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        近鉆頭方向伽馬導(dǎo)向工具在煤層氣水平井的應(yīng)用

        2018-02-15 08:00:42廖可鵬張艷萍劉建新趙穩(wěn)托王廣斌
        中國(guó)煤層氣 2018年6期
        關(guān)鍵詞:鉆遇伽馬煤層氣

        廖可鵬 黎 鋮 張艷萍 劉建新 趙穩(wěn)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(qū)塊3號(hào)煤層厚度較大,分布穩(wěn)定,含氣飽和度較高,煤層氣資源豐富,該區(qū)塊斷層不發(fā)育,構(gòu)造較簡(jiǎn)單,地層傾角2°~7°左右,是理想的水平井位部署區(qū)。

        煤層氣“L”型水平井是在煤層中鉆進(jìn)的一種常規(guī)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(wěn)定的排氣通道,達(dá)到提高煤層產(chǎn)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(jìn),施工中縮短鉆井周期,能減少煤層被浸泡時(shí)間,減小對(duì)煤層的污染,是提高單井產(chǎn)能的有效手段之一。

        近鉆頭方向伽馬工具又稱BITEye ,該系統(tǒng)與其它隨鉆測(cè)量系統(tǒng)相比具有測(cè)量盲區(qū)短、可選方向伽馬測(cè)量、數(shù)據(jù)上傳快等優(yōu)勢(shì),儀器成本價(jià)格低于LWD隨鉆測(cè)量?jī)x器,非常適合于煤層氣水平井鉆探成本低、鉆進(jìn)速度快的鉆井施工條件。因此,在鄭莊區(qū)塊的多口“L”型水平井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

        2 工具技術(shù)特點(diǎn)

        近鉆頭方向伽馬工具采用目前最先進(jìn)的技術(shù)與工藝,能在不同類型的鉆井液條件下工作,理論連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng),測(cè)量盲區(qū)短,方向伽馬能精確確定地層上、下邊界,為地質(zhì)導(dǎo)向提供有力依據(jù)。針對(duì)煤層氣井煤層走向起伏大、傾角穩(wěn)定性差的特點(diǎn),該儀器完全滿足煤層氣井的現(xiàn)場(chǎng)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(yōu)勢(shì),見表1。

        (1)伽馬具有方向性,能準(zhǔn)確判斷地層上切、下切,識(shí)別鉆頭與目的層的相對(duì)位置關(guān)系較為容易;

        (2) 井斜和伽馬測(cè)量盲區(qū)短,測(cè)斜距井底0.35m,平均伽馬、方位伽馬距井底0.66m,儀器盲區(qū)的縮短有利于及早發(fā)現(xiàn)地層變化,便于及時(shí)進(jìn)行軌跡調(diào)整,減少非煤層段進(jìn)尺,提高煤層鉆遇率;

        (3)信號(hào)傳輸速度快,達(dá)到1-4bits/sec,保證測(cè)量精度,能準(zhǔn)確分析煤層層內(nèi)特征;

        (4)信號(hào)傳輸速度快、測(cè)量精度高,且測(cè)斜不需要停開泵,提高了井眼軌跡分析的準(zhǔn)確度和及時(shí)性,也提升了鉆進(jìn)速度;

        (5)信號(hào)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(fā)的試驗(yàn)產(chǎn)品,存在著儀器穩(wěn)定性較差、故障率高的問題,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中頻繁出現(xiàn)信號(hào)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(duì)比表

        注:表中使用數(shù)據(jù)為近鉆頭方向伽馬工具BITEye和海藍(lán)MWD+GR

        3 應(yīng)用方法

        相比MWD+GR工具,近鉆頭方向伽馬工具最大的優(yōu)勢(shì)在于伽馬具有方向性,能直接判斷上行、下行,結(jié)合井底井斜,能進(jìn)一步了解煤層變化趨勢(shì);測(cè)量盲區(qū)短,基本反映鉆頭處巖性變化,能及時(shí)對(duì)軌跡進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)該工具的主要技術(shù)特點(diǎn),形成近鉆頭方向伽馬工具現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整方法。

        3.1 鉆遇層內(nèi)夾矸方向伽馬特征

        煤層內(nèi)部發(fā)育多層較為穩(wěn)定的煤矸石,煤矸石相比煤層伽馬值偏高,可作為導(dǎo)向調(diào)整的依據(jù)。當(dāng)隨鉆方向伽馬發(fā)生變化時(shí),根據(jù)其變化特征,判斷鉆頭上行、下行,并對(duì)軌跡作出實(shí)時(shí)調(diào)整。

        3.1.1 煤層內(nèi)大角差上切方向伽馬特征

        軌跡大角差上切夾矸時(shí),方向伽馬曲線表現(xiàn)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(shí),上、下伽馬曲線形態(tài)整體一致(圖1)。

        圖1 煤層內(nèi)上行方向伽馬特征

        現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)中,鉆頭上切鉆遇夾矸,顯示煤層變緩或變下傾,根據(jù)鉆穿夾矸的快慢,結(jié)合夾矸厚度,可預(yù)計(jì)煤層傾角,調(diào)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(nèi)大角差下切方向伽馬特征

        軌跡大角差下切夾矸時(shí),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(shí),上、下伽馬曲線形態(tài)整體一致 (圖2)。

        圖2 煤層內(nèi)下行方向伽馬特征

        現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)中,鉆頭下切鉆遇夾矸,顯示煤層變陡或變上傾,根據(jù)鉆穿夾矸的快慢,結(jié)合夾矸厚度,可預(yù)計(jì)煤層傾角,調(diào)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(nèi)小角差上、下切或無角差平行穿夾矸時(shí)方向伽馬特征

        軌跡小角差下切或無角差平行穿夾矸時(shí),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(dòng),在較長(zhǎng)井段內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)中,鉆頭小角差下切或無角差平行穿夾矸時(shí),顯示當(dāng)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(hào)煤層頂?shù)讎鷰r均為泥巖,伽馬值遠(yuǎn)高于煤層及層內(nèi)夾矸,通過上下伽馬值變化可進(jìn)一步確定為頂出還是底出煤層,鉆頭鉆出煤層時(shí),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(jìn)煤層;若上伽馬值先降低,下伽馬值后降低為底進(jìn)煤層(圖4)。

        圖4 頂出煤層伽馬特征圖

        現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)中,通過層內(nèi)伽馬特征控制軌跡在煤層中鉆進(jìn),當(dāng)?shù)貙幼兓^大,雖提前對(duì)軌跡進(jìn)行調(diào)整,仍頂出或底出時(shí),顯示當(dāng)前井斜與地層傾角相差大,應(yīng)調(diào)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(yīng)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(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,近鉆頭方向伽馬測(cè)量數(shù)據(jù)判斷上、下切地層清晰,能通過上、下伽馬的變化,識(shí)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(jìn)行導(dǎo)向施工,避免了出層風(fēng)險(xiǎn),取得了平均水平段長(zhǎng)908.67m,平均鉆速21.86m/h,平均鉆遇率97.39%的技術(shù)指標(biāo),與MWD+GR測(cè)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(qū)塊部署的一口常規(guī)L型水平井,本井鄰井資料少,構(gòu)造落實(shí)程度低,水平段導(dǎo)向施工難度較大,近鉆頭方向伽馬工具的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用使得本井快速完成了892m水平段進(jìn)尺,同時(shí)取得了100%的高鉆遇率指標(biāo),進(jìn)一步體現(xiàn)了近鉆頭方向伽馬工具在煤層氣水平井施工中的優(yōu)勢(shì)。

        表2 煤層氣水平井導(dǎo)向技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

        注:表中數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)場(chǎng)錄井資料

        5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

        (1)近鉆頭方向伽馬工具BITEye的現(xiàn)場(chǎng)使用取得了較好的應(yīng)用效果,與MWD+GR測(cè)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(yōu)勢(shì),能適應(yīng)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(hào)穩(wěn)定;能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,減少起下鉆次數(shù),縮短鉆井周期;儀器測(cè)量盲區(qū)短,便于軌跡實(shí)時(shí)調(diào)整,優(yōu)化井身軌跡質(zhì)量;伽馬值具有方向性,準(zhǔn)確判斷上、下切地層,為地質(zhì)導(dǎo)向提供有力依據(jù)。該儀器完全適用于煤層氣各類水平井的施工。

        (3)近鉆頭發(fā)射結(jié)構(gòu)在使用過程中機(jī)械絕緣性能有一定降低,信號(hào)傳輸?shù)墓β氏陆?,在煤層的高電阻率值的情況下近鉆頭測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸易出現(xiàn)故障,造成儀器穩(wěn)定性較差,有待進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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