沁水盆地北部古交區(qū)塊煤層氣鉆井工程屬性評價

劉天授 張曉飛

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司太原分公司，山西 030000)

1 地質(zhì)背景

沁北古交區(qū)塊的主要構(gòu)造格架為北東東向平行斷裂，斷層發(fā)育較少，地質(zhì)構(gòu)造簡單，僅在東部發(fā)育杜爾坪斷層，落差25～50m。煤系地層總體為傾向西-南西西的復(fù)向斜構(gòu)造，地層傾角5°～15°。區(qū)內(nèi)陷落柱不發(fā)育，未見巖漿巖侵入。

山西組2號煤層、太原組8號和9號煤層厚度相對較大，較穩(wěn)定～穩(wěn)定發(fā)育，是主力開發(fā)煤層。2號煤平均厚度1.6m，平均埋深564m，8號煤平均厚度2.7m，平均埋深640m，9號煤平均厚度2.8m，平均埋深644m，有利于煤層氣開發(fā)。主要煤儲層滲透率一般在0.1×10-3μm2左右，整體相對較低。2號煤層平均含氣量9.9m3/t，平均含氣飽和度53.1%左右，8號煤層平均含氣量8.9m3/t，平均含氣飽和度88.9%，9號煤層平均含氣量9.8m3/t，平均含氣飽和度數(shù)據(jù)96.6%。儲層壓力梯度0.29～0.65MPa/100m。

總之，研究區(qū)構(gòu)造簡單，煤儲層具有多煤層、單層薄、低滲透性、低飽和度、含氣量中等、欠壓的特征。

2 直井、定向井基本情況

2.1 井身結(jié)構(gòu)

根據(jù)完井報告顯示，古交區(qū)塊直井、定向井一開要求鉆穿表層第四系進入基巖20m，完鉆原則為鉆穿石炭系太原組9號煤底板以下50m完鉆。

2.2 鉆頭統(tǒng)計

古交區(qū)塊已鉆井的鉆頭記錄表里(表1)并沒有列清鉆頭的具體型號，而只說是“三牙輪”或者“PDC”鉆頭，對鉆頭的選型沒有太大參考價值。但普遍反映出來的問題是，不管是三牙輪鉆頭還是PDC鉆頭，機械鉆速普遍偏低，鉆頭優(yōu)選是亟待解決的問題。

表1 鉆頭記錄表

2.3 鉆井液統(tǒng)計

從目前已鉆井來看，現(xiàn)場一開主要使用坂土漿鉆井液，二開大多使用聚合物鉆井液體系(表2)。

表2 鉆井液統(tǒng)計

3 水平井基本情況

古交區(qū)塊已完鉆水平井井型有U型井和L型水平井，U型井采用了篩管完井和套管完井兩種完井方式，L型水平井采用套管完井方式。目標(biāo)煤層以8號煤層、9號煤層為主。煤層鉆遇率大部分在83%以上。

3.1 井身結(jié)構(gòu)

已完鉆水平井均采用三開井身結(jié)構(gòu)，一開至基巖以下20m；二開鉆入目標(biāo)煤層5m內(nèi) ，三開鉆至設(shè)計井深，水平段長度在600～800m左右。采用套管完井方式的水平井，水平段使用P110、直徑139.7mm、壁厚9.17mm套管完井。

3.2 鉆井液統(tǒng)計

古交區(qū)塊水平井的一開和二開均采用低固相聚合物鉆井液，鉆效高，又能有效的護壁；三開采用聚磺鉆井液體系鉆井液(表3)。

表3 水平井鉆井液使用情況統(tǒng)計

4 鉆井工程屬性評價

4.1 井徑擴大率

受構(gòu)造作用影響，在碎粒煤及糜棱煤發(fā)育的地區(qū)，煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，鉆井過程中常常出現(xiàn)井壁垮塌，擴徑常見在130mm以上，擴徑率達50%，固井時在井筒與煤層之間形成較厚的水泥環(huán)(圖1)，對煤儲層造成污染。

圖1 煤層段井柱擴徑結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)該區(qū)塊現(xiàn)場對直井和定向井井身質(zhì)量的要求，全井平均井徑擴大率≤25%為合格，煤層平均井徑擴大率≤35%為合格。 從統(tǒng)計情況來看， 全井平均井徑擴大率均保持在25%以下， 滿足質(zhì)量要求。

但隨鉆井液浸泡時間的增加，煤層井壁不穩(wěn)定性也會增加，上部8號煤層井徑擴大率大于下部9號煤層井徑擴大率。在獅子溝-馬蘭向斜的核部地區(qū)以及東部杜兒坪斷裂帶影響范圍內(nèi)，煤體結(jié)構(gòu)稍破碎，井徑擴大率明顯增加。

4.2 時效分析

目前煤層氣鉆井效率不高、鉆井時效差已影響煤層氣勘探開發(fā)進程。煤儲層為裂縫型儲層，鉆井液濾液和固相污染物在鉆進時會浸入煤層，由于和煤層水不匹配濾液導(dǎo)致儲層化學(xué)物質(zhì)聚結(jié)沉降，造成煤儲層傷害，固相污染物堵塞流體滲流通道，導(dǎo)致儲層滲透率下降，嚴重的影響煤層氣井產(chǎn)量。

研究區(qū)按現(xiàn)在的統(tǒng)計來看，平均一口直井建井周期34.59天，其中純鉆時間10.81天；平均一口定向井建井周期31.95天，其中純鉆時間6.37天。

由圖2鉆井時效分析可知：

(1)停待時間長，占總時間的比例最大。造成停待最主要的原因是等待井位，其次是等待螺桿、等待測井隊伍等。

(2)純鉆時間占總時間的比例較小，而輔助時間較長。造成非生產(chǎn)時間所占比例較大的原因，除了停待以外，還有輔助、修理等。

4.3 綜合評價

4.3.1 直井、定向井綜合評價

(1)直井、定向井采用兩層井身結(jié)構(gòu)已能滿足作業(yè)及生產(chǎn)要求；

(2)機械鉆速低，需綜合影響鉆速原因及鉆井成本，開展提高機械鉆速的研究；

(3)低粘低固相泥漿體系是煤層氣直井、定向井的主流循環(huán)介質(zhì)；

(4)地層較穩(wěn)定，全井井徑擴大率在作業(yè)標(biāo)準范圍內(nèi)，但隨鉆井液浸泡時間的增加，煤層井壁不穩(wěn)定性也會增加(上部井徑擴大率大于下部井徑擴大率)。

4.3.2 水平井綜合評價

水平井總體上都達到設(shè)計井深目標(biāo)，并通過開展大量的前期準備工作和相關(guān)的研究工作，從鉆井周期和成本控制方面取得了較好的效果。

(1)從試驗了PE篩管和玻璃鋼篩管及套管完井固井分段壓裂的各類完井技術(shù)方案來看，整體完井技術(shù)已經(jīng)取得了較好的效果，套管完井固井分段壓裂完井技術(shù)是該區(qū)塊的主流技術(shù)，開發(fā)方案中水平井技術(shù)將以此為主要完井方式。

(2)通過前期的大量試驗，本區(qū)塊試驗采用的非API標(biāo)準井深結(jié)構(gòu)尺寸合理有效，工程實施能取得成功，也不影響產(chǎn)量，配套的各類桿管串都能有效配套，更重要的是一開、二開尺寸相對較小，有效降低了非煤層段的施工井眼尺寸和時間，降低了鉆完井成本。

(3)L型或U型單支水平井的部署都主要是根據(jù)地質(zhì)地面條件情況，L型水平井的部署相對更加靈活，成本更低，但需要經(jīng)過長期的排采試驗進一步驗證和降低后期排采中的煤粉及降液等的影響