煤层气水平井无导眼地质导向钻进技术

陈洲

关键词：煤层气水平井;无导眼;地质导向钻进技术

0 引言

在当前阶段对煤炭资源进行开采工作时，在一些松软煤层水平段中成孔较为困难，煤层钻遇率较低，在造斜段钻进过程中还需要进行导眼井施工等问题，对开采工作造成了严重的影响。因此开始在开采工作中将地质导向与几何导向相结合，并将其在井身结构优化、钻进参数优选、防塌钻进、水平段井眼轨迹精细化控制等方面进行了相关的研究。通过对该模式的应用，使煤层气水平井钻完井工艺得到了相应的完善，也为煤层气低投入、高开发的钻井施工提供了相应的技术参考。

1 煤层气水平井

1.1 煤层气水平井概念

随着煤层气开发的发展，利用水平井开展开发工作已经成为了普遍趋势，也成为了重要的开发手段。煤层气水平井相较于直井与普通定向井来说，可以更有效的导通煤储层的裂隙，使井内的气、水导流能力得到显著增强，还可以使单井产量得到提升，使煤层气的采收率得到提升，还可以使投资回收周期得到缩短，减少煤层气开采所需成本，减少在钻前工程以及井场占地等相关费用。通过对水平井的合理应用，还可以对沟谷纵横等地形条件较为复杂的区域的煤层气进行有效开发。

1.2 煤层气水平井钻进过程中存在的问题

利用煤层气水平井有着良好的优势，但是在煤层气水平井的应用过程中还存在着一些问题。利用水平井对造斜段进行钻进时，为了明确目标煤层的顶底界面深度，通常需要施工200m左右的导眼，从而方便水平井造斜段的轨道设计工作，而这一工作内容属于无效工程量。在松软煤层中，水平井井壁的稳定性较差，在钻完井过程中，很容易出现井壁坍塌问题，从而造成卡钻、埋钻等事故，导致其成孔难度增加，影响施工进度。

2 地质特征分析

本文中涉及到的地質区域位于沁水盆地东南部晋城斜坡带，其总体呈现出东高西低的构造特征，地层的倾角为3°-5°，主要以褶皱为主，断裂情况较少，总体构造较为简单。其中，3号煤层为目的煤层，其分布情况较为稳定，煤厚为3.75-7.30m，平均6.31m，夹矸0-5层，煤层稳定，全井田可采。煤层顶板为泥岩，底板为泥岩、粉砂岩、砂质泥岩，煤体结构主要以碎粒结构--碎裂结构为主。煤层的压力主要为1.77-4.30MPa，平均3.03MPa，属于低压煤层。其主要直接充水含水层属于较为薄弱的顶板砂岩裂隙含水层，在水文地质条件中属于简单类型。煤层的底板等高线如图1所示。

3 钻完井关键技术

3.1 井身结构优化

在进行钻完井时，对井身结构进行合理设计可以使钻井的安全性得到有效保证，也可以使钻井所需成本得到降低。并且随着勘探程度以及钻井装备能力的不断提升以及钻井工艺技术的不断发展完善，可以对井身结构起到良好的完善作用，保证钻井施工的安全性与钻井施工质量。其中一开主要是对第四系上部的易垮、易漏失的地层进行封隔，并为二开的安全钻井提供有利条件。二开主要是对煤层上部的泥岩层段进行封隔，使套管下深距离目标煤层的垂距不低于2m，并为三开的安全钻进创造有利条件。

3.2 钻进参数优选

在对该区域进行钻井时，结合该类型区域的钻井经验进行综合分析，可以对钻压、转速等相关参数进行设计，在根据实际情况对所得参数进行优化选择。

在一开直井段中，可以利用防斜吊打方式，再使用较高的转速，较小的钻压，较大的排量。在二开直井段中，应使用较高的转速，较小的钻压，中等排量，并提高喷嘴降压，使其发挥出水力破岩的作用。在二开造斜段中，应使用较低转速，较高钻压，并根据实际情况适当增加排量，保证井下的安全性。在三开水平段中，当钻遇煤层段时，使用较低的钻压，较低的转速，较低的排量，较低的射流冲击力进行钻进工作。在下钻到底以后，在提前2个单根开泵，当小排量顶通以后，在逐渐将排量增加至正常排量。

3.3 钻井液优选

根据该区域内地成层情况，以及对水平井储层保护的要求，还需要解决一开、二开施工中容易发生的漏失、坍塌、缩径等问题，因此还需要对钻井液进行相应设计。

一开直井段钻井液。在开展一开直井

4 地质导向技术

4.1 造斜段地质导向

根据钻井所揭露的地层信息将K10、K8、2号煤层作为标志层，在利用钻时的录井资料、钻时参数、煤层底板等高线图等及时对钻头所处位置距离目标煤层的空间位置距离进行判断，在及时对井眼轨迹进行相应调整，保证其入窗井斜角与地层倾斜角适配，之后在就可以顺利将无导眼直接一次着陆入窗SH-U2-2A点，使水平段的井眼轨迹得到有效控制。

4.2 水平段导向技术

在对水平段进行施工时，采用了地质导向与几何导向相结合的模式，从而使钻井风险得到降低，使煤层的钻遇率得到有效提升。首先需要利用几何导向，让实钻轨迹最大程度接近设计轨道，保证其可以准确钻入设计靶区中。之后为了保证井眼轨迹的光滑度，提升煤层钻遇率，还需要设计合适的入窗井斜角。再利用煤层底板等高线图，加密等高线间距为1m，甚至0.5m，再沿着水平井轨道对水平投影方向进行设计，从而在空间中将轨道设计与实钻轨迹位置更清晰的呈现出来。

综上所述，在对煤层气水平井进行开发时，可以根据开发区域的实际情况，对钻进技术、相关参数等进行有效选择，并对开采技术进行灵活运用，制定出适合当前区域开采工作的方案，从而保证开采工作效率，提升工作质量，为企业带来更高的经济效益。

参考文献：

[1]娄昊，张强，郝世俊，等.松软突出煤层地面U型井钻完井施工工艺研究：以西山煤田东于煤矿MJDH01-H井为例[J].煤田地质与勘探，2014，42（2）：89-92.

[2]黄维安，邱正松，杨力，等.煤层气钻井井壁失稳机理及防塌钻井液技术[J].煤田地质与勘探，2013，41（2）：37-41.