SN-06H1煤层气U型井复杂地层钻进施工技术实践

王瑞城 宋百强 李远灵 侯岩波 刘 彬

(中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000)

SN-06H1煤层气U型井复杂地层钻进施工技术实践

王瑞城 宋百强 李远灵 侯岩波 刘 彬

(中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000)

SN06-H1是位于沁水盆地东南缘西北倾单斜构造上的一口水平井，目的是揭开山西组3号煤层气藏，自上而下依次钻遇第四系、刘家沟组、石千峰组、上石盒子组、下石盒子组、山西组。在刘家沟组和石千峰组钻遇漏失地层，漏失量约为20～25m3/h，在山西组煤层先后钻遇五条断层，一条背斜，一条向斜，水平井段出现岩性极硬地层，大大增加施工难度和施工危险度。作业队对钻探施工过程中遇到的复杂地层进行冷静分析，针对钻遇地层特点及时调整施工方案，保证了工程的顺利完成，煤层钻遇率达到92.36%，总结经验提出好的建议，为以后该区块井位部署和钻井施工奠定基础。

煤层气 水平井 复杂地层 断层

SN-06H1是沁水盆地南部开发的一口煤层气水平井，属于山西省晋城市沁水县柿庄南区块，水平井SN-06H1井、SN-06H2井和直井SN-06V井组成U型连通水平井组SN-06，钻探目的层为山西组3号煤层。该区块井自上而下依次钻遇新生界第四系 (Q)、中生界三叠系下统刘家沟组(T11)、上统石千峰组 (P2sh)、二叠系上统上石盒子组 (P2s)、下石盒子组 (P1x)、二叠系下统山西组 (P1s)、上统太原组 (C3t)、上古生界石炭系中统本溪组 (C2b)和下古生界奥陶系中统峰峰组(O2f)。

邻井TS78-01井在钻进过程中出现了井漏复杂情况，漏失量约为35m3/h;SN-06H2井在施工过程中钻遇背斜构造，施工难度极大。

1 工程设计

1.1 井身剖面

本井的井身剖面设计为直-增-平-降的轨道，在煤层中穿行后与直井SN-06V井煤层段洞穴连通。井眼轨道设计见表1。

表1 SN-06H1井眼轨道设计

自SN-06E1到TD间水平段在煤层中穿行，煤层厚度约为6m，穿行约1052m后与直井洞穴连通，直井洞穴直径约为600mm。

1.2 井身结构及套管程序

本井一开采用 φ374.7mm钻头钻至井深60.00m，下入φ273.1mm套管，封住上部胶结差、易坍塌、易漏失的地层。二开采用φ241.3mm钻头钻至井深460.00m，起钻换定向钻具后开始造斜，钻进至井深 850.00m，下入 φ193.7mm 套管至848.00m，封固住中部砂岩、粉砂岩、泥岩等地层。三开后使用φ171.5mm钻头在3号煤层中钻进至连通前70m，起钻安装对接仪器连通，煤层段下φ139.7mm 筛管完井。

2 施工情况及钻探难点

2.1 施工情况

SN-06H1井由山东煤田地质第二勘探队286井队施工，使用ZJ-30P石油钻机，一开二开使用低固相钻井液钻进，并利用MWD无线随钻测斜仪监控井眼轨迹，二开中完井深954.00m。三开阶段下入1.5°/φ146mm螺杆，利用钻时、气测、岩屑录井等方法进行地质导向，配合MWD无线随钻测斜仪，实时调控钻头沿着煤层方向水平钻进，着陆点井深957.00m。

SN-06H1井于2012年3月31日16:00三开钻进，钻进至 957.00m(垂深 693.07m，位移365.09m)入煤，井深957～1085m在煤层中钻进，在井深 1085.00m(垂深 700.78m，位移 492.65m)钻遇断层，前进方向煤层抬升，断距5m，井深1181m(垂深700.30m，位移588.63m)再次钻遇断层，前进方向煤层抬升，断距6m，由于连续钻遇两条断层，使得煤层呈阶梯状抬起，煤层抬升11m。因为见不到煤层，开始侧至井深1044.00m处开始向上探煤，钻至井深 1416.00m(垂深686.34m，位移 822.68m)，井斜角 96°，仍未见煤，由于井斜角过大无法继续上探，只能又撤回到井深1080.00m向下探，探至井深1198.30m(垂深706.31m，位移605.58m)仍未见煤，证明煤层抬起，停止钻进。根据向上探测资料，确定水平位移890m处为背斜轴部，底板标高325m，上倾方向煤层倾角4°，下倾煤层倾角5°，从位移1100m至1287m对接点煤层倾角1°。为了提高煤层钻遇率，封固原有井段，并自井深960.00m处侧钻，钻至井深1727.82m时，钻时较大，进尺较慢，岩性判断为煤层上部5m左右，分析钻遇断距2m的小断层。

自井深1472.00m侧钻，钻至井深1827.25m时，发现方位偏差较大，无法对接，提钻至井深1662.00m侧钻，钻至井深1870m仍未对接成功。提至 1810.00m，重新侧钻对接，并于井深1864.00m处对接成功，完钻井深1874.00m。

SN-06H1井总进尺3134.77m(包括七支侧钻)，水平段有效进尺917.00m，3号煤层中有效进尺847.00m，3号煤层钻遇率为92.36%，在复杂地层高效完成了钻探任务。SN-06H1井工程量见表2。

表2 SN-06H1井工程量统计表

2.2 钻探难点

(1)实际钻遇地层与二维地震3号煤底板等高线图提供的地层趋势变化较大，构造增多。

根据柿庄南区块二维地震加密区U型连通水平井3号煤底板等高线图，SN-06H1至SN-06V水平对接井地层倾角变化不大，整体趋势为较平缓的单斜 (向斜)构造，预计三开从位移357～500m地层呈下倾状态，降深约7m，计算倾角在2.8°;位移500～1287m(对接点)地层呈上倾状态，抬升约38m，计算倾角为2.8°。

根据实钻轨迹，我们重新勾绘的3号煤底板等高线示意图来看而是由一个向斜，五个断层，一个背斜的多种构造组成的地层结构，见图1。实际钻遇地层复杂，钻井轨迹无法控制在煤层中钻进，大部分要在岩石中钻进。因此，首次性的煤层钻遇率受到非常大的影响。

图1 实钻3号煤层底板等高线示意图

(2)地层岩性较硬，减慢施工进度，增加生产成本。

由于该区域目的煤层顶底板为胶结较好，性硬的泥岩、粉砂岩，可钻性较差，下部一层含硅质结核泥岩，可钻性更是极差。在探摸目的煤层的钻进中，进尺缓慢，材料消耗极大。钻头磨损较快，必须频繁起下钻更换钻头，仅硅质结核泥岩中钻头磨损达5个，更是极大地增加了生产成本。

由于钻井轨迹大部分在岩石中钻进，而煤层顶底板多为泥岩，钻时达20～30min/m，如果钻至底板下含硅质结核的泥岩中，钻时平均在60min/m，最大钻时达115min/m，PDC钻头合金复合片很容易掉入井底，如果更换钻头再钻进，不但要磨硅质结核，还要研磨掉落的合金复合片体，这种情况钻时会更大，而且对钻头使用来说是毁灭性的。因此，不但施工进度受到了很大的影响，而且消耗材料过大，增加钻井施工成本。由于钻遇断层，煤层抬起，钻井轨迹必须从煤层底板以下向上穿越，距煤层底板以下9m左右，有一层含硅质结核泥岩，厚度4～5m，硬度相当大，钻入该层时进尺缓慢，钻头磨损相当严重，仅8m进尺就损坏三个钻头。钻硅质结核泥岩磨损的部分钻头。

(3)钻遇断层，容易造成井下复杂情况。

在钻遇断层时，由于断层带附近地层松软，破碎，极易垮塌掉块卡钻。每次下钻至井深1180m(即位移590m，第二断层带处)附近遇阻。由于断层原因不能保持在煤层钻进，井筒中泥屑的含量增多，泥岩的比重远大于清水钻井液，给携屑造成困难，在井眼的最低位置 (套管鞋附近)形成岩屑床，造成砂桥卡钻;且井眼中的泥岩遇清水膨胀易造成缩径卡钻。

(4)钻遇地层有漏失。

本井一开二开采用低固相聚合物钻井液作为循环介质，井深260.00m处漏失，漏失量约25m3/h;井深290.00m处漏失，漏失量约20m3/h;井深385.00m处漏失，漏失量约20m3/h，其余井段为微漏失。三开采用微泡沫泥浆作为循环介质，三开钻遇断层时有消耗。

3 认识和建议

(1)由于本区地质资料的缺乏，且二维地震精度的局限性，导致SN-06H1井实钻揭示的地质情况与提供的地质资料存在很大的差别，不仅极大地降低了首次煤层钻遇率，延缓了施工进度，而且对井下施工造成极大的安全隐患。建议加强对施工水平井区块进行较细致的三维地震勘探，提高勘探区域地质资料精度和准度，避免类似的情况再次发生。

(2)在水平段钻进时，对两井间岩层露头进行了多次、详细的野外踏勘，发现了断层5条，背斜一个，指导了水平段钻进，同时验证了对井下实钻地层的分析判断。

(3)采用合适的钻井液，保证既能确保钻进安全，又能有效的保护储层。本井煤层水平段使用微泡泥浆钻进，有效地保护了井壁，避免了煤层的坍塌，同时加强了岩屑的携带能力，同时对钻井液采取震动筛、泥浆池、高速离心机三级过滤，严格控制固相颗粒含量，减少对煤层的污染。

(4)钻进过程中根据岩屑录井、钻时录井、气测录井、伽马数据进行地质导向，判准各标志层的深度及厚度，及时调整钻井轨迹;在煤层水平段钻进过程中及时判断钻井轨迹是否在煤层中，及时调整钻井轨迹，以保证在煤层中钻进。通过不断的侧钻，探摸煤层，本井克服了地质构造复杂的困难，共穿越5条断层，一条背斜，一条向斜，并保证了煤层的穿透率。

［1］姚海俊.YM7-2H复杂地层井眼轨迹控制技术［J］.内蒙古石油化 工，2008，8:120-122.

［2］黄平.河坝井田复杂地层钻探施工技术难点及对策［J］.探矿工程 (岩土钻掘工程)2010，37(5):27-30.

［3］王兆会.HY9801水平井复杂情况的处理及分析［J］.石油钻探技术，2006，34(3):81-83.

Complex Formation Drilling Construction Technique in U-shaped CBM Well SN-06H1

WANG Ruicheng，SONG Baiqiang，LI Yuanling，HOU Yanbo，LIU Bin
(Jincheng Branch of China United Coalbed Methane Co.，Ltd.，Shanxi 048000)

SN06-H1 is one of the CBM horizontal wells，which located in the southeastern margin of Qinshui basin，and point to discover the gas reservoir in No.3 coal seam of Shanxi Formation.Quaternary，Liujiagou Formation，Shiqianfeng Formation，Upper Shihezi Formation，Lower Shihezi Formation and Shanxi Formation are drilled in order.Leakage stratigraphic is encountered in Liujiagou Formation and Shiqianfeng Formation，with the leakage of 20 ～25m3/h.Five geological faults，a anticline and a syncline are encountered in Shanxi Formation.Hard formation appeared in the horizontal drilling section，which increased the difficulty and risk of construction.The paper summarizes experience of drilling construction technique in u-shaped CBM well SN-06H1，analyzed the complex formation during drilling.According to the characteristics of the formations，adjustments for construction plan had been made to ensure the success operation of the project.The drilling rate of coal seam can reach to 92.36%.The practice lay the foundation of the future well development and drilling construction of this area.

Coalbed methane;horizontal wells;complex formation;geological fault

王瑞城，男，从事煤层气钻井技术及管理工作。

(责任编辑 桑逢云)