后峡区块煤层气勘查开发L25—5水平井优选

孙景龙 郎海亮 张伟

摘要：后峡矿区煤层气资源丰富，具备良好的地面抽采条件，各主力煤层厚度稳定，含气量高且煤层割理裂隙发育，适合压裂改造增产。煤层气水平井技术集钻井、增产技术于一身，特别对低渗透率、薄煤层、低丰度煤层气资源，具有提高产量、提高采气速度、提高最终采收率作用。在该区利用煤层气水平井开发示范可为节约地面利用空间、保护环境以及后续大规模开发利用提供重要指导意义。

Abstract： The coalbed methane resources of Houxia Mining Area are abundant， with good ground extraction conditions. The thickness of the main coal seams is stable， the gas content is high and the clefts of coal seams are developed， which is suitable for fracturing and increasing production. The horizontal gas well technology of coal bed methane combines drilling technology with increasing production， especially for low permeability， thin coal seam and low abundance CBM resources， which can increase production， increase gas production rate， and increase ultimate recovery. The use of CBM horizontal well development demonstrations in this area can provide important guiding significance for saving space use on the ground， protecting the environment， and subsequent large-scale development and utilization.

关键词：煤层气；水平井；煤层；井眼轨迹

Key words： coalbed gas；horizontal well；coal seam；wellbore trajectory

中图分类号：TE37 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0163-03

0 引言

L型井水平井在美国Arkoma盆地超过200口井，我国在沁水、鄂东、新疆阜康、黔北等地成功应用，目前全国已钻羽状井、U型井、L型井约435口，随着压裂技术和无杆泵排采技术的进步，近年L型井多段压裂改造技术发展快，应用较多。单井日产气比直井提高10倍左右，8年采出可采储量85%。综合成本低，回收期短，经济效益好。

1 井位部署

后峡区块西山窑组下段煤层发育（B煤组），含煤27层，西部23-27勘探线之间主煤层B8、B10、B12单层厚度5.0-9.7m，结构简单，横向分布稳定，具备水平井钻井条件；主要表现为单斜构造，褶曲、断层不发育，煤层倾角在10-30°之间，主力煤层分布稳定，单层厚度在5米以上，煤体结构完整、含气性好的井区，邻井实测煤层最高含气量3.09-4.59m3/t，煤层资源丰度>1.0×108m3/km2以上，地层压力梯度正常。西部B8、B10煤层厚度大，横向分布最稳定，连续性好。

邻近TCS-1井参数：B12煤层：井段616.55-635.7m，视厚度16.99m/3层。黑色，煤岩成份以镜煤、亮煤为主，局部暗煤属半亮煤，玻璃光泽，沥青光泽，贝壳状断口、割理较发育，线理状结构，水平层理构造。含气量为0.28-1.71m3/t，平均為0.99m3/t；B10煤层：井段751.7-759.35m，黑色，煤岩成份以镜煤、亮煤为主，局部暗煤属半亮煤，玻璃光泽，沥青光泽，贝壳状断口、割理较发育，线理状结构，水平层理构造。含气量为2.32-4.59m3/t，平均为3.83m3/t。渗透率为0.44md；B8煤层：井段798.3-805.58m，视厚7.28m，黑色，煤岩成份以镜煤、亮煤为主，局部暗煤属半亮煤，玻璃光泽，沥青光泽，贝壳状断口、割理较发育，线理状结构，水平层理构造。夹杂部分碳质泥岩。含气量为1.59-3.09m3/t，平均为2.57m3/t。B8煤层渗透率为4.65md。

B12煤含气量低，B10煤、B8煤具备钻水平井条件；B10煤层含气性好于B8，B8煤层渗透率好于B10。首先选择在B8煤层开展水平井试验。

水平井轨迹方向要考虑地应力和天然裂缝发育方向。一般天然裂缝垂直最小主应力方向发育（裂缝方向与最大主应力方向平行）。水平井眼轨迹一般垂直天然裂缝方向，其优点是：钻井井眼最稳定，不易坍塌；井眼筒穿透最大数量天然裂缝，充分利用天然裂缝的导流能力；压裂裂缝沿天然裂缝进一步延伸，扩大裂缝网络，改造效果好。后峡区块最大地层主应力方向为SW-NE方向，天然裂缝也以北东向为主，所以水平井眼轨迹方向部署在NW-SE方向。目的层B8，井眼轨迹SE向，水平进尺600m，末端略上翘。

沿主煤层走向钻L型水平井，煤层进尺宜控制在600-1000m之间，下套管固井完井。本次优选塔平2井方案。

2 钻井方案

2.1 井深结构及设备选择

参照前期新疆地区水平井钻井情况，综合考虑成本控制，井身结构使用（钻头尺寸/套管尺寸）一开374.7/273.1mm，二开241.3/193.7mm，三开171.4/139.7mm。增大一开钻头及套管尺寸，增强抵御二开井漏风险的能力。三开选用较大的生产套管，为后期压裂增产、排水降压，提供了较大的空间，增大了过流面积。根据井身结构情况，钻遇地层及水平段长度，为保证高质量、高效率完成钻井任务，使用ZJ30或同等能力钻机。水平井使用随钻随钻测量工具MWD、EM-MWD导向仪器定向，可提供顶底板伽马值、信号两条地质曲线，以及井斜角、方位角、钻速、钻压、泵压、排量等参数，结合地质录井、气测录井、岩屑录井，对钻遇地层进行跟踪，煤层钻遇率达到90%以上。

2.2 钻井液技术

针对表层及二开井漏情况，提前备好堵漏材料，重点井段加大坐岗力度，及时发现，及时处理，避免危害扩大。一开、二开钻井液：钻井水+0.2-0.3%NaOH+0.2-0.3% Na2CO3+9-10%膨润土；池内加足钻井水，加入2-3kg/m3的NaOH和Na2CO3除钙和镁离子，使其软化；再加入90-100kg/m3的膨润土，水化6-8h。三开（低固相聚合物）钻井液：聚丙烯酰胺+CMC+聚丙烯酸钾+钠土粉+纯碱+润滑剂。

钻井液处理原则：以KPAM絮凝剂，抑制造浆、控制膨润土含量上升；NPAN、FT-103配合改善泥饼质量，控制高温高压失水，防止井壁垮塌；使用乳化石蜡改善钻井液润滑性。欠压实地层发生钻井液漏失时，可配置随钻堵漏剂，随钻封堵。

准备工作及二开预处理：一开固井时回收未污染的钻井液，并清理循环净化系统的钻屑砂子，加清水稀释，调整膨润土含量达到4～6%，同时加入KPAM，小分子聚合物处理剂（NPAN），调整钻井液性能达到设计要求后即可二开。

2.3 固井技术

根据注水泥模拟结果，限于井下条件，调整后的最低排量不得小于2.0m3/min；冲洗夜采用清水中加入5%冲洗液材料（表面活性剂）BCS-010L，改善界面胶结采用高水灰比的水泥浆作为隔离液以形成涨塑性流体，改善水泥浆速度剖面。一开返至地面，二开返至造斜点以上100m，三开返至着陆点以上不少于300m。由于单支水平井存在磨阻大，套管下入困难的技术难题，在选取三开套管时优选刚拉强度及屈服强度等较大的套管类型。（表2）

3 压裂技术

水力裂缝在水平井压裂改造不要表现为纵向缝、横向缝和复杂缝。随着裂缝条数的增加，压裂水平井的累计产量总体上逐渐增加，增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减小。如果沿裂缝方向的渗透率与沿井筒方向的渗透率相等或相差比较小，那么裂缝的最佳条数为5～7条，如果沿裂缝方向的渗透率比沿井筒方向的渗透率大，那么裂缝的最佳条数将有所增加。充分考虑地应力场和裂缝形态，本次采用电缆射孔+易钻桥塞联作分压工艺：下入速钻桥塞压裂管柱→坐封桥塞→打掉桥塞，上提管柱→将射孔枪对准预定位置→射孔→将管柱全部提出井筒→压裂→重复以上步骤进入下段压裂。

4 排采技术

考虑本区煤层产水能力，设计排量5-25m3/d。泵长4.19m，外径114/101mm，可通过狗腿度小于16°/30m造斜井段，耐温80℃。采用150FPC型电潜螺杆泵排采配套工藝：采用筛网防砂防煤粉；自动化变频控制柜，初期单井排采阶段可选择手动调节模式。电潜螺杆泵具有无需油杆传送动力，无偏磨；可通过狗腿度16°/30m井眼，最大下泵井斜角达到90°；可实时监测井下液面的高度（井底压力）；举升能力达到1000m（垂直深度）；排液量1.5-200m3/d；能够在高气液比井况平稳生产（最大气水比80：20）；具有较好的煤粉适用性；具有根据液面高度和井底压力的自动控制和手动控制模式，可根据需要切换等优点。

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