煤層氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)研究與應(yīng)用

丁 雷

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井二公司，吉林 松原 138000）

1 概述

改革開放以來，中國經(jīng)濟社會得到了日新月異的發(fā)展，經(jīng)濟體量躍居全球第二，高質(zhì)量發(fā)展對油氣資源的依附度嚴(yán)重，近年來年均油氣消耗當(dāng)量不斷攀升，油氣進口依賴度長期徘徊在70%的紅色警戒線附近，為響應(yīng)習(xí)近平總書記“能源的飯碗必須端在自己手里”的號召，擴大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，不斷豐富油氣藏來源，具有重要意義。煤層氣作為近年來能源領(lǐng)域的新貴，儲量豐富，勘探開發(fā)前景廣闊。

1.1 煤層氣簡述

煤層氣俗稱“瓦斯”，是一種非常規(guī)天然氣，與煤炭伴生并以吸附態(tài)形勢在煤層內(nèi)儲存，成分以甲烷（CH4)為主,具有標(biāo)準(zhǔn)煤的2～5 倍的熱值。1m3煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg 汽油、1.21kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，燃燒潔凈，廢氣產(chǎn)生率低，是較好的工業(yè)和居民生活能源。另外，開發(fā)利用煤層氣的優(yōu)點眾多：一是煤層氣溫室效應(yīng)約為CO2的21 倍，開發(fā)利用可降低對生態(tài)環(huán)境的污染；二是開采煤層氣可有效降低煤礦瓦斯爆炸率等。因此煤層氣勘探開發(fā)具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。

中國煤層氣資源稟賦，總儲量位居世界第三。據(jù)統(tǒng)計每年隨開采原煤的伴生氣排放達130×108m3以上，合理抽放的量應(yīng)可達到35×108m3左右，除去現(xiàn)已利用部分，每年仍有30×108m3左右的剩余量，加上地面鉆井開采的煤層氣50×108m3，可利用的總量達80×108m3，約折合標(biāo)煤1000×104t。如用于發(fā)電，每年可發(fā)電近300×108kWh，勘探開發(fā)潛力巨大。

1.2 煤層氣勘探地質(zhì)導(dǎo)向施工難點

（1）通過臨井實鉆，進入目的層頂部前有0.5m 左右的30～70 的伽馬，繼續(xù)往下走0.6m 左右鉆遇2 號夾矸。

（2）通過鄰井分析，2 號夾矸伽馬值較高，厚度約0.6m，水平段軌跡盡量控制在1～2號夾矸之間。

（3）AB 靶點之間構(gòu)造整體呈上傾趨勢，但局部構(gòu)造存在變化，需通過實鉆不斷的校正。

（4）水平段缺少預(yù)測點，局部微構(gòu)造可能存在變化，地震剖面上前段上傾后段緩慢變?yōu)樗讲缓妙A(yù)測，存在一定的風(fēng)險，關(guān)鍵節(jié)點是控制好上傾傾轉(zhuǎn)水平的轉(zhuǎn)換，過渡期的整體控制。所以在實鉆過程中要結(jié)合東方物探專家的地震追蹤做到井震結(jié)合，在靠近微構(gòu)造部的時候?qū)⒕碧崆白稣{(diào)整避免觸頂。

2 地質(zhì)錄井技術(shù)簡述

在油氣藏勘探開發(fā)和評價過程中，地質(zhì)錄井技術(shù)是最及時、最直接的手段之一,其特點是能夠及時、準(zhǔn)確地采集和錄取地下信息，并通過各種儀器設(shè)備進行分析解釋，從而掌握地下的油氣藏情況。隨著科技的不斷發(fā)展，錄井技術(shù)也得到了日新月異的發(fā)展，在原有綜合錄井技術(shù)的基礎(chǔ)之上，衍生出元素、色譜等一系列新的技術(shù)，豐富了錄井技術(shù)的種類，同時也為更好地錄取地下資料、解釋地層地質(zhì)成分、獲取油氣資源的信息提供更多的渠道和手段。其中的綜合錄井技術(shù)是以氣測錄井和地質(zhì)錄井為基礎(chǔ)，兼顧對鉆井工程參數(shù)的檢測與錄入，經(jīng)過技術(shù)的不斷發(fā)展完善，演變?yōu)殇浘夹g(shù)的主體。綜合錄井技術(shù)對油氣資源的發(fā)現(xiàn)起到了至關(guān)重要的作用。早期受限于國內(nèi)科技的發(fā)展水平，相關(guān)儀器全部需要進口，制約了油氣資源的勘探開發(fā)。后經(jīng)過不斷引入國外先進儀器和管理技術(shù)，使我國錄井技術(shù)得到了長足的發(fā)展。尤其是進入新世紀(jì)后，伴隨我國科技水平的提高，國內(nèi)錄井儀器企業(yè)得到了較大的進步與發(fā)展，如神開、德瑪?shù)?，在主?dǎo)國內(nèi)油氣的市場同時，也開拓了國外市場。

3 現(xiàn)場地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)應(yīng)用

3.1 鄰井資料收集

J 深8-7 平01 井8#煤層頂面構(gòu)造圖選取沿設(shè)計軌跡方向的DJ4-6～DJ3-3～DJ3-4～DJ3-4 向2～DJ3-4向6～DJ27井的鄰井資料，主要包括：井基本數(shù)據(jù)、錄井資料、測井及解釋數(shù)據(jù)等。

3.2 地層對比分析

根據(jù)鄰井地層對比分析，該區(qū)目標(biāo)氣層上部有幾套明顯標(biāo)志層：H8 底部砂巖、5#煤頂、TY 組灰?guī)r頂，MK灰?guī)r頂。本井從位置上與DJ3-3井較為接近。

實鉆過程中，首先卡準(zhǔn)SH組底界垂深。而后卡準(zhǔn)5#煤頂，TY組灰?guī)r頂，第三套灰?guī)r頂距8#煤層厚度，逐步進行對比，及時調(diào)整井斜，最終按要求準(zhǔn)確入靶。

3.3 地質(zhì)錄井導(dǎo)向施工

3.3.1 著陸點軌跡控制

（1）探層角度的選擇。從鄰井看，目的層雖然厚度達到了8～9m，為更好的保證鉆遇率，入層下切3～4m最佳，建議探層角度控制在85°，入層后5～6根單根（一根0.9°～1.1°），將井斜增到90.5°穩(wěn)斜觀察鉆進，垂深下切2.6m左右。

（2）軌跡控制過程。2023 年1 月1 日，鉆進至2126m（垂深：2039.08m，海拔：-1203.80m）與鄰井與J深8-7平02井、DJ3-3井進行對比，分析判斷5#煤頂?shù)?#煤頂垂厚為78.7m，通過計算預(yù)測本井8#煤頂海拔為-1273.46m（設(shè)計8#煤頂海拔-1269.50m），匯報甲方后，下指令1：暫按鉆至垂深2106.77m（海拔-1271.46m）井斜達到85°預(yù)算軌跡執(zhí)行。

2023 年1 月4 日，鉆 至 井 深2243.00m（垂 深2091.87m，海拔-1256.59m），根據(jù)本井MK灰?guī)r頂海拔與J 深8-7 平02 井、DJ3-3 井進行對比，分析判斷5#煤頂?shù)?#煤頂垂厚為18m，通過計算預(yù)測本井8#煤頂海拔為-1273m，匯報甲方后，下指令2：暫按鉆至垂深2106.77m，海拔-1271.46m（設(shè)計8#煤頂海拔-1269.50m）井斜達到85°預(yù)算軌跡執(zhí)行。

3.3.2 水平段軌跡控制

（1）水平段軌跡控制原則。根據(jù)鄰井目的層頂?shù)椎那€特征，結(jié)合巖性、GR、氣測、鉆時等參數(shù)把軌跡控制在1 ～2 之間為最佳（煤層）。預(yù)計軌跡在水平段前段維持在距煤頂2.5～3m（海拔-1269.58m）的位置鉆進，同時觀察各項參數(shù)變化，如發(fā)現(xiàn)下切過深，及時調(diào)整井斜。

（2）水平段軌跡控制過程。2023 年1 月6 日，定A靶點井深:2340m，垂深：2106.62m，海拔：-1271.34m，井斜：84.59°，方位：174.92°，閉合距：217.51m。

2023年1月6日本井于井深2340.00m開始水平段施工。依據(jù)DJ3-3井實鉆數(shù)據(jù)與本井實鉆數(shù)據(jù)對比水平段先以井斜91°鉆進，密切關(guān)注現(xiàn)場巖屑、伽馬值和氣測值變化，是否有明顯下切地層的效果及時匯報，根據(jù)現(xiàn)場實際情況再做調(diào)整（地震預(yù)測底層傾角+1.0°）。

2023 年1 月6 日鉆進至井深2346m（垂深2107.16m，海拔：-1271.88m），井斜85.00°。方位角175.14°，閉合距212.76m，預(yù)測井底井斜為85°，本井探層鉆至井深2340m 后煤含量明顯增多，全烴由0.7%增至5%，判斷已鉆入目的層，決定增斜。下指令3：決定6個單根將井斜角增至91°穩(wěn)斜鉆進觀察，吃入垂深2.6m（地震預(yù)測地層傾角+1.0°）?？刂坪镁避壽E，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR 值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023 年1 月8 日 鉆 進 至2475.00m（垂 深2107.03m），井斜91°，本井進層后鉆至2414m時鉆遇伽馬連續(xù)降低點，認(rèn)為軌跡在下切地層，匯報甲方后，下指令4：將井斜角調(diào)整至91°～91.5°穩(wěn)斜鉆進，觀察巖屑巖性變化及時調(diào)整井斜。

2023 年1 月9 日 鉆 進 至2576.00m（垂 深2105.29m），井斜91.2°。地震預(yù)測地層傾角+1.5°，當(dāng)前井斜小于地層傾角，準(zhǔn)備增斜，匯報甲方后，下指令5：準(zhǔn)備將井斜角調(diào)整至91.5°穩(wěn)斜鉆進，匹配地層傾角鉆進。

2023 年1 月10 日 鉆 進 至2744.00m（垂 深2100.50m），井斜91°。鉆頭位置預(yù)測在8#2煤層上部附近，根據(jù)地震預(yù)測前方地層傾角約1.3°上傾，匯報甲方后，下指令6：準(zhǔn)備將井斜角調(diào)整至91°穩(wěn)斜鉆進?？刂坪镁避壽E，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR 值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023 年1 月12 日 鉆 進 至 井 深3061.00m（垂 深2093.86m），井斜91.4°。地震預(yù)測前方地層傾角+0.9°且有逐漸變緩趨勢，為了優(yōu)化本井軌跡，準(zhǔn)備提前降斜，下指令7：準(zhǔn)備將井斜角降至90.5°，以井斜角90.5°～91°穩(wěn)斜鉆進觀察?？刂坪镁避壽E，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023 年1 月14 日 鉆 至 井 深3306.00m（垂 深2090.67m），井斜91.30°，參考B 靶點鄰井吉深10-7 平04井實鉆B點海拔-1253.27m，預(yù)測本井鉆頭位置在1號矸附近，根據(jù)地震預(yù)測前方地層傾角約0.5°上傾，準(zhǔn)備降斜。下指令8：準(zhǔn)備將井斜角降至90.5°鉆進觀察。控制好井斜軌跡，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023年1月15日鉆至井深3333m，垂深2090.24m，海拔-1254.96m，井斜角90.80°，方位角174.24°，閉合距1138.57m，參考B 靶點鄰井J 深10-7 平04 井實鉆B 點海拔-1253.27m，預(yù)測本井鉆頭位置在1 號矸附近，為迅速回到煤層內(nèi)，準(zhǔn)備繼續(xù)降斜。下指令9：準(zhǔn)備將井斜角降至90°鉆進觀察?？刂坪镁避壽E，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR 值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023年1月17日鉆至井深3355m，垂深2090.33m，海拔-1255.05m，井斜角89.70°，方位角174.24°，閉合距1160.36m，參考B 靶點鄰井J 深10-7 平04 井實鉆B 點海拔-1253.27m，預(yù)測本井鉆頭位置在1 號矸附近，根據(jù)地震預(yù)測前方地層傾角約0.3°上傾，為迅速回到煤層內(nèi)要求定向1根降斜至89.5°鉆進觀察，下指令10：準(zhǔn)備將井斜角降至89.5°鉆進觀察?？刂坪镁避壽E，鉆進過程中及時觀察巖性、氣測及GR 值變化情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。

2023 年1 月17 日 鉆 至 井 深3363.00m（垂 深2090.34m），接甲方通知提前完鉆，導(dǎo)向施工結(jié)束。

4 認(rèn)識與建議

（1）落實了鉆井部位構(gòu)造，本井地層傾角整體為上傾0.9°,井段2340～2400m，地層上傾約+1.2°，2400～2582m 地 層 上 傾 約+1.5°，2582～2842m 地 層 上 傾約+1.2°，2842～3244m地層上傾約+0.5°。

（2）通過本井的實施，對本井沉積模式有了深入的認(rèn)識。

（3）通過實鉆分析，本井煤層發(fā)育好且穩(wěn)定；對儲層的分布及構(gòu)造有了新的認(rèn)識。

（4）本井水平段儲層氣測峰值49.6689%，平均氣測值9.2571%，煤層鉆遇率94.32%。

（5）本井水平段井斜最小89.78°，最大92°，方位174.14°～175.84°，鉆井過程中克服了施工困難，保證了水平段軌跡平滑，為后期完井作業(yè)及壓裂投產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。

（6）地質(zhì)導(dǎo)向與錄井、定向、鉆井的有效溝通和密切配合，保證了本井的順利實施。

（7）通過本井的實施，對本區(qū)域地層有了深入的認(rèn)識，為將來水平井施工積累了經(jīng)驗。