孫景龍 郎海亮 張偉

摘要：后峽礦區(qū)煤層氣資源豐富，具備良好的地面抽采條件，各主力煤層厚度穩(wěn)定，含氣量高且煤層割理裂隙發(fā)育，適合壓裂改造增產(chǎn)。煤層氣水平井技術(shù)集鉆井、增產(chǎn)技術(shù)于一身，特別對低滲透率、薄煤層、低豐度煤層氣資源，具有提高產(chǎn)量、提高采氣速度、提高最終采收率作用。在該區(qū)利用煤層氣水平井開發(fā)示范可為節(jié)約地面利用空間、保護環(huán)境以及后續(xù)大規(guī)模開發(fā)利用提供重要指導(dǎo)意義。

Abstract： The coalbed methane resources of Houxia Mining Area are abundant， with good ground extraction conditions. The thickness of the main coal seams is stable， the gas content is high and the clefts of coal seams are developed， which is suitable for fracturing and increasing production. The horizontal gas well technology of coal bed methane combines drilling technology with increasing production， especially for low permeability， thin coal seam and low abundance CBM resources， which can increase production， increase gas production rate， and increase ultimate recovery. The use of CBM horizontal well development demonstrations in this area can provide important guiding significance for saving space use on the ground， protecting the environment， and subsequent large-scale development and utilization.

關(guān)鍵詞：煤層氣；水平井；煤層；井眼軌跡

Key words： coalbed gas；horizontal well；coal seam；wellbore trajectory

中圖分類號：TE37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0163-03

0 引言

L型井水平井在美國Arkoma盆地超過200口井，我國在沁水、鄂東、新疆阜康、黔北等地成功應(yīng)用，目前全國已鉆羽狀井、U型井、L型井約435口，隨著壓裂技術(shù)和無桿泵排采技術(shù)的進步，近年L型井多段壓裂改造技術(shù)發(fā)展快，應(yīng)用較多。單井日產(chǎn)氣比直井提高10倍左右，8年采出可采儲量85%。綜合成本低，回收期短，經(jīng)濟效益好。

1 井位部署

后峽區(qū)塊西山窯組下段煤層發(fā)育（B煤組），含煤27層，西部23-27勘探線之間主煤層B8、B10、B12單層厚度5.0-9.7m，結(jié)構(gòu)簡單，橫向分布穩(wěn)定，具備水平井鉆井條件；主要表現(xiàn)為單斜構(gòu)造，褶曲、斷層不發(fā)育，煤層傾角在10-30°之間，主力煤層分布穩(wěn)定，單層厚度在5米以上，煤體結(jié)構(gòu)完整、含氣性好的井區(qū)，鄰井實測煤層最高含氣量3.09-4.59m3/t，煤層資源豐度>1.0×108m3/km2以上，地層壓力梯度正常。西部B8、B10煤層厚度大，橫向分布最穩(wěn)定，連續(xù)性好。

鄰近TCS-1井參數(shù)：B12煤層：井段616.55-635.7m，視厚度16.99m/3層。黑色，煤巖成份以鏡煤、亮煤為主，局部暗煤屬半亮煤，玻璃光澤，瀝青光澤，貝殼狀斷口、割理較發(fā)育，線理狀結(jié)構(gòu)，水平層理構(gòu)造。含氣量為0.28-1.71m3/t，平均為0.99m3/t；B10煤層：井段751.7-759.35m，黑色，煤巖成份以鏡煤、亮煤為主，局部暗煤屬半亮煤，玻璃光澤，瀝青光澤，貝殼狀斷口、割理較發(fā)育，線理狀結(jié)構(gòu)，水平層理構(gòu)造。含氣量為2.32-4.59m3/t，平均為3.83m3/t。滲透率為0.44md；B8煤層：井段798.3-805.58m，視厚7.28m，黑色，煤巖成份以鏡煤、亮煤為主，局部暗煤屬半亮煤，玻璃光澤，瀝青光澤，貝殼狀斷口、割理較發(fā)育，線理狀結(jié)構(gòu)，水平層理構(gòu)造。夾雜部分碳質(zhì)泥巖。含氣量為1.59-3.09m3/t，平均為2.57m3/t。B8煤層滲透率為4.65md。

B12煤含氣量低，B10煤、B8煤具備鉆水平井條件；B10煤層含氣性好于B8，B8煤層滲透率好于B10。首先選擇在B8煤層開展水平井試驗。

水平井軌跡方向要考慮地應(yīng)力和天然裂縫發(fā)育方向。一般天然裂縫垂直最小主應(yīng)力方向發(fā)育（裂縫方向與最大主應(yīng)力方向平行）。水平井眼軌跡一般垂直天然裂縫方向，其優(yōu)點是：鉆井井眼最穩(wěn)定，不易坍塌；井眼筒穿透最大數(shù)量天然裂縫，充分利用天然裂縫的導(dǎo)流能力；壓裂裂縫沿天然裂縫進一步延伸，擴大裂縫網(wǎng)絡(luò)，改造效果好。后峽區(qū)塊最大地層主應(yīng)力方向為SW-NE方向，天然裂縫也以北東向為主，所以水平井眼軌跡方向部署在NW-SE方向。目的層B8，井眼軌跡SE向，水平進尺600m，末端略上翹。

沿主煤層走向鉆L型水平井，煤層進尺宜控制在600-1000m之間，下套管固井完井。本次優(yōu)選塔平2井方案。

2 鉆井方案

2.1 井深結(jié)構(gòu)及設(shè)備選擇

參照前期新疆地區(qū)水平井鉆井情況，綜合考慮成本控制，井身結(jié)構(gòu)使用（鉆頭尺寸/套管尺寸）一開374.7/273.1mm，二開241.3/193.7mm，三開171.4/139.7mm。增大一開鉆頭及套管尺寸，增強抵御二開井漏風(fēng)險的能力。三開選用較大的生產(chǎn)套管，為后期壓裂增產(chǎn)、排水降壓，提供了較大的空間，增大了過流面積。根據(jù)井身結(jié)構(gòu)情況，鉆遇地層及水平段長度，為保證高質(zhì)量、高效率完成鉆井任務(wù)，使用ZJ30或同等能力鉆機。水平井使用隨鉆隨鉆測量工具MWD、EM-MWD導(dǎo)向儀器定向，可提供頂?shù)装遒ゑR值、信號兩條地質(zhì)曲線，以及井斜角、方位角、鉆速、鉆壓、泵壓、排量等參數(shù)，結(jié)合地質(zhì)錄井、氣測錄井、巖屑錄井，對鉆遇地層進行跟蹤，煤層鉆遇率達(dá)到90%以上。

2.2 鉆井液技術(shù)

針對表層及二開井漏情況，提前備好堵漏材料，重點井段加大坐崗力度，及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，避免危害擴大。一開、二開鉆井液：鉆井水+0.2-0.3%NaOH+0.2-0.3% Na2CO3+9-10%膨潤土；池內(nèi)加足鉆井水，加入2-3kg/m3的NaOH和Na2CO3除鈣和鎂離子，使其軟化；再加入90-100kg/m3的膨潤土，水化6-8h。三開（低固相聚合物）鉆井液：聚丙烯酰胺+CMC+聚丙烯酸鉀+鈉土粉+純堿+潤滑劑。

鉆井液處理原則：以KPAM絮凝劑，抑制造漿、控制膨潤土含量上升；NPAN、FT-103配合改善泥餅質(zhì)量，控制高溫高壓失水，防止井壁垮塌；使用乳化石蠟改善鉆井液潤滑性。欠壓實地層發(fā)生鉆井液漏失時，可配置隨鉆堵漏劑，隨鉆封堵。

準(zhǔn)備工作及二開預(yù)處理：一開固井時回收未污染的鉆井液，并清理循環(huán)凈化系統(tǒng)的鉆屑砂子，加清水稀釋，調(diào)整膨潤土含量達(dá)到4～6%，同時加入KPAM，小分子聚合物處理劑（NPAN），調(diào)整鉆井液性能達(dá)到設(shè)計要求后即可二開。

2.3 固井技術(shù)

根據(jù)注水泥模擬結(jié)果，限于井下條件，調(diào)整后的最低排量不得小于2.0m3/min；沖洗夜采用清水中加入5%沖洗液材料（表面活性劑）BCS-010L，改善界面膠結(jié)采用高水灰比的水泥漿作為隔離液以形成漲塑性流體，改善水泥漿速度剖面。一開返至地面，二開返至造斜點以上100m，三開返至著陸點以上不少于300m。由于單支水平井存在磨阻大，套管下入困難的技術(shù)難題，在選取三開套管時優(yōu)選剛拉強度及屈服強度等較大的套管類型。（表2）

3 壓裂技術(shù)

水力裂縫在水平井壓裂改造不要表現(xiàn)為縱向縫、橫向縫和復(fù)雜縫。隨著裂縫條數(shù)的增加，壓裂水平井的累計產(chǎn)量總體上逐漸增加，增幅隨著裂縫條數(shù)的進一步增加逐漸減小。如果沿裂縫方向的滲透率與沿井筒方向的滲透率相等或相差比較小，那么裂縫的最佳條數(shù)為5～7條，如果沿裂縫方向的滲透率比沿井筒方向的滲透率大，那么裂縫的最佳條數(shù)將有所增加。充分考慮地應(yīng)力場和裂縫形態(tài)，本次采用電纜射孔+易鉆橋塞聯(lián)作分壓工藝：下入速鉆橋塞壓裂管柱→坐封橋塞→打掉橋塞，上提管柱→將射孔槍對準(zhǔn)預(yù)定位置→射孔→將管柱全部提出井筒→壓裂→重復(fù)以上步驟進入下段壓裂。

4 排采技術(shù)

考慮本區(qū)煤層產(chǎn)水能力，設(shè)計排量5-25m3/d。泵長4.19m，外徑114/101mm，可通過狗腿度小于16°/30m造斜井段，耐溫80℃。采用150FPC型電潛螺桿泵排采配套工藝：采用篩網(wǎng)防砂防煤粉；自動化變頻控制柜，初期單井排采階段可選擇手動調(diào)節(jié)模式。電潛螺桿泵具有無需油桿傳送動力，無偏磨；可通過狗腿度16°/30m井眼，最大下泵井斜角達(dá)到90°；可實時監(jiān)測井下液面的高度（井底壓力）；舉升能力達(dá)到1000m（垂直深度）；排液量1.5-200m3/d；能夠在高氣液比井況平穩(wěn)生產(chǎn)（最大氣水比80：20）；具有較好的煤粉適用性；具有根據(jù)液面高度和井底壓力的自動控制和手動控制模式，可根據(jù)需要切換等優(yōu)點。

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