無洞穴遠端精準對接技術在寧夏石嘴山礦區煤層氣MS01井中的應用分析

牛建魁 李 剛 馬 凱 齊德源 孫文儀 喬月飛

(寧夏回族自治區煤炭地質調查院,寧夏 750001)

1 MS01井軌跡設計

經現場踏勘和綜合研究決定，在排采直井MZ01西南側沿著6號煤層中部位置向東北方向實施水平井MS01鉆進，最終完成MZ01和MS01的對接連通。軌跡設計充分考慮重力場對該井產能的影響，也很好的利用鉆具自重解決水平段鉆進拖壓問題，有利于井眼軌跡控制及精準對接。合理設計靶前距，造斜段設計最大狗腿度為6.30°/30m，有利于井眼軌跡控制。井眼軌跡數據見表1，施工示意圖如圖1所示。

表1 MS01井設計剖面節點數據表

圖1 施工示意圖

2 施工主要設備

根據井眼軌跡設計及施工需要主要配置設備見表2。

表2 主要設備

3 鉆具組合

鉆具組合以保證井下安全為主，盡量簡化鉆具結構。三開煤層鉆進中馬達及其他鉆具禁止使用扶正器，鉆具組合見表3。

表3 鉆具組合

4 施工過程累計誤差分析

4.1 磁導向對接原理

該技術施工是采用旋轉磁導向系統，由安裝于鉆頭部位的旋轉強磁接頭、置于對接直井中的磁信號采集探管、地表數據接口箱和磁信號解析計算軟件組成，施工過程中有螺桿馬達帶動鉆頭處強磁接頭旋轉產生交變人工動態磁場，探管接受動態磁場信號，通過數據接口箱及信號解析計算軟件解析出鉆頭和對接點的相對位置，最終引導鉆頭鉆向對接點實現精準對接，其測量近靶點距離和方位，克服了在鉆探過程中測量產生累計誤差。

4.2 施工過程降低累計誤差措施

施工過程中累計誤差的產生是不可避免的，實鉆軌跡往往偏離設計軌跡，為了使得在對接過程中實際點與計算點盡量接近實現精準對接因而人為采取以下幾點降低誤差的措施。

(1)施工前對定向儀器返廠在特定無磁車間標定；

(2)在MS01井施工采用最新地磁模型IGRF2020計算方位修正角，盡可能的減少施工過程的誤差累積；

(3)在水平井及對接直井鉆孔坐標采用初測、復測；

(4)在直井、水平井直井段施工過程中采用單點間隔10～30m測斜，施工完采用多點儀器間隔10m一個測量點復測井眼軌跡數據。

4.3 施工過程中的井眼軌跡控制技術

煤層氣遠端對接水平井在施工過程中井眼軌跡控制尤為關鍵，良好的井眼軌跡不僅是鉆井安全的保障也有利于精準對接。

(1)直井段施工階段

煤層氣水平井施工對直井段的要求較高，如果直井段的水平位移過大，就不能按照設計的造斜率來施工，增加軌跡控制的難度和井下事故發生的可能性。施工過程中嚴格控制鉆壓，控制最大井斜角度不超過1.5°，在控制井斜不超標的同時要采取微調整方位的方式控制視位移為負值可降低造斜段造斜率，降低造斜段施工難度。

(2)造斜段施工

在井深630m開始造斜鉆進，根據實際情況采用滑動鉆進和復合鉆進兩種方式施工，隨時調整井斜方位，在預計目標儲層垂深沒有變化之前，井眼軌跡嚴格貼合設計軌跡鉆進。造斜段井斜45°時，采取把鉆具倒置的措施預防鉆具加壓的困難很好控制了井眼軌跡。在穿越中間3號煤厚煤層時及時調整了鉆井泵排量及鉆壓參數防止了煤層坍塌，并且及時測量井斜、方位預測出井眼軌跡動向防止了煤層段鉆進過程中造斜率過低入靶時“打沉”。

(3)水平段施工

MS01井水平段設計800m，目標煤層為6號煤層，入窗井斜85°，施工過程中嚴格控制水平段井斜不超90°，實鉆軌跡與設計軌跡左右相差2m，同時根據方位伽瑪數據判斷煤儲層夾干位置，確保了水平段煤層鉆遇率。

4.4 對接過程及數據

本次施工采用RMGS對接儀器施工,在鉆進至距離對接點100m時(Landmark軟件計算距離)，起鉆下上述鉆具組合進行鉆進，直井現場聯通技術人員將磁信號采集探管下入直井預定位置(根據直井套管數據、絞車計數及磁信號解析計算軟件測得磁場數據)，水平井現場定向技術人員將測斜數據(井深、井斜、礠方位)發送對接技術人員，定向技術人員將工具面擺到360°，鉆具置于井底靜態測量，直井技術人員采集數據計算偏差反饋數據至水平井現場技術人員，以此調整鉆頭方向，從而達到對接聯通。對接過程數據見表4。

表4 對接過程數據表