近鉆頭方向伽馬導向工具在煤層氣水平井的應用

廖可鵬 黎 鋮 張艷萍 劉建新 趙穩托 王廣斌

(渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司，河北 062552)

1 引言

沁水盆地鄭莊區塊3號煤層厚度較大，分布穩定，含氣飽和度較高，煤層氣資源豐富，該區塊斷層不發育，構造較簡單，地層傾角2°～7°左右，是理想的水平井位部署區。

煤層氣“L”型水平井是在煤層中鉆進的一種常規水平井，后期下入篩管或套管完井，支撐井壁，防止煤層垮塌造成井眼堵塞。相比多分支水平井的裸眼完井，“L”型水平井通過提供穩定的排氣通道，達到提高煤層產氣能力的目的。在鉆探“L”型水平井過程中，采用無固相聚膜鉆井液鉆進，施工中縮短鉆井周期，能減少煤層被浸泡時間，減小對煤層的污染，是提高單井產能的有效手段之一。

近鉆頭方向伽馬工具又稱BITEye ，該系統與其它隨鉆測量系統相比具有測量盲區短、可選方向伽馬測量、數據上傳快等優勢，儀器成本價格低于LWD隨鉆測量儀器，非常適合于煤層氣水平井鉆探成本低、鉆進速度快的鉆井施工條件。因此，在鄭莊區塊的多口“L”型水平井進行了現場應用。

2 工具技術特點

近鉆頭方向伽馬工具采用目前最先進的技術與工藝，能在不同類型的鉆井液條件下工作，理論連續工作時間長，測量盲區短，方向伽馬能精確確定地層上、下邊界，為地質導向提供有力依據。針對煤層氣井煤層走向起伏大、傾角穩定性差的特點，該儀器完全滿足煤層氣井的現場施工需求。與MWD+GR隨鉆工具相比，近鉆頭方向伽馬工具具有以下優勢，見表1。

(1)伽馬具有方向性，能準確判斷地層上切、下切，識別鉆頭與目的層的相對位置關系較為容易；

(2) 井斜和伽馬測量盲區短，測斜距井底0.35m，平均伽馬、方位伽馬距井底0.66m，儀器盲區的縮短有利于及早發現地層變化，便于及時進行軌跡調整，減少非煤層段進尺，提高煤層鉆遇率；

(3)信號傳輸速度快，達到1-4bits/sec，保證測量精度，能準確分析煤層層內特征；

(4)信號傳輸速度快、測量精度高，且測斜不需要停開泵，提高了井眼軌跡分析的準確度和及時性，也提升了鉆進速度；

(5)信號傳輸不受鉆井液體系的影響，可適用于水基泥漿或油基泥漿工作，滿足任何鉆井液類型。

但近鉆頭方向伽馬工具屬于自主研發的試驗產品，存在著儀器穩定性較差、故障率高的問題，現場試驗中頻繁出現信號紊亂、中斷的情況，造成資料無法使用和起鉆檢查更換儀器，影響了鉆井周期。

表1 近鉆頭方向伽馬工具與MWD+GR隨鉆工具性能對比表

注：表中使用數據為近鉆頭方向伽馬工具BITEye和海藍MWD+GR

3 應用方法

相比MWD+GR工具，近鉆頭方向伽馬工具最大的優勢在于伽馬具有方向性，能直接判斷上行、下行，結合井底井斜，能進一步了解煤層變化趨勢；測量盲區短，基本反映鉆頭處巖性變化，能及時對軌跡進行調整。針對該工具的主要技術特點，形成近鉆頭方向伽馬工具現場調整方法。

3.1 鉆遇層內夾矸方向伽馬特征

煤層內部發育多層較為穩定的煤矸石，煤矸石相比煤層伽馬值偏高，可作為導向調整的依據。當隨鉆方向伽馬發生變化時，根據其變化特征，判斷鉆頭上行、下行，并對軌跡作出實時調整。

3.1.1 煤層內大角差上切方向伽馬特征

軌跡大角差上切夾矸時，方向伽馬曲線表現為上伽馬先抬升，下伽馬滯后抬升，在同一井深處，上伽馬值大于下伽馬值；下坡帶：上伽馬先下降，下伽馬滯后下降，在同一井深處，上伽馬值小于下伽馬值；在上切過完整夾矸時，上、下伽馬曲線形態整體一致(圖1)。

圖1 煤層內上行方向伽馬特征

現場鉆進中，鉆頭上切鉆遇夾矸，顯示煤層變緩或變下傾，根據鉆穿夾矸的快慢，結合夾矸厚度，可預計煤層傾角，調整井斜小于地層傾角2°，使鉆頭逐步下行至好煤中。

3.1.2 煤層內大角差下切方向伽馬特征

軌跡大角差下切夾矸時，爬坡帶：下伽馬先抬升，上伽馬滯后抬升，在同一井深處，下伽馬值大于上伽馬值；下坡帶：下伽馬先下降，上伽馬滯后下降，在同一井深處，下伽馬值小于上伽馬值，在下切過完整夾矸時，上、下伽馬曲線形態整體一致 (圖2)。

圖2 煤層內下行方向伽馬特征

現場鉆進中，鉆頭下切鉆遇夾矸，顯示煤層變陡或變上傾，根據鉆穿夾矸的快慢，結合夾矸厚度，可預計煤層傾角，調整井斜大于地層傾角2°，使鉆頭逐步上行至好煤中。

3.1.3 煤層內小角差上、下切或無角差平行穿夾矸時方向伽馬特征

軌跡小角差下切或無角差平行穿夾矸時，下伽馬緩慢抬升至最高值后保持不變，上伽馬值保持不變或有小幅度波動，在較長井段內下伽馬值大于上伽馬值(圖3)。

圖3 小角差或無角差平行穿夾矸

現場鉆進中，鉆頭小角差下切或無角差平行穿夾矸時，顯示當前井斜與地層傾角基本接近，可通過微增或微降井斜，使鉆頭盡快鉆出夾矸。

3.2 煤層頂、底出方向伽馬特征

3號煤層頂底圍巖均為泥巖，伽馬值遠高于煤層及層內夾矸，通過上下伽馬值變化可進一步確定為頂出還是底出煤層，鉆頭鉆出煤層時，下伽馬值先升高，上伽馬值后升高為底出煤層；若上伽馬值先升高，下伽馬值后升高為頂出煤層。反之若下伽馬值先降低，上伽馬值后降低為頂進煤層；若上伽馬值先降低，下伽馬值后降低為底進煤層(圖4)。

圖4 頂出煤層伽馬特征圖

現場鉆進中，通過層內伽馬特征控制軌跡在煤層中鉆進，當地層變化較大，雖提前對軌跡進行調整，仍頂出或底出時，顯示當前井斜與地層傾角相差大，應調整井斜大于或小于地層傾角3°～4°盡快回層，確保煤層鉆遇率。

4 應用效果

近鉆頭方向伽馬工具在F70P9-1L井、Z1P-3L井、Z121P1井等3口井進行了現場應用，近鉆頭方向伽馬測量數據判斷上、下切地層清晰，能通過上、下伽馬的變化，識別鉆頭位于煤層中的的位置，采取上切降斜、下切增斜的方法進行導向施工，避免了出層風險，取得了平均水平段長908.67m，平均鉆速21.86m/h，平均鉆遇率97.39%的技術指標，與MWD+GR測量工具相比在提高煤層鉆遇率、加快鉆井速度、縮短鉆井周期等方面效果顯著，見表2。其中Z121P1L井是鄭莊區塊部署的一口常規L型水平井，本井鄰井資料少，構造落實程度低，水平段導向施工難度較大，近鉆頭方向伽馬工具的現場應用使得本井快速完成了892m水平段進尺，同時取得了100%的高鉆遇率指標，進一步體現了近鉆頭方向伽馬工具在煤層氣水平井施工中的優勢。

表2 煤層氣水平井導向技術指標對比

注：表中數據來源于現場錄井資料

5 結論與認識

(1)近鉆頭方向伽馬工具BITEye的現場使用取得了較好的應用效果，與MWD+GR測量工具相比，平均煤層鉆遇率提高了6.32%、水平段純鉆周期縮短了1.78天。

(2)近鉆頭方向伽馬工具具有多方面的優勢，能適應不同類型的鉆井液條件，不受煤層、氣泡等因素影響，儀器信號穩定；能長時間連續工作，減少起下鉆次數，縮短鉆井周期；儀器測量盲區短，便于軌跡實時調整，優化井身軌跡質量；伽馬值具有方向性，準確判斷上、下切地層，為地質導向提供有力依據。該儀器完全適用于煤層氣各類水平井的施工。

(3)近鉆頭發射結構在使用過程中機械絕緣性能有一定降低，信號傳輸的功率下降，在煤層的高電阻率值的情況下近鉆頭測量數據傳輸易出現故障，造成儀器穩定性較差，有待進一步優化結構設計。