沁水盆地太原組煤層氣水平井鉆井的提速措施

魏鵬，黃健，賈占功，丁建朋(中國石油渤海鉆探第四鉆井分公司，河北 任丘 062552)

0 引言

近年國家大力推動(dòng)清潔能源，山西省重點(diǎn)關(guān)注煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)度，華北油田煤層氣公司在長治市召開煤層氣上產(chǎn)推介會(huì)，已全面打響煤層氣上產(chǎn)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

山西煤層氣資源豐富，自開發(fā)以來，在沁水盆地的鄭莊、樊莊、柿莊等眾多優(yōu)良區(qū)塊的山西組煤層氣創(chuàng)造了良好的企業(yè)產(chǎn)值和社會(huì)效益。而太原組因其產(chǎn)層薄，施工難度大，一直部署后續(xù)開發(fā)，隨著華北油田上產(chǎn)攻堅(jiān)的全面啟動(dòng)，太原組煤層氣水平井鉆井生產(chǎn)任務(wù)將逐漸飽滿。

沁水盆地煤層氣水平井一直以山西組為主，近年來隨著山西組煤層的產(chǎn)氣壓力不均，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定的情況，以及增儲上產(chǎn)要求，太原組煤層開發(fā)的進(jìn)度將進(jìn)一步加快。不同于山西組煤層水平井的優(yōu)快鉆井技術(shù)，太原組的煤層鉆井提速難度大，難點(diǎn)多的問題依然存在。

1 太原組煤層水平井提速問題

(1)對比山西組煤層，太原組煤層厚度薄，導(dǎo)致施工難度大，平均機(jī)速較低，周期較長，不同煤層數(shù)據(jù)對比如表1所示。

表1 不同煤層數(shù)據(jù)對比

(2)煤層起伏大，造斜率受限，導(dǎo)致定向滑動(dòng)時(shí)間長。地層傾角起伏變化大且頻繁，以F63P3-15-1L井為例，實(shí)鉆最大上傾角13°，在煤層鉆進(jìn)中，為了最大限度保證煤層鉆遇率，必須不斷調(diào)整和控制軌跡保證不出層(如圖1所示)，造成大量定向滑動(dòng)的工作量，影響周期。

圖1 F63P3-15-1L 實(shí)鉆垂直投影圖

F63P3-15-1L井著陸后井斜83°增至100°，后又持續(xù)調(diào)整降至91°，為保證煤層跟蹤，定向工作量較大。該井滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 F63P3-15-1L(891-1479m井段)滑動(dòng)鉆進(jìn)統(tǒng)計(jì)

另外，如底板出層后，根據(jù)工具造斜率，一方面追煤層困難，浪費(fèi)大量出層進(jìn)尺找煤層確定傾角；另一方面，造斜率不夠的情況只能放棄追煤，重新側(cè)鉆。

(3)出煤層后，因追煤層傾角導(dǎo)致軌跡狗腿度大。施工區(qū)塊內(nèi)的太原組煤層薄，夾矸或煤線較少，出煤層主要包括以下兩種情況：①頂板出煤層，在蓋層灰?guī)r扣井斜追煤定向效率慢，耗時(shí)長；②底板出煤層，在底板砂巖或泥巖造斜工作量較大，重新入煤層后需立即降斜；非煤層進(jìn)尺較多，對煤層鉆遇率影響較大。

在施工中對于煤層變化采取過大幅度的調(diào)整措施，即盲目規(guī)避儲層不均質(zhì)發(fā)育段，導(dǎo)致軌跡在目的層內(nèi)劇烈起伏，形成波浪式的軌跡形態(tài)。這種過大幅度的調(diào)整為后續(xù)鉆井施工埋下隱患，并且在波浪形軌跡低部位位置容易形成煤粉沉淀堆積，直接

影響后期施工。水平段波浪式的出層軌跡形態(tài)如圖2所示。

圖2 水平段波浪式的出層軌跡形態(tài)

(4)煤層常見井眼問題。目前施工的煤層氣水平井的井眼問題主要包括：①上部山西組煤層穩(wěn)定性差，易垮塌。山西組煤層頂板巖性強(qiáng)度不穩(wěn)定。鉆井過程中易發(fā)生垮塌、卡鉆等復(fù)雜情況，且處理難度極大，鉆井軌跡一旦靠近煤層頂板就有垮塌、埋鉆的可能。②太原組底板泥巖易縮徑，底板出層后追煤風(fēng)險(xiǎn)大，易卡鉆。鄭莊區(qū)塊底板泥巖縮徑嚴(yán)重，造成起下鉆困難，ZS76P4-15-2L井B01在井段1 120～1 175 m底出煤層，該井段起鉆困難，最大超拉40 t。③懸空側(cè)鉆夾壁墻薄弱，易坍塌造成井下復(fù)雜；側(cè)鉆點(diǎn)在每次起下鉆過程中反復(fù)滑槽，修復(fù)窗口，耗費(fèi)大量時(shí)間，同樣易造成大肚子形成煤屑淤積，造成遇阻和井下憋壓。

例如，F(xiàn)70P11-15-2L井下鉆至1 115 m(側(cè)鉆點(diǎn))遇阻，下壓鉆具(5 t)無效，接頂驅(qū)開泵循環(huán)通知定向配合、擺好工具面下放，下放緩慢，后采取轉(zhuǎn)動(dòng)劃眼下鉆，反復(fù)劃眼(劃眼井段1 111～1 168 m)修復(fù)側(cè)鉆點(diǎn)及下部井眼通暢后繼續(xù)下鉆(1 168～1 420 m無遇阻顯示)，修復(fù)側(cè)鉆點(diǎn)耗時(shí)長影響時(shí)效。

(5)地質(zhì)導(dǎo)向軌跡控制策略影響。斷層、陷落柱以及相變等復(fù)雜地質(zhì)情況對地質(zhì)導(dǎo)向帶來巨大挑戰(zhàn)，由于缺乏對地層整體宏觀把控，在鉆遇復(fù)雜地質(zhì)情況時(shí)容易做出不當(dāng)應(yīng)對措施：盲目追求鉆遇率，缺乏統(tǒng)籌的煤層控制策略，從而影響整體周期[1-2]。F70P11-15-2L井設(shè)計(jì)剖面如圖3所示。

圖3 F70P11-15-2L井設(shè)計(jì)剖面

以F70P11-15-2L井設(shè)計(jì)剖面為例，根據(jù)煤層傾角上抬，地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求和構(gòu)造預(yù)測，將軌跡位置控制于煤層中上部，避免在水平段中大幅度調(diào)整軌跡。這樣的優(yōu)勢主要有以下兩方面：①避免底板出煤層后的造斜追煤的定向工作量和無效進(jìn)尺；②頂板出煤層后，追煤工作量較?。蝗缧鑲?cè)鉆，由于軌跡處于煤層中上部，方便選取側(cè)鉆點(diǎn)(側(cè)鉆一般為降斜側(cè)鉆)，減少報(bào)廢進(jìn)尺；施工井煤層出層及側(cè)鉆分析如表3所示。

表3 施工井煤層出層及側(cè)鉆分析

2 主要思路和解決辦法

(1)太原組產(chǎn)層薄，著陸后水平段軌跡因地層起伏變化大難控制，需加強(qiáng)鄰井調(diào)研分析。(2)根據(jù)出煤層情況，無論追煤或側(cè)鉆的過程中，都要平衡時(shí)間效益和井下風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際確立平滑可靠的軌跡控制策略，確保井下安全和施工順利。(3)應(yīng)把握煤層中上部軌跡控制，如頂板出煤，追煤工作量較?。蝗缧鑲?cè)鉆，報(bào)廢進(jìn)尺數(shù)少，盡量避免底板出煤層。(4)積極開展基層隊(duì)地質(zhì)導(dǎo)向協(xié)作會(huì)，提前對產(chǎn)層情況摸底。并進(jìn)行宏觀把控，分段細(xì)化各軌跡控制點(diǎn)要求，降低底板出層風(fēng)險(xiǎn)，保證煤層鉆遇率。(5)保證工具造斜率的情況下，推廣使用無扶螺桿，減低水平段定向調(diào)整導(dǎo)致煤層垮塌風(fēng)險(xiǎn)。(6)井眼方面，側(cè)鉆點(diǎn)的夾壁墻和井眼大肚子問題，需要格外重視引起關(guān)注；在施工早期盡量以煤層防塌為主，后期因大小井眼問題應(yīng)保證井眼清潔和煤塊的運(yùn)移。(7)積極與甲方溝通，特殊井，地質(zhì)復(fù)雜井及時(shí)申請?zhí)崆巴赉@，減少后期施工風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

(1)基于煤層氣市場應(yīng)用的近鉆頭方向伽馬工具，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測量傳輸技術(shù)，建立地質(zhì)導(dǎo)向模型，提高對地層的把握，有效減少盲目追求進(jìn)度的無效進(jìn)尺，和避免鉆遇率低，頻繁出層等問題。(2)通過煤層上下切及角差等方向伽馬特征，提前調(diào)整，把控與優(yōu)化井眼軌跡形態(tài)，減少側(cè)鉆次數(shù)，降低煤層浸泡垮塌風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，提高太原組煤層水平井鉆采效果。