煤層氣復雜結構水平井關鍵技術探索

譚天宇　蔣海濤　席佳男　李浩　郭超　郭宇程　范雯琦

【摘 要】煤層氣復雜結構水平井是為解決井塌、埋卡事故，井眼坍塌堵塞采氣通道，在后期增產作業過程中，洞穴易垮塌、管柱下入困難，主井眼無法重入等問題而應用新井型。復雜結構水平井是由一個多分支水平井和兩個直井洞穴排采井組成，多分支水平井主支和排采井洞穴在地層較為穩定的頂板泥巖，針對這種特殊井型配套了頂板泥巖造穴技術、連通技術、懸空側鉆技術、固壁技術等。以達到“主支疏通、分支控面、脈支解吸”的設計理念。

【關鍵詞】復雜結構水平井；懸空側鉆； 固壁技術

0 引言

隨著多分支水平井在山西煤層氣的不斷應用，在應用開發過程中也產生了很多問題，比如：在煤層鉆進過程中，煤層易垮塌，造成埋卡事故；主支不能浸泡，多次重入；排采井洞穴在排采過程中易垮塌，下抽油桿難；井眼軌跡難控制，易形成煤灰堆積，堵塞排采渠道等問題。針對這些問題，提出了在穩定的頂板泥巖鉆進主支、造穴、一井排水、一井采氣等設計思想和新井型的配套技術，以解決垮塌，井眼控制，排采堵塞。同時達到主支疏通、分支控面、脈支解吸等應用效果。

1 概述

1.1 復雜結構水平井井型

復雜結構水平井是由一個多分支水平井和兩個洞穴直井組成。主支在穩定的頂板泥巖鉆井，分支和脈支在煤層鉆進。兩個洞穴井的洞穴在頂板泥巖，通過連通技術，將水平井的主支將近、遠兩端的直井連起來。

1.2 復雜結構水平井的創新點

1）水平井主支建在煤層頂板，形成穩定的排水、疏灰、采氣通道；

2）水平井與排采井在煤層頂板連通，解決排采井洞穴坍塌、上下錯位的問題；

3）主支軌跡控制始終大于90度，消除排采時“水塞”和“灰堵”的現象 ；

4）可實現不下管柱在主支進行洗井；

5）水平井與兩口抽排井連通，可試驗排水、采氣分離的排采方式。

2 復雜結構水平井關鍵技術

2.1 頂板泥巖造穴技術

煤層氣開發中，直井作為排采井，起著溝通煤層氣排采通道，下入排采設備，并對煤層氣產氣情況進行監測的作用。煤層氣頂板泥巖造穴技術直井造穴技術是煤層氣水平井鉆完井技術中的一項專有技術，主要有兩個作用，一是，解決煤層在排采時灰卡或灰堵的問題，二是，提高水平井與直井連通的成功率。

鑒于頂板泥巖硬度高、所造洞穴直徑大（Ф600mm）的特點，研制了造穴直徑為Ф300mm和Ф600mm的單翼造穴工具。頂板泥巖造穴工具：主要由本體、心軸、刀翼等三部分構成。由于頂板泥巖地層堅硬，直接造直徑600mm的洞穴不易實現。故提出兩步造穴方案，即造穴作業分兩步進行：第一步先下入直徑300mm的造穴工具將洞穴位置處的玻璃鋼套管與水泥環清理干凈，并造出直徑300mm的洞穴；第二步是繼續下入直徑600mm的造穴工具，將直徑300mm的洞穴擴大為600mm。

2.2 懸空定點側鉆技術

懸空側鉆技術是多分支水平井工藝中特別重要的一種技術，它需要和導向，鉆井之間良好的信息溝通，在鉆進主井眼時充分考慮提前預留側鉆點的位置，盡量在煤層上部延伸，以便側分支降斜時不會底出煤層。還需要司鉆及泥漿工的合力鉆進，最主要是要組合好鉆具對地下的地質條件進行反復的分析，避免在鉆進過程中出現托壓，在側鉆過程中必須時刻觀察鉆壓和工具面的變化，并及時與導向師溝通，在鉆進過程中合理運用復合鉆井技術。

2.3 近、遠端斜井連通技術

RMRS是一種采用人工磁信標進行測量的主動測距系統，主動磁測距技術是在鉆進過程中借助人工營造的磁場作為信標進行定向測量，從而確定當前鉆進參數并指導鉆進方向的一種技術。

主動磁測距技術特點是在小范圍內采用人工磁信標所構筑的人工磁場進行測距，其強度比天然磁場強數十倍至數百倍，強磁信號可穿透地層數十米，而接受探管仍能捕獲信號，因此其測距范圍可達60m～70 m。通過測量該磁場的矢量參數，可精確計算出井眼軌跡，對鉆頭所處的當前位置進行精確定位。

2.4 泥巖主支固壁技術

頂、底板主支井眼的穩定性是建立穩定的多分支水平井的先決條件。由于頂、底板泥巖存在裂隙，用清水浸泡后將要發生垮塌。為了增強頂、底板井壁的穩定性，采用化學擠注固壁技術對頂、底板泥巖進行固壁。該技術是用鉆井液把井眼鉆成后，替入化學固壁液，在一定壓力下擠入裂隙地層中，使其充填、擴散、膠凝固化，以達到增加井壁強度長期固化穩定井眼的目的。

3 QS12-1井現場應用

QS12-1井是一口重點試驗井，由一口水平井和兩口直井組成。按照“主支疏通、分支控面、脈支解吸”的設計思想，主支在頂板泥巖內鉆進，總體上傾，主支段長2182m，水平位移1403.42m。主支在頂板泥巖鉆進工藝的成功實施，不但實現了主支的洗井功能，而且實現了井眼的重入。分支采取降斜側鉆至煤層，控制軌跡井斜大于90°的設計思想，見煤后鉆遇率95.62%，控制面積0.44平方公里。實現了單井萬米進尺無事故（總進尺13270m），創造了單井分支脈支最多（15個分支、33個脈支）、煤層進尺最長（煤層進尺10288m）等多項國內外記錄。

4 結論

1）主支在穩定的泥巖鉆進，不易垮塌，井眼軌跡整體上傾，排采時不易造成灰堵，水塞。可以多次重入，避免劃出新井眼的問題。

2）主支泥巖固壁技術本次泥巖主支固壁現場試驗分為兩次進行，成功進行了四個井段固壁，包括三個水平段和一個造斜段，試驗取得圓滿成功。保障主支井壁穩定安全。

3）懸空側鉆技術使夾壁墻穩定性研究取得實質性突破，使井壁穩定瓶頸得到解決，指導了側鉆點的選擇及技術參數的確定，攻克了水平分支井關鍵技術。

【參考文獻】

[1]黃洪春，盧明等.煤層氣定向羽狀水平井鉆井技術研究[J].天然氣工業，2004；24（5）.

[責任編輯：張濤]