煤層氣鉆井水平井施工的難題及對(duì)策

張鵬展

(河南省煤田地質(zhì)局四隊(duì)，河南 鄭州 450003)

1 引言

水平井系指井斜角達(dá)到或接近90°，井身沿著水平方向鉆進(jìn)一定長度的鉆井。一般來講，水平井可以增加目的層長度，增大泄油、泄氣面積，數(shù)倍地提高油、氣產(chǎn)量。由于煤層氣水平井單井產(chǎn)量高，成本回收快，有直井不能替代的優(yōu)勢(shì)和潛力，我國各涉足煤層氣的企業(yè)都在積極籌劃采用水平井開發(fā)煤層氣，水平井技術(shù)必將成為開發(fā)煤層氣的主要技術(shù)手段之一。

近幾年來，我單位先后在山西沁水及陜西延安等幾個(gè)區(qū)塊施工數(shù)十口煤層氣水平井，對(duì)于水平井施工中的一些難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)措施具有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。

2 造斜階段的難題及對(duì)策

造斜，顧名思義是指從設(shè)計(jì)好的造斜點(diǎn)開始，使鉆頭按照預(yù)定的軌跡偏離井口鉛垂線而進(jìn)行傾斜鉆進(jìn)的過程。在水平井鉆井中，造斜段鉆進(jìn)是關(guān)鍵的一環(huán)。而在這一環(huán)節(jié)，極易出現(xiàn)以下問題，若不加以預(yù)防，將使施工困難：

(1)托壓現(xiàn)象。由于井眼軌跡以及各種阻力的原因使鉆具加壓后，壓力很難傳遞到鉆頭；綜合錄井儀器及指重表顯示，在鉆壓不斷增加時(shí)，鉆頭的位置不變，沒有進(jìn)尺，泵壓不升高、不憋泵，在鉆壓繼續(xù)增加時(shí)可能會(huì)突然憋泵。托壓一方面影響正常的定向施工，另一方面如操作不當(dāng)易產(chǎn)生卡鉆。

為預(yù)防和解決這一問題，需采取以下措施：一是加強(qiáng)井眼軌跡的控制，最有效的措施是簡化鉆具結(jié)構(gòu)，減少鉆鋌的數(shù)量，增加加重鉆桿的數(shù)量，降低鉆具的剛性，減少鉆具與泥餅的接觸面積防止托壓和黏卡。二是加強(qiáng)凈化包含加強(qiáng)泥漿的攜砂性能和固控設(shè)備的使用，并加強(qiáng)短起下作業(yè)破壞井壁巖屑床。三是鉆井液要具有良好的潤滑性能。為此，必須減小鉆井液的失水及含砂量。實(shí)鉆中，及時(shí)加入降失水劑、防塌劑、潤滑劑以提高鉆井液的潤滑和防卡性能。同時(shí)，還根據(jù)孔內(nèi)情況，及時(shí)跟進(jìn)CMC，加入多元共聚物，以提高鉆井液的黏度和攜巖性能。通過這些措施，以達(dá)到鉆井施工中“造斜后全面實(shí)施減阻防卡措施”的要求，保證造斜段的順利施工。

(2)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)程施工。鉆達(dá)造斜點(diǎn)時(shí)，司鉆必須嚴(yán)格按照定向設(shè)計(jì)的要求操作，操作要平穩(wěn)，不要提前加壓，以免導(dǎo)致造斜失敗。要選用合適的螺桿鉆進(jìn)，不發(fā)生因造斜率不夠而起鉆換螺桿情況。

同時(shí)，在造斜過程中要認(rèn)真檢查定向儀器及動(dòng)力鉆具性能，以保證達(dá)到定向段的機(jī)械轉(zhuǎn)速、井斜和方位的要求。

(3)找準(zhǔn)煤層著陸點(diǎn)。著陸點(diǎn)是造斜段的關(guān)鍵工序，鉆遇標(biāo)志層時(shí)與錄井隊(duì)溝通好，觀察巖屑、鉆時(shí)、氣測(cè)等變化，做好地層對(duì)比，修正著陸軌跡。

造斜鉆進(jìn)過程中，定向段使用MWD儀器(井斜、方位、隨鉆伽瑪?shù)软?xiàng)目)，水平段使用LWD(方位伽瑪、電阻率/類電阻信號(hào)值、井斜、方位、立管壓力、鉆速等)，來完成導(dǎo)向要求。

鉆進(jìn)時(shí)，地質(zhì)導(dǎo)向人員加強(qiáng)地層對(duì)比分析優(yōu)化井眼軌跡使用，提前作出地質(zhì)預(yù)告并通知造斜人員，以便造斜人員及時(shí)微調(diào)軌跡。

遇到井下情況異常，現(xiàn)場(chǎng)造斜人員可及時(shí)與甲方現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督人員溝通，調(diào)整技術(shù)措施。

3 水平鉆進(jìn)階段的難題及對(duì)策

煤層水平鉆進(jìn)是整個(gè)鉆井施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能否順利鉆達(dá)目的點(diǎn)位并下入篩管，直接決定了鉆井施工的成敗。此階段應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

(1)觸頂與觸底現(xiàn)象。在煤層進(jìn)行水平鉆進(jìn)中，有時(shí)煤層會(huì)突然不見了，而按照所掌握的地質(zhì)資料是不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況的，這就是觸底或觸頂現(xiàn)象。一旦遇到這種情況，就要及時(shí)退回，側(cè)鉆重新定向(亦即新孔M2)。此刻，操作人員必須按監(jiān)督人員、定向人員的指令，平穩(wěn)操作，不能出現(xiàn)溜鉆。在開始劃眼時(shí)，一定要控制在100 min/m的速度鉆進(jìn)。同時(shí)要嚴(yán)格控制泵壓(以8～10 MPa為宜)。從第2 m開始時(shí)(此時(shí)儀器顯示微弱鉆壓)，控制在50～60 min/m的速度，鉆進(jìn)3～5 m時(shí)，一般就會(huì)出現(xiàn)鉆壓。從10 m左右之后，控制在10～15 min/m；鉆進(jìn)20～30 m，則證明M2已經(jīng)得到鞏固，重新定向成功，方可正常鉆進(jìn)(3～4 min/m)。

(2)遇到煤層厚度較薄、傾角急變時(shí)，則容易進(jìn)入頂板灰?guī)r和底板泥巖層位，導(dǎo)致進(jìn)尺變慢，影響鉆進(jìn)速度。遇到此種情況，鉆進(jìn)軌跡應(yīng)盡量處在煤層中下部，同時(shí)要勤調(diào)、微調(diào)井斜，保證軌跡平滑和煤層鉆遇率，盡量少出煤或者不出煤，避免進(jìn)入頂、底板，造成后期施工相對(duì)的復(fù)雜。

(3)使用好鉆井液。水平井鉆進(jìn)中，鉆井液中使用瓜膠、黏土穩(wěn)定劑和殺菌劑，泥漿密度1.02～1.04 g/cm3，黏度45～53 s。此環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵在于控制鉆井液失水，確保巖屑能及時(shí)帶出地面，保證煤層不會(huì)由于泥漿的滲透而造成垮塌，為快速鉆進(jìn)提供安全保障。鉆進(jìn)施工人員應(yīng)堅(jiān)守崗位，加強(qiáng)坐崗，認(rèn)真觀察記錄井口鉆井液返出情況和振動(dòng)篩煤屑返出情況，認(rèn)真觀察記錄鉆井液總量。后期扭矩增大(5～6 kN·m)，完鉆起鉆前及時(shí)跟進(jìn)潤滑劑，減小井壁摩阻，保證篩管順利下入。

(4)在煤層段水平鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)時(shí)間過長時(shí)應(yīng)活動(dòng)鉆具，防止黏卡鉆具。同時(shí)，在煤層中鉆進(jìn)，由于地層易跨塌。所以，在煤層鉆進(jìn)時(shí)，鉆至800 m左右及時(shí)控制鉆時(shí)，以利于帶砂。

4 脆性煤層中鉆進(jìn)的難題及對(duì)策

由于斷層的作用，使得一些煤層比較脆，而且存在互相垂直的天然裂縫，而這種脆性地層中鉆進(jìn)極易引起井下垮塌、卡鉆等復(fù)雜事故，甚至井眼報(bào)廢。因此，在這種煤層中的水平鉆進(jìn)，特別要抓好以下幾點(diǎn)：

(1)確保鉆進(jìn)時(shí)鉆井液性能合理，其黏度保持在40 s以上，并在鉆井液內(nèi)加入防塌材料，要求固控設(shè)備(除泥器、除砂器、振動(dòng)篩、離心機(jī))使用率達(dá)100%。控制好泥漿的固相含量，勤探錐形灌的沉砂，一旦沉砂較多，及時(shí)清灌。泥漿工要堅(jiān)持坐崗，確保鉆進(jìn)的正常運(yùn)行。

(2)一絲不茍地照章操作。起下鉆時(shí),嚴(yán)禁操作人員速度過快，杜絕野蠻操作。每次起下鉆時(shí)，監(jiān)督人員都要在鉆臺(tái)盯守。遇到起鉆困難的點(diǎn)、井段，都要處理順暢后再繼續(xù)起鉆。每次開泵須緩慢，先將柴油機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至最低，再逐步達(dá)到正常值，避免壓力激動(dòng)造成煤層井壁失穩(wěn)和壓裂煤層。在下篩管時(shí)若有遇阻情況，要及時(shí)匯報(bào)并采取合理的措施使之順暢后方可繼續(xù)進(jìn)行。

(3)控制好鉆壓，在煤層中水平鉆進(jìn)時(shí)，鉆壓控制在2～3 t。同時(shí)要防止托壓，采取復(fù)合鉆進(jìn)和定向鉆進(jìn)相結(jié)合的方式循序進(jìn)行，每加一根9 m的鉆桿前4 m定向鉆進(jìn)，后5 m復(fù)合鉆進(jìn)，如此反復(fù)依次進(jìn)行。

5 結(jié)語

對(duì)于煤層氣鉆井水平井施工的難題，主要從以下3個(gè)方面解決：

(1)造斜階段，一是要預(yù)防托壓很關(guān)鍵，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)解決；二是隨時(shí)關(guān)注著陸軌跡，找準(zhǔn)煤層著陸點(diǎn)。三是要精心操作，保證斜率復(fù)合要求。

(2)在煤層中水平鉆進(jìn)時(shí)，一是要嚴(yán)防觸底觸頂問題；二是在薄煤層中鉆進(jìn)軌跡應(yīng)盡量處在煤層中下部；三是要管理好鉆井液；四是注意控制鉆時(shí)。

(3)在脆性煤層中鉆進(jìn)時(shí)，一是要確保鉆進(jìn)時(shí)鉆井液性能合理；二是要一絲不茍地照章操作，以免操作過猛引起煤層井壁失穩(wěn)和壓裂煤層；三是控制好鉆壓，采取復(fù)合鉆進(jìn)和定向鉆進(jìn)相結(jié)合的方式循序鉆進(jìn)。