沁水盆地太原组煤层气水平井钻井的提速措施

魏鹏，黄健，贾占功，丁建朋(中国石油渤海钻探第四钻井分公司，河北 任丘 062552)

0 引言

近年国家大力推动清洁能源，山西省重点关注煤层气勘探开发进度，华北油田煤层气公司在长治市召开煤层气上产推介会，已全面打响煤层气上产攻坚战。

山西煤层气资源丰富，自开发以来，在沁水盆地的郑庄、樊庄、柿庄等众多优良区块的山西组煤层气创造了良好的企业产值和社会效益。而太原组因其产层薄，施工难度大，一直部署后续开发，随着华北油田上产攻坚的全面启动，太原组煤层气水平井钻井生产任务将逐渐饱满。

沁水盆地煤层气水平井一直以山西组为主，近年来随着山西组煤层的产气压力不均，产气量不稳定的情况，以及增储上产要求，太原组煤层开发的进度将进一步加快。不同于山西组煤层水平井的优快钻井技术，太原组的煤层钻井提速难度大，难点多的问题依然存在。

1 太原组煤层水平井提速问题

(1)对比山西组煤层，太原组煤层厚度薄，导致施工难度大，平均机速较低，周期较长，不同煤层数据对比如表1所示。

表1 不同煤层数据对比

(2)煤层起伏大，造斜率受限，导致定向滑动时间长。地层倾角起伏变化大且频繁，以F63P3-15-1L井为例，实钻最大上倾角13°，在煤层钻进中，为了最大限度保证煤层钻遇率，必须不断调整和控制轨迹保证不出层(如图1所示)，造成大量定向滑动的工作量，影响周期。

图1 F63P3-15-1L 实钻垂直投影图

F63P3-15-1L井着陆后井斜83°增至100°，后又持续调整降至91°，为保证煤层跟踪，定向工作量较大。该井滑动钻进时间统计如表2所示。

表2 F63P3-15-1L(891-1479m井段)滑动钻进统计

另外，如底板出层后，根据工具造斜率，一方面追煤层困难，浪费大量出层进尺找煤层确定倾角；另一方面，造斜率不够的情况只能放弃追煤，重新侧钻。

(3)出煤层后，因追煤层倾角导致轨迹狗腿度大。施工区块内的太原组煤层薄，夹矸或煤线较少，出煤层主要包括以下两种情况：①顶板出煤层，在盖层灰岩扣井斜追煤定向效率慢，耗时长；②底板出煤层，在底板砂岩或泥岩造斜工作量较大，重新入煤层后需立即降斜；非煤层进尺较多，对煤层钻遇率影响较大。

在施工中对于煤层变化采取过大幅度的调整措施，即盲目规避储层不均质发育段，导致轨迹在目的层内剧烈起伏，形成波浪式的轨迹形态。这种过大幅度的调整为后续钻井施工埋下隐患，并且在波浪形轨迹低部位位置容易形成煤粉沉淀堆积，直接

影响后期施工。水平段波浪式的出层轨迹形态如图2所示。

图2 水平段波浪式的出层轨迹形态

(4)煤层常见井眼问题。目前施工的煤层气水平井的井眼问题主要包括：①上部山西组煤层稳定性差，易垮塌。山西组煤层顶板岩性强度不稳定。钻井过程中易发生垮塌、卡钻等复杂情况，且处理难度极大，钻井轨迹一旦靠近煤层顶板就有垮塌、埋钻的可能。②太原组底板泥岩易缩径，底板出层后追煤风险大，易卡钻。郑庄区块底板泥岩缩径严重，造成起下钻困难，ZS76P4-15-2L井B01在井段1 120～1 175 m底出煤层，该井段起钻困难，最大超拉40 t。③悬空侧钻夹壁墙薄弱，易坍塌造成井下复杂；侧钻点在每次起下钻过程中反复滑槽，修复窗口，耗费大量时间，同样易造成大肚子形成煤屑淤积，造成遇阻和井下憋压。

例如，F70P11-15-2L井下钻至1 115 m(侧钻点)遇阻，下压钻具(5 t)无效，接顶驱开泵循环通知定向配合、摆好工具面下放，下放缓慢，后采取转动划眼下钻，反复划眼(划眼井段1 111～1 168 m)修复侧钻点及下部井眼通畅后继续下钻(1 168～1 420 m无遇阻显示)，修复侧钻点耗时长影响时效。

(5)地质导向轨迹控制策略影响。断层、陷落柱以及相变等复杂地质情况对地质导向带来巨大挑战，由于缺乏对地层整体宏观把控，在钻遇复杂地质情况时容易做出不当应对措施：盲目追求钻遇率，缺乏统筹的煤层控制策略，从而影响整体周期[1-2]。F70P11-15-2L井设计剖面如图3所示。

图3 F70P11-15-2L井设计剖面

以F70P11-15-2L井设计剖面为例，根据煤层倾角上抬，地质导向应结合设计要求和构造预测，将轨迹位置控制于煤层中上部，避免在水平段中大幅度调整轨迹。这样的优势主要有以下两方面：①避免底板出煤层后的造斜追煤的定向工作量和无效进尺；②顶板出煤层后，追煤工作量较小；如需侧钻，由于轨迹处于煤层中上部，方便选取侧钻点(侧钻一般为降斜侧钻)，减少报废进尺；施工井煤层出层及侧钻分析如表3所示。

表3 施工井煤层出层及侧钻分析

2 主要思路和解决办法

(1)太原组产层薄，着陆后水平段轨迹因地层起伏变化大难控制，需加强邻井调研分析。(2)根据出煤层情况，无论追煤或侧钻的过程中，都要平衡时间效益和井下风险，根据现场实际确立平滑可靠的轨迹控制策略，确保井下安全和施工顺利。(3)应把握煤层中上部轨迹控制，如顶板出煤，追煤工作量较小；如需侧钻，报废进尺数少，尽量避免底板出煤层。(4)积极开展基层队地质导向协作会，提前对产层情况摸底。并进行宏观把控，分段细化各轨迹控制点要求，降低底板出层风险，保证煤层钻遇率。(5)保证工具造斜率的情况下，推广使用无扶螺杆，减低水平段定向调整导致煤层垮塌风险。(6)井眼方面，侧钻点的夹壁墙和井眼大肚子问题，需要格外重视引起关注；在施工早期尽量以煤层防塌为主，后期因大小井眼问题应保证井眼清洁和煤块的运移。(7)积极与甲方沟通，特殊井，地质复杂井及时申请提前完钻，减少后期施工风险。

3 结语

(1)基于煤层气市场应用的近钻头方向伽马工具，以及实时数据测量传输技术，建立地质导向模型，提高对地层的把握，有效减少盲目追求进度的无效进尺，和避免钻遇率低，频繁出层等问题。(2)通过煤层上下切及角差等方向伽马特征，提前调整，把控与优化井眼轨迹形态，减少侧钻次数，降低煤层浸泡垮塌风险的同时，提高太原组煤层水平井钻采效果。