張軍浪，袁 魁，郭 明

（北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京 100000）

煤層氣內(nèi)擁有豐富的能源，其開(kāi)采技術(shù)處在不斷地發(fā)展變化中，只有通過(guò)解吸、擴(kuò)散與滲流的方式才能完成對(duì)應(yīng)性開(kāi)采工作。我國(guó)煤層氣藏帶有低飽和、低滲透與低壓等特征，給開(kāi)采工作帶去些許難度，工作人員需及時(shí)優(yōu)化施工工藝，利用合適的開(kāi)采技術(shù)來(lái)促進(jìn)煤層資源的開(kāi)發(fā)。

1 煤層氣多分支水平井鉆井技術(shù)的難點(diǎn)

由于煤層氣水平井內(nèi)的鉆井技術(shù)有較高的施工難度，其原因在于對(duì)該技術(shù)的要求較高，在施工期間洞穴井與水平井要高效聯(lián)通，且要運(yùn)用到各類性能極佳的鉆井設(shè)備，因而嚴(yán)重影響施工作業(yè)的穩(wěn)定性。

1）煤層內(nèi)部的穩(wěn)定性較差，且對(duì)外力的敏感程度較高。具體來(lái)說(shuō)，針對(duì)煤層氣藏內(nèi)的煤層來(lái)說(shuō)，其質(zhì)地較弱，在發(fā)育過(guò)程中還帶有天然裂縫，其鉆井工藝的實(shí)際操作需依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可降低卡鉆、井下坍塌等事故發(fā)生的頻率，若引發(fā)安全類事故還會(huì)出現(xiàn)井眼報(bào)廢的不良狀況。

2）煤層內(nèi)部還存有嚴(yán)重的污染問(wèn)題，在開(kāi)采期間煤層極易受到污染，施工人員難以高效保護(hù)能源儲(chǔ)層。為減少污染頻率，鉆井液系統(tǒng)大多由泡沫、地層水與充氣鉆井液構(gòu)成。同時(shí)，由于煤層氣內(nèi)資源的埋藏深度不夠，在增加井眼曲率的同時(shí)，其鉆壓工作也難以達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，隨著鉆柱的超負(fù)荷運(yùn)行，極易引發(fā)安全事故。

3）基于煤層氣水平井鉆探技術(shù)還處在發(fā)展過(guò)程中，其有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，且生產(chǎn)工具大多為新型工具與儀器，不僅普及程度較低，其設(shè)備運(yùn)用水平也較弱，比如，在采用小井眼鉆進(jìn)工藝的過(guò)程中，其經(jīng)驗(yàn)長(zhǎng)度值通常在1 512cm左右，其使用的測(cè)量?jī)x器與鉆具都帶有較高的技術(shù)水準(zhǔn)，在開(kāi)展此項(xiàng)工作前，施工人員需了解各項(xiàng)設(shè)備的使用功能，且提升開(kāi)采技巧，熟練使用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，才能真正實(shí)行開(kāi)采工作，保障煤層氣資源的開(kāi)采質(zhì)量，因而給開(kāi)采工作帶去較大難度。

2 優(yōu)化煤層氣多分支水平井鉆井技術(shù)的有效措施

2.1 改進(jìn)內(nèi)部井眼

（1）工作人員需將工作重點(diǎn)放置在井眼剖面的優(yōu)化上，在設(shè)計(jì)井眼的過(guò)程中要考慮到經(jīng)濟(jì)性、鉆柱力學(xué)與煤層氣藏等要素上，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)與勘探，精準(zhǔn)測(cè)算出井眼的距離、方位與長(zhǎng)度等，便于達(dá)成最佳設(shè)計(jì)效果。在開(kāi)展多分支水平井的鉆井工藝時(shí)，要科學(xué)設(shè)計(jì)其整體軌道，通常來(lái)講，軌道的設(shè)計(jì)方法較多，由于方法不同，其軌道長(zhǎng)度也會(huì)存有差異。在確認(rèn)軌道的過(guò)程中，要綜合比對(duì)安全性、經(jīng)濟(jì)性與地質(zhì)狀況等多項(xiàng)原則，在降低無(wú)效尺寸后，最大化縮短軌道距離。

（2）在開(kāi)展井身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)質(zhì)量會(huì)給井的安全度帶去較大影響，若其結(jié)構(gòu)發(fā)生缺陷，則會(huì)改變套管進(jìn)入煤層的位置，也會(huì)增加煤層斷裂的概率，影響礦井施工安全。

在設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，相較于常規(guī)油氣井，要加強(qiáng)洞穴井與水平井的聯(lián)通性與穩(wěn)定性。針對(duì)套管位置，要及時(shí)封堵煤層頂部的出水層，加強(qiáng)抽排采氣的整體效果。當(dāng)多分支類的水平井呈現(xiàn)多羽狀時(shí)，其內(nèi)部的技術(shù)套管要放置在造斜點(diǎn)的上部，也為后期的裸眼側(cè)鉆提供更為適宜的條件。針對(duì)洞穴井井底的洞穴改造，工作人員可在其底部放置容量適宜的口袋，在加強(qiáng)其袋底深度的同時(shí)，保證下部含水層的隱秘性。

（3）在控制井眼軌跡期間，工作人員要挑選出適宜的工具，并精準(zhǔn)測(cè)出煤層內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，如垂深、方位角與井斜角等。水平井在開(kāi)展主井眼的鉆進(jìn)時(shí)，為掌控垂直段內(nèi)的井斜值，可采用塔式鉆具組合法，定向鉆具組合大多為隨鉆斜測(cè)儀與導(dǎo)向馬達(dá)的結(jié)合，并借助減阻器與螺桿鉆具來(lái)完成對(duì)應(yīng)的鉆探工作。此外，在控制井眼軌跡期間，工作人員還需利用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，在開(kāi)展施工前要利用當(dāng)前已有的勘探資料來(lái)設(shè)計(jì)地質(zhì)模型，并借助隨鉆測(cè)井儀來(lái)測(cè)試當(dāng)前的地質(zhì)狀況，并利用電阻率、儲(chǔ)層內(nèi)的伽馬數(shù)值來(lái)調(diào)整模型參數(shù)，繼而優(yōu)化井眼的整體軌跡。

2.2 加強(qiáng)洞穴井與水平井的聯(lián)通

在進(jìn)行洞穴井與水平井的聯(lián)通時(shí)，工作人員需借助探管、強(qiáng)磁針與永磁短節(jié)等硬件來(lái)實(shí)行鉆頭測(cè)距工藝。具體來(lái)說(shuō)，硬件中探管的主要構(gòu)成為傳感器、扶正器與加重桿等，其長(zhǎng)度大約在3m左右；而由多個(gè)永磁體構(gòu)成的永磁短節(jié)，其長(zhǎng)度約為40cm，其主要功能為打造了一個(gè)恒定待測(cè)的磁場(chǎng)。在開(kāi)展工作期間，永磁短節(jié)在經(jīng)過(guò)洞穴井時(shí)會(huì)采用旋轉(zhuǎn)法，其探管也可高效收集永磁短節(jié)內(nèi)的磁場(chǎng)信號(hào)，并將采集到的信號(hào)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，借助其內(nèi)部軟件可精準(zhǔn)測(cè)算出鉆頭位置與兩井間的距離，因而在開(kāi)展洞穴井與水平井聯(lián)通作業(yè)的過(guò)程中要運(yùn)用到無(wú)磁鉆鋌、鉆桿、馬達(dá)、永磁短節(jié)、鉆頭與隨鉆測(cè)斜儀等。

在開(kāi)展聯(lián)通作業(yè)期間，工作人員需將探管放置到待測(cè)點(diǎn)，讓永磁短節(jié)與鉆頭相連接，并利用接收儀器實(shí)時(shí)接收磁場(chǎng)強(qiáng)度，確認(rèn)井眼位置。若鉆具組合設(shè)備處在洞穴附近時(shí)，可借助系統(tǒng)設(shè)備來(lái)立體掃描周遭環(huán)境，可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)出洞穴井與水平井的中心位置。通過(guò)三維視圖內(nèi)的鉆具軌跡變化，還能幫助項(xiàng)目管理人員掌握當(dāng)前的施工狀況，因而利用組合鉆具可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆頭位置，增強(qiáng)聯(lián)通作業(yè)的工作效率。

2.3 采用充空氣類欠平衡工藝

由于煤層氣藏內(nèi)的煤層帶有低滲透、低壓等特征，采用傳統(tǒng)的平衡鉆井技術(shù)會(huì)破壞儲(chǔ)層內(nèi)的油田，因而需運(yùn)用更為高效的開(kāi)采技術(shù)。當(dāng)前鉆井液系統(tǒng)多為空氣、地層水、泡沫流體與充空氣類的鉆井液。針對(duì)充空氣類欠平衡技術(shù)來(lái)說(shuō)，該技術(shù)具體的工作原理為將空氣放置到鉆井液中，讓該液體形成連續(xù)相，再借助氣體離散相來(lái)加強(qiáng)鉆井液體系統(tǒng)，其鉆井工藝主要運(yùn)用在低壓煤層中，難以改變地層水量。

在運(yùn)用油管注氣法的過(guò)程中，洞穴井內(nèi)要準(zhǔn)備充足的井下封隔器與注氣油管，將油管視為通道，將壓縮后的氣體放置到水平井中。若該洞穴的煤層存儲(chǔ)較深，采用油管注氣工藝較為適宜，不僅其施工技術(shù)較易控制，還能在較短時(shí)間利用水平井的環(huán)空性來(lái)增強(qiáng)氣液相流的均勻度，通過(guò)科學(xué)欠平衡施工作業(yè)，還會(huì)加強(qiáng)煤層內(nèi)部的穩(wěn)定性。

欠平衡施工作業(yè)在正式施工時(shí)，其鉆進(jìn)工作要嚴(yán)格遵照施工工藝，以提升該項(xiàng)工作的安全性。若注入氣體太多，水平井內(nèi)直井段中的泥漿就會(huì)出現(xiàn)排空現(xiàn)象，繼而引發(fā)地層坍塌、井噴等安全事故。為降低鉆井事故的概率，當(dāng)氣體壓力低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要停止注入有關(guān)氣體，而在開(kāi)展下鉆作業(yè)的過(guò)程中，則需加強(qiáng)鉆桿的平穩(wěn)度，通過(guò)緩慢長(zhǎng)提來(lái)加強(qiáng)井眼周圍的安全。

3 煤層氣多分支水平井鉆井技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

3.1 實(shí)行小井眼的鉆進(jìn)

針對(duì)易垮塌、且煤質(zhì)較松軟的區(qū)塊，需采用小井眼類的鉆進(jìn)技術(shù)，在增強(qiáng)礦井質(zhì)量的同時(shí)，還會(huì)降低鉆井液的消耗。由于水平鉆井帶有極強(qiáng)的摩擦阻力，在使用該項(xiàng)技術(shù)期間，其主要困難為鉆桿的厚度，若因其厚度較弱難以給鉆頭適宜的壓力，在鉆進(jìn)過(guò)程中將難以實(shí)現(xiàn)扭方位與增斜。在開(kāi)展鉆井的過(guò)程中，對(duì)于初始井段，工作人員要采用復(fù)合鉆進(jìn)法，也就是說(shuō)高效融合滑動(dòng)鉆進(jìn)與旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，較好地控制井眼軌跡，也適時(shí)增強(qiáng)該軌跡的光滑度與流場(chǎng)性。針對(duì)后續(xù)鉆井來(lái)說(shuō)，基于其摩擦阻力的增加，采用定向鉆進(jìn)法的過(guò)程較緩慢，要使用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法。在開(kāi)展旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過(guò)程中，即使打一個(gè)單根也要準(zhǔn)確測(cè)量出方位與井斜，以便增強(qiáng)后續(xù)鉆井的數(shù)據(jù)依據(jù)，為其提供良好的理論支撐。

3.2 設(shè)計(jì)分支側(cè)鉆工藝

（1）由于煤層內(nèi)各項(xiàng)分支的側(cè)鉆都要處在裸眼中，在使用煤層氣多分支鉆井工藝的過(guò)程中也需進(jìn)行裸眼側(cè)鉆?；趥?cè)鉆技術(shù)的難度較高，當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多采用分支側(cè)鉆，在運(yùn)用該方法時(shí)要每個(gè)分支的起鉆都需來(lái)源于側(cè)鉆的頂部，利用上提下放模式，釋放鉆柱的全部扭力。在應(yīng)用懸空側(cè)鉆期間要精準(zhǔn)地測(cè)量出鉆井參數(shù)變化、馬達(dá)壓差與測(cè)斜數(shù)據(jù)等，并將此類數(shù)據(jù)作為鉆井工藝的主要依據(jù)，從而有效判斷側(cè)鉆工藝是否成功。

（3）當(dāng)施工人員采用兩井聯(lián)通技術(shù)時(shí)，工作人員應(yīng)詳細(xì)考察探管位置。具體來(lái)說(shuō)，由于兩井底部的探頭位置要連接永磁短節(jié)，在進(jìn)行聯(lián)通前，要準(zhǔn)確收集礦井內(nèi)部的測(cè)斜參數(shù)與坐標(biāo)數(shù)據(jù)，繼而實(shí)現(xiàn)初始化的坐標(biāo)程序。當(dāng)鉆頭處在探頭測(cè)量范圍中時(shí)，其接收儀器會(huì)高效吸收磁場(chǎng)強(qiáng)度，并將該類測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)，精準(zhǔn)判定出井眼位置與測(cè)點(diǎn)閉合方位，掌握當(dāng)前鉆頭位置詳盡的方位變化。此外，工作人員還可將井眼方向挪到洞穴的中心處，將礦井監(jiān)視下的磁場(chǎng)強(qiáng)度與實(shí)際對(duì)應(yīng)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單比對(duì)，當(dāng)其與礦井的距離為10m時(shí)，可拿出探頭，其鉆頭可沿該軌跡進(jìn)行鉆探工作，繼而完成兩井聯(lián)通。

3.3 開(kāi)展電磁波的鉆探

工作人員還可采用電磁波鉆探，一般來(lái)講，在開(kāi)展煤層氣多分支水平鉆井期間，其主要的核心技術(shù)為隨鉆測(cè)量工藝，隨著該工藝狀態(tài)的回升，可將對(duì)應(yīng)的測(cè)量設(shè)備安置在鉆頭附近，以隨時(shí)測(cè)量井中的各類參數(shù)。在完成參數(shù)測(cè)量后，需將數(shù)據(jù)信息保存在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，并借助各類介質(zhì)，如鉆井液、電磁波與電纜等，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妗５孛嬷械幕ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)可高效收集與整理此類數(shù)據(jù)，幫助工作人員獲取地層與井身的對(duì)應(yīng)性數(shù)據(jù)。電磁波類的鉆探技術(shù)在傳輸信息時(shí)主要借助于電磁波信號(hào)，屬新型檢測(cè)技術(shù)，其不僅有著極快的傳輸速度，還會(huì)適時(shí)縮減測(cè)量時(shí)間，由于其在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)無(wú)須循環(huán)鉆井液，還在某種程度上降低了造價(jià)成本。隨著該技術(shù)的廣泛運(yùn)用，找出了多種方式來(lái)強(qiáng)化測(cè)量指標(biāo)，鉆井液介質(zhì)的缺失也難以對(duì)傳輸與測(cè)量結(jié)果造成影響。電磁波鉆探技術(shù)可適用在諸多鉆井液環(huán)境內(nèi)，也從側(cè)面解決了因鉆井液影響的相關(guān)參數(shù)的提取問(wèn)題。

例如，某勘探有限公司在開(kāi)展煤層鉆探的過(guò)程中，其采用了電磁波技術(shù)，并利用該技術(shù)設(shè)置了一套鉆井系統(tǒng)平臺(tái)，將各類參數(shù)放置到該系統(tǒng)內(nèi)，利用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的分析與整合，有效增強(qiáng)了鉆探工藝的檢測(cè)速度，促進(jìn)了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤層氣內(nèi)的水平鉆井技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)，如開(kāi)采率高，技術(shù)含量高等，該鉆井工藝的發(fā)展已較為成熟，應(yīng)借助該技術(shù)合理開(kāi)采煤層氣內(nèi)的資源，通過(guò)高效的利用與開(kāi)發(fā)，來(lái)緩解我國(guó)能源緊缺的不良現(xiàn)象，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展。