煤層氣水平井無導(dǎo)眼地質(zhì)導(dǎo)向鉆進技術(shù)

陳洲

關(guān)鍵詞：煤層氣水平井;無導(dǎo)眼;地質(zhì)導(dǎo)向鉆進技術(shù)

0 引言

在當(dāng)前階段對煤炭資源進行開采工作時，在一些松軟煤層水平段中成孔較為困難，煤層鉆遇率較低，在造斜段鉆進過程中還需要進行導(dǎo)眼井施工等問題，對開采工作造成了嚴(yán)重的影響。因此開始在開采工作中將地質(zhì)導(dǎo)向與幾何導(dǎo)向相結(jié)合，并將其在井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、鉆進參數(shù)優(yōu)選、防塌鉆進、水平段井眼軌跡精細(xì)化控制等方面進行了相關(guān)的研究。通過對該模式的應(yīng)用，使煤層氣水平井鉆完井工藝得到了相應(yīng)的完善，也為煤層氣低投入、高開發(fā)的鉆井施工提供了相應(yīng)的技術(shù)參考。

1 煤層氣水平井

1.1 煤層氣水平井概念

隨著煤層氣開發(fā)的發(fā)展，利用水平井開展開發(fā)工作已經(jīng)成為了普遍趨勢，也成為了重要的開發(fā)手段。煤層氣水平井相較于直井與普通定向井來說，可以更有效的導(dǎo)通煤儲層的裂隙，使井內(nèi)的氣、水導(dǎo)流能力得到顯著增強，還可以使單井產(chǎn)量得到提升，使煤層氣的采收率得到提升，還可以使投資回收周期得到縮短，減少煤層氣開采所需成本，減少在鉆前工程以及井場占地等相關(guān)費用。通過對水平井的合理應(yīng)用，還可以對溝谷縱橫等地形條件較為復(fù)雜的區(qū)域的煤層氣進行有效開發(fā)。

1.2 煤層氣水平井鉆進過程中存在的問題

利用煤層氣水平井有著良好的優(yōu)勢，但是在煤層氣水平井的應(yīng)用過程中還存在著一些問題。利用水平井對造斜段進行鉆進時，為了明確目標(biāo)煤層的頂?shù)捉缑嫔疃?，通常需要施?00m左右的導(dǎo)眼，從而方便水平井造斜段的軌道設(shè)計工作，而這一工作內(nèi)容屬于無效工程量。在松軟煤層中，水平井井壁的穩(wěn)定性較差，在鉆完井過程中，很容易出現(xiàn)井壁坍塌問題，從而造成卡鉆、埋鉆等事故，導(dǎo)致其成孔難度增加，影響施工進度。

2 地質(zhì)特征分析

本文中涉及到的地質(zhì)區(qū)域位于沁水盆地東南部晉城斜坡帶，其總體呈現(xiàn)出東高西低的構(gòu)造特征，地層的傾角為3°-5°，主要以褶皺為主，斷裂情況較少，總體構(gòu)造較為簡單。其中，3號煤層為目的煤層，其分布情況較為穩(wěn)定，煤厚為3.75-7.30m，平均6.31m，夾矸0-5層，煤層穩(wěn)定，全井田可采。煤層頂板為泥巖，底板為泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，煤體結(jié)構(gòu)主要以碎粒結(jié)構(gòu)--碎裂結(jié)構(gòu)為主。煤層的壓力主要為1.77-4.30MPa，平均3.03MPa，屬于低壓煤層。其主要直接充水含水層屬于較為薄弱的頂板砂巖裂隙含水層，在水文地質(zhì)條件中屬于簡單類型。煤層的底板等高線如圖1所示。

3 鉆完井關(guān)鍵技術(shù)

3.1 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在進行鉆完井時，對井身結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計可以使鉆井的安全性得到有效保證，也可以使鉆井所需成本得到降低。并且隨著勘探程度以及鉆井裝備能力的不斷提升以及鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展完善，可以對井身結(jié)構(gòu)起到良好的完善作用，保證鉆井施工的安全性與鉆井施工質(zhì)量。其中一開主要是對第四系上部的易垮、易漏失的地層進行封隔，并為二開的安全鉆井提供有利條件。二開主要是對煤層上部的泥巖層段進行封隔，使套管下深距離目標(biāo)煤層的垂距不低于2m，并為三開的安全鉆進創(chuàng)造有利條件。

3.2 鉆進參數(shù)優(yōu)選

在對該區(qū)域進行鉆井時，結(jié)合該類型區(qū)域的鉆井經(jīng)驗進行綜合分析，可以對鉆壓、轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計，在根據(jù)實際情況對所得參數(shù)進行優(yōu)化選擇。

在一開直井段中，可以利用防斜吊打方式，再使用較高的轉(zhuǎn)速，較小的鉆壓，較大的排量。在二開直井段中，應(yīng)使用較高的轉(zhuǎn)速，較小的鉆壓，中等排量，并提高噴嘴降壓，使其發(fā)揮出水力破巖的作用。在二開造斜段中，應(yīng)使用較低轉(zhuǎn)速，較高鉆壓，并根據(jù)實際情況適當(dāng)增加排量，保證井下的安全性。在三開水平段中，當(dāng)鉆遇煤層段時，使用較低的鉆壓，較低的轉(zhuǎn)速，較低的排量，較低的射流沖擊力進行鉆進工作。在下鉆到底以后，在提前2個單根開泵，當(dāng)小排量頂通以后，在逐漸將排量增加至正常排量。

3.3 鉆井液優(yōu)選

根據(jù)該區(qū)域內(nèi)地成層情況，以及對水平井儲層保護的要求，還需要解決一開、二開施工中容易發(fā)生的漏失、坍塌、縮徑等問題，因此還需要對鉆井液進行相應(yīng)設(shè)計。

一開直井段鉆井液。在開展一開直井

4 地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)

4.1 造斜段地質(zhì)導(dǎo)向

根據(jù)鉆井所揭露的地層信息將K10、K8、2號煤層作為標(biāo)志層，在利用鉆時的錄井資料、鉆時參數(shù)、煤層底板等高線圖等及時對鉆頭所處位置距離目標(biāo)煤層的空間位置距離進行判斷，在及時對井眼軌跡進行相應(yīng)調(diào)整，保證其入窗井斜角與地層傾斜角適配，之后在就可以順利將無導(dǎo)眼直接一次著陸入窗SH-U2-2A點，使水平段的井眼軌跡得到有效控制。

4.2 水平段導(dǎo)向技術(shù)

在對水平段進行施工時，采用了地質(zhì)導(dǎo)向與幾何導(dǎo)向相結(jié)合的模式，從而使鉆井風(fēng)險得到降低，使煤層的鉆遇率得到有效提升。首先需要利用幾何導(dǎo)向，讓實鉆軌跡最大程度接近設(shè)計軌道，保證其可以準(zhǔn)確鉆入設(shè)計靶區(qū)中。之后為了保證井眼軌跡的光滑度，提升煤層鉆遇率，還需要設(shè)計合適的入窗井斜角。再利用煤層底板等高線圖，加密等高線間距為1m，甚至0.5m，再沿著水平井軌道對水平投影方向進行設(shè)計，從而在空間中將軌道設(shè)計與實鉆軌跡位置更清晰的呈現(xiàn)出來。

綜上所述，在對煤層氣水平井進行開發(fā)時，可以根據(jù)開發(fā)區(qū)域的實際情況，對鉆進技術(shù)、相關(guān)參數(shù)等進行有效選擇，并對開采技術(shù)進行靈活運用，制定出適合當(dāng)前區(qū)域開采工作的方案，從而保證開采工作效率，提升工作質(zhì)量，為企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]婁昊，張強，郝世俊，等.松軟突出煤層地面U型井鉆完井施工工藝研究：以西山煤田東于煤礦MJDH01-H井為例[J].煤田地質(zhì)與勘探，2014，42（2）：89-92.

[2]黃維安，邱正松，楊力，等.煤層氣鉆井井壁失穩(wěn)機理及防塌鉆井液技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2013，41（2）：37-41.