層傾角2°～7°左右，是理想的水平井位部署區(qū)。

煤層氣“L”型水平井是在煤層中鉆進(jìn)的一種常規(guī)水平井，后期下入篩管或套管完井，支撐井壁，防止煤層垮塌造成井眼堵塞。相比多分支水平井的裸眼完井，“L”型水平井通過提供穩(wěn)定的排氣通道，達(dá)到提高煤層產(chǎn)氣能力的目的。在鉆探“L”型水平井過程中，采用無固相聚膜鉆井液鉆進(jìn)，施工中縮短鉆井周期，能減少煤層被浸泡時間，減小對煤層的污染，是提高單井產(chǎn)能的有效手段之一。

近鉆頭方向伽馬工具又稱BITEye ，該系統(tǒng)與其它隨鉆測量系統(tǒng)相比具有測量盲區(qū)短、可選方向伽馬測量、數(shù)據(jù)上傳快等優(yōu)勢，儀器成本價格低于LWD隨鉆測量儀器，非常適合于煤層氣水平井鉆探成本低、鉆進(jìn)速度快的鉆井施工條件。因此，在鄭莊區(qū)塊的多口“L”型水平井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用。

2 工具技術(shù)特點

近鉆頭方向伽馬工具采用目前最先進(jìn)的技術(shù)與工藝，能在不同類型的鉆井液條件下工作，理論連續(xù)工作時間長，測量盲區(qū)短，方向伽馬能精確確定地層上、下邊界，為地質(zhì)導(dǎo)向提供有力依據(jù)。針對煤層氣井煤層走向起伏大、傾角穩(wěn)定性差的特點，該儀器完全滿足煤層氣井的現(xiàn)場施工需求。與MWD+GR隨鉆工具相比，近鉆頭方向伽馬工具具有以下優(yōu)勢，見表1。

(1)伽馬具有方向性，能準(zhǔn)確判斷地層上切、下切，識別鉆頭與目的層的相對位置關(guān)系較為容易；

(2) 井斜和伽馬測量盲區(qū)短，測斜距井底0.35m，平均伽馬、方位伽馬距井底0.66m，儀器盲區(qū)的縮短有利于及早發(fā)現(xiàn)地層變化，便于及時進(jìn)行軌跡調(diào)整，減少非煤層段進(jìn)尺，提高煤層鉆遇率；

(3)信號傳輸速度快，達(dá)到1-4bits/sec，保證測量精度，能準(zhǔn)確分析煤層層內(nèi)特征；

(4)信號傳輸速度快、測量精度高，且測斜不需要停開泵，提高了井眼軌跡分析的準(zhǔn)確度和及時性，也提升了鉆進(jìn)速度；

(5)信號傳輸不受鉆井液體系的影響，可適用于水基泥漿或油基泥漿工作，滿足任何鉆井液類型。

但近鉆頭方向伽馬工具屬于自主研發(fā)的試驗產(chǎn)品，存在著儀器穩(wěn)定性較差、故障率高的問題，現(xiàn)場試驗中頻繁出現(xiàn)信號紊亂、中斷的情況，造成資料無法使用和起鉆檢查更換儀器，影響了鉆井周期。

表1 近鉆頭方向伽馬工具與MWD+GR隨鉆工具性能對比表

注：表中使用數(shù)據(jù)為近鉆頭方向伽馬工具BITEye和海藍(lán)MWD+GR

3 應(yīng)用方法

相比MWD+GR工具，近鉆頭方向伽馬工具最大的優(yōu)勢在于伽馬具有方向性，能直接判斷上行、下行，結(jié)合井底井斜，能進(jìn)一步了解煤層變化趨勢；測量盲區(qū)短，基本反映鉆頭處巖性變化，能及時對軌跡進(jìn)行調(diào)整。針對該工具的主要技術(shù)特點，形成近鉆頭方向伽馬工具現(xiàn)場調(diào)整方法。

3.1 鉆遇層內(nèi)夾矸方向伽馬特征

煤層內(nèi)部發(fā)育多層較為穩(wěn)定的煤矸石，煤矸石相比煤層伽馬值偏高，可作為導(dǎo)向調(diào)整的依據(jù)。當(dāng)隨鉆方向伽馬發(fā)生變化時，根據(jù)其變化特征，判斷鉆頭上行、下行，并對軌跡作出實時調(diào)整。

3.1.1 煤層內(nèi)大角差上切方向伽馬特征

軌跡大角差上切夾矸時，方向伽馬曲線表現(xiàn)為上伽馬先抬升，下伽馬滯后抬升，在同一井深處，上伽馬值大于下伽馬值；下坡帶：上伽馬先下降，下伽馬滯后下降，在同一井深處，上伽馬值小于下伽馬值；在上切過完整夾矸時，上、下伽馬曲線形態(tài)整體一致(圖1)。

圖1 煤層內(nèi)上行方向伽馬特征

現(xiàn)場鉆進(jìn)中，鉆頭上切鉆遇夾矸，顯示煤層變緩或變下傾，根據(jù)鉆穿夾矸的快慢，結(jié)合夾矸厚度，可預(yù)計煤層傾角，調(diào)整井斜小于地層傾角2°，使鉆頭逐步下行至好煤中。

3.1.2 煤層內(nèi)大角差下切方向伽馬特征

軌跡大角差下切夾矸時，爬坡帶：下伽馬先抬升，上伽馬滯后抬升，在同一井深處，下伽馬值大于上伽馬值；下坡帶：下伽馬先下降，上伽馬滯后下降，在同一井深處，下伽馬值小于上伽馬值，在下切過完整夾矸時，上、下伽馬曲線形態(tài)整體一致 (圖2)。

圖2 煤層內(nèi)下行方向伽馬特征

現(xiàn)場鉆進(jìn)中，鉆頭下切鉆遇夾矸，顯示煤層變陡或變上傾，根據(jù)鉆穿夾矸的快慢，結(jié)合夾矸厚度，可預(yù)計煤層傾角，調(diào)整井斜大于地層傾角2°，使鉆頭逐步上行至好煤中。

3.1.3 煤層內(nèi)小角差上、下切或無角差平行穿夾矸時方向伽馬特征

軌跡小角差下切或無角差平行穿夾矸時，下伽馬緩慢抬升至最高值后保持不變，上伽馬值保持不變或有小幅度波動，在較長井段內(nèi)下伽馬值大于上伽馬值(圖3)。

圖3 小角差或無角差平行穿夾矸

現(xiàn)場鉆進(jìn)中，鉆頭小角差下切或無角差平行穿夾矸時，顯示當(dāng)前井斜與地層傾角基本接近，可通過微增或微降井斜，使鉆頭盡快鉆出夾矸。

3.2 煤層頂、底出方向伽馬特征

3號煤層頂?shù)讎鷰r均為泥巖，伽馬值遠(yuǎn)高于煤層及層內(nèi)夾矸，通過上下伽馬值變化可進(jìn)一步確定為頂出還是底出煤層，鉆頭鉆出煤層時，下伽馬值先升高，上伽馬值后升高為底出煤層；若上伽馬值先升高，下伽馬值后升高為頂出煤層。反之若下伽馬值先降低，上伽馬值后降低為頂進(jìn)煤層；若上伽馬值先降低，下伽馬值后降低為底進(jìn)煤層(圖4)。

圖4 頂出煤層伽馬特征圖

現(xiàn)場鉆進(jìn)中，通過層內(nèi)伽馬特征控制軌跡在煤層中鉆進(jìn)，當(dāng)?shù)貙幼兓^大，雖提前對軌跡進(jìn)行調(diào)整，仍頂出或底出時，顯示當(dāng)前井斜與地層傾角相差大，應(yīng)調(diào)整井斜大于或小于地層傾角3°～4°盡快回層，確保煤層鉆遇率。

4 應(yīng)用效果

近鉆頭方向伽馬工具在F70P9-1L井、Z1P-3L井、Z121P1井等3口井進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，近鉆頭方向伽馬測量數(shù)據(jù)判斷上、下切地層清晰，能通過上、下伽馬的變化，識別鉆頭位于煤層中的的位置，采取上切降斜、下切增斜的方法進(jìn)行導(dǎo)向施工，避免了出層風(fēng)險，取得了平均水平段長908.67m，平均鉆速21.86m/h，平均鉆遇率97.39%的技術(shù)指標(biāo)，與MWD+GR測量工具相比在提高煤層鉆遇率、加快鉆井速度、縮短鉆井周期等方面效果顯著，見表2。其中Z121P1L井是鄭莊區(qū)塊部署的一口常規(guī)L型水平井，本井鄰井資料少，構(gòu)造落實程度低，水平段導(dǎo)向施工難度較大，近鉆頭方向伽馬工具的現(xiàn)場應(yīng)用使得本井快速完成了892m水平段進(jìn)尺，同時取得了100%的高鉆遇率指標(biāo)，進(jìn)一步體現(xiàn)了近鉆頭方向伽馬工具在煤層氣水平井施工中的優(yōu)勢。

表2 煤層氣水平井導(dǎo)向技術(shù)指標(biāo)對比

注：表中數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)場錄井資料

5 結(jié)論與認(rèn)識

(1)近鉆頭方向伽馬工具BITEye的現(xiàn)場使用取得了較好的應(yīng)用效果，與MWD+GR測量工具相比，平均煤層鉆遇率提高了6.32%、水平段純鉆周期縮短了1.78天。

(2)近鉆頭方向伽馬工具具有多方面的優(yōu)勢，能適應(yīng)不同類型的鉆井液條件，不受煤層、氣泡等因素影響，儀器信號穩(wěn)定；能長時間連續(xù)工作，減少起下鉆次數(shù)，縮短鉆井周期；儀器測量盲區(qū)短，便于軌跡實時調(diào)整，優(yōu)化井身軌跡質(zhì)量；伽馬值具有方向性，準(zhǔn)確判斷上、下切地層，為地質(zhì)導(dǎo)向提供有力依據(jù)。該儀器完全適用于煤層氣各類水平井的施工。

(3)近鉆頭發(fā)射結(jié)構(gòu)在使用過程中機(jī)械絕緣性能有一定降低，信號傳輸?shù)墓β氏陆?，在煤層的高電阻率值的情況下近鉆頭測量數(shù)據(jù)傳輸易出現(xiàn)故障，造成儀器穩(wěn)定性較差，有待進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。