高階煤裸眼多分支水平井重建滲流通道技術研究與應用

李學博 劉 忠 劉春春 張光波 李 鵬 張紅星

(華北油田山西煤層氣分公司，山西 048000)

裸眼多分支水平井依靠其主、分支有效溝通煤層中的裂縫系統，使滲流通道呈網狀分布，突破了煤層非均質的局限，增加了煤層氣的解吸范圍，降低了開發綜合成本，經濟效益十分顯著，是區塊開發的主體工藝技術之一。但從沁水盆地南部鄭莊區塊開發效果來看，工藝適應性較差，總體呈現出低產井比例高、單井產量差異大的特點，嚴重制約了產能建設目標的實現。

1 鄭莊區塊多分支水平井開發概況

1.1 多分支水平井生產概況

鄭莊區塊投產至今累計投產多分支水平井41口，單井最高產氣量達到20000m3/d。平均單井產氣量2700m3，平均流壓0.15MPa，無進一步提產潛力。其中產量低于5000m3井37口，占總井數的90%，整體開發效果效益較差。在生產中發現，部分水平井井眼通道出現垮塌、堵塞，產量遠低于預期。該類井地質條件較好，具有良好的增產潛力，但依靠長期自然排采無法有效恢復單井產能，急需進行增產改造。

區內開發地質背景為富集低滲，開發主力層為山西組3號煤，含氣量22m3/t，煤層厚度4～6m，平均5.3m，煤層埋深480～1050m，平均780m，平均滲透率0.01mD，物性較差。

1.2 低產原因分析

結合前人研究成果，本文認為在含氣量、埋深相近的條件下，多分支水平井低產的主要原因有兩類。

煤巖結構破碎，鉆井易垮塌。沁水盆地高階煤層后期構造改造嚴重，具有抗壓強度低、楊氏模量小、泊松比小、易碎易垮塌的特點。借鑒寺河礦煤樣試驗分析結果，沁水盆地3號煤在清水中的膨脹性不強，已發育的裂隙大多被泥質或碳酸鹽填充。而在鉆井施工中，受鉆井液液柱壓差影響，致使鉆井液侵入煤層，引起內部黏土礦物膨脹，造成煤巖破壞形成碎塊。此外，局部地區煤體結構發育為碎裂結構煤，煤層強度及膠結程度較差，受鉆井壓力波動影響，煤層易發生疲勞損傷，引起井下垮塌。

該類井實鉆軌跡遠未達到設計軌跡，分支進尺短，井控面積極其有限，產氣效果差，平均產氣量不足500m3(見圖1)。

圖1 鉆井垮塌井分布圖及煤層進尺統計圖

(1)以鄭3V為例

該井受煤體結構破碎影響，鉆井中發生煤層垮塌。有效煤層進尺920m，純煤進尺793m，煤層鉆遇率86.2%，是正常完鉆井進尺的1/5左右。井控面積0.2km2。投產后基本不產氣(見圖2)。

圖2 鄭3V生產曲線圖

儲層應力變化導致井眼垮塌。煤儲層應力敏感性強，隨著排水生產的持續進行，氣井井筒內的動液面將會不斷下降，儲層壓力隨之下降，有效應力增加，在煤層圍巖壓力基本不變的條件下，煤巖與煤層裂隙、孔隙的壓力差將逐步增加，局部煤層出現不穩定狀態，導致井眼變形垮塌，堵塞滲流通道，氣井產能無法釋放，氣井表現為低氣低水。研究表明，煤體結構越破碎井眼越易垮塌(見圖3)。

圖3 排采應力變化示意圖

該類井鉆完井情況較好，分支展布合理，排水階段降壓控制較好，解吸后有良好產氣趨勢，在產氣過程中，氣、水、壓力發生突降。分析認為是井眼發生垮塌或煤粉堵塞氣水產出通道。

(2)以鄭4V為例

該井有效煤層總進尺4499m，有效純煤進尺4376m，煤層鉆遇率97.3%，井控面積0.55km2，整體鉆井情況較好。排采過程中受系統壓力波動影響，發生氣、水、壓力突降。氣量由3800m3降至無氣；水量由1.0m3降至無液；流壓由0.5MPa降至0.1MPa。分析認為該井分支發生垮塌，后期實施氮氣泡沫解堵措施未見明顯效果(見圖4)。

圖4 鄭4V生產曲線圖

2 井眼重入技術的研究

2.1 技術原理

利用原多分支水平井工程井，在原水平井分支控制范圍內重鉆井眼，穿過洞穴井后按照設計分支軌跡鉆井，溝通原有分支，實現對整個多分支井盤活，提高單井產氣能力。

2.2 垮塌點判識

本文首先對低產水平井實施四維向量生產監測，結合數值模擬技術，對氣井地下流體能量強弱進行有效識別，初步判別水平井產量貢獻的主要分支。在此基礎上，綜合構造及縱向煤體組合特征，判識分支坍塌點。研究表明，分支易在以下幾個部位發生垮塌。

背斜軸部：研究表明，背斜軸部為應力釋放區，會使軸部的巖層產生裂縫，導致煤體結構破碎，雖然該位置處滲透率有一定改善，但易發生井壁坍塌(見圖5)。

圖5 背斜軸部垮塌示意圖

分支側鉆點：受煤體破碎、煤層垮塌影響，部分井主支側鉆點密集分布，使該井段成為應力集中區，排采過程中隨著儲層壓力的逐步下降，有效應力加大，導致該井段煤巖發生易垮落，堵塞氣水產出通道。(見圖6)

圖6 分支側鉆點垮塌示意圖

斷層附近：由斷層形成的巖性突變和破碎帶是影響井壁穩定的兩個因素：①巖性突變：斷層通常會造成巖性突變，當鉆遇到不同巖性時，由于強度發生變化，導致井壁失穩。②破碎帶：斷層在形成過程中，不同層位在外力的作用下會發生錯斷，導致斷層附近的巖石發生破碎，產生小的破碎帶，這些破碎帶對井壁的穩定性有較大影響(見圖7)。

圖7 斷層附近垮塌示意圖

2.3 重入方案設計

根據垮塌點位置，利用精確導向技術引導鉆頭重鉆井眼，疏通堵塞點。針對多分支水平井不同的垮塌情況設計重入分支(見圖8)，一是針對主井眼垮塌的多分支水平井，采用沿原主井眼直接重新鉆進，疏通堵塞位置；二是針對分支井眼垮塌的多分支水平井，側鉆新井眼，溝通原有側支。設計煤層進尺800～1000m，下入篩管完井，防止再次垮塌，同時保障后期可作業可維護。后期利用洞穴直井生產，節約投資的同時，保障單井的連續平穩生產。

圖8 井眼重入實施方案

2.4 鉆采工藝

設計軌跡為著陸點以后開窗側鉆，井軌跡聯通洞穴井后，盡量靠近原多分支水平井的主支、同時多溝通分支，保證主支的堵塞疏通效果。

為了實現利用原洞穴井排采，在設計井軌跡的過程中采用兩種方式與洞穴井進行聯通。一是在構造簡單、煤體結構穩定井區采用井軌跡直接聯通洞穴井的方式；二是在構造相對復雜、煤體結構破碎的井區設計井軌跡從洞穴邊緣穿過，采用憋壓方式聯通。

疏通井設計二開的井身結構，利用老水平井工程井，鉆開灰塞至著陸點附近，采用φ152.4mm鉆頭完成鉆井，下入φ139.7mm篩管完井。

2.5 技術適應性分析

對比水平井其它增產措施，井眼重入有三方面優勢：一是最大程度利用原工程井和排采井場，無需新征井場，節約投資；二是重鉆井眼后，采用篩管完井，支撐井壁，有效避免后期垮塌；三是成井后期可作業維護、增產改造。因此，該技術有效適用于井眼垮塌、堵塞較為嚴重的低產水平井，尤其是排采過程中氣、水、壓力突降的低產水平井。

3 現場應用

鄭莊區塊目前已實施井眼重入3口井，均見到了良好的措施效果，措施后平均日增氣量3500m3。

(1)針對分支垮塌、堵塞，實施分支側鉆，以鄭平X1V井為例

該井煤層進尺4500m，共鉆遇1主支，6分支，井控面積0.4km2。在排采過程中，受設備故障、頻繁停井影響，排采不連續，日產氣量由1.2萬m3突降至不產氣，經多次作業維護日產氣量僅恢復至800m3。分析認為該井分支側鉆點處井眼垮塌、堵塞。因此，對該井實施分支側鉆，措施后日增氣量3500m3(見圖9)。

圖9 鄭平X1V井生產曲線圖

(2)針對主支垮塌、堵塞，實施主支重入，以鄭平X2V井為例

該井煤層進尺4600m，共鉆遇2主支，9分支，井控面積0.4km2，分支展布合理。排采過程中受排采設備頻繁停井影響，流壓大幅波動，導致井眼垮塌，氣井幾乎不產氣。分析認為該井近井地帶主井眼垮塌、堵塞。因此，對該井實施主井眼重入，措施后日增氣量3800m3(見圖10)。

圖10 鄭平X2V井生產曲線圖

參 考 文 獻

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[3] 胡秋嘉，唐鈺童，吳定全，等.氮氣泡沫解堵技術在樊莊區塊多分支水平井上的應用[J].中國煤層氣，2015，12(5)：27-29.