信 凱，季長江，肖 淳

煤層氣徑向井井眼軌跡特征與監(jiān)測方法

信 凱1，季長江2,3，肖 淳4

(1.山西藍(lán)焰煤層氣工程研究有限責(zé)任公司, 山西 晉城 048000; 2. 河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 河南 焦作 454003; 3. 煤與煤層氣共采國家重點實驗室, 山西 晉城 048000; 4. 中國黃金集團(tuán)地質(zhì)有限公司, 北京 100012)

為查明徑向井分支在煤層中的施工軌跡是否與設(shè)計軌跡一致，保障煤儲層的增透改造效果。采用地面小型試驗與現(xiàn)場測試相結(jié)合的手段，先對煤儲層徑向井井眼軌跡的影響因素展開研究，并基于電位法監(jiān)測技術(shù)分析該方法用于煤層氣徑向井軌跡監(jiān)測的可行性，在此基礎(chǔ)上建立了基于電位法的煤儲層徑向井井眼軌跡監(jiān)測方法與工藝，并進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測分析。研究結(jié)果表明，煤層中徑向井井眼軌跡主要受原始裂隙、地應(yīng)力、結(jié)構(gòu)薄弱面等因素共同控制，導(dǎo)致煤層氣徑向井在噴射施工過程中井眼方位通常會發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，角度在15°~30°間，徑向井分支長度也均小于設(shè)計的噴射長度。電位法煤層氣徑向井軌跡監(jiān)測方法可以清晰地監(jiān)測到方位、長度等徑向井軌跡參數(shù)的變化情況，研究結(jié)果可以有效地指導(dǎo)煤儲層徑向井的設(shè)計與施工。

煤層氣；徑向井；井眼軌跡；電位法；監(jiān)測

徑向井技術(shù)是一種新型儲層增透改造技術(shù)。該技術(shù)可以在超短半徑內(nèi)實現(xiàn)由垂直到水平的轉(zhuǎn)向，并完成套管開窗和水力破巖[1-2]。其原理是通過磁定位和自然伽馬測井來確定套管開窗深度，用陀螺測斜儀來確定開窗方位，用磨銑鉆頭在套管上開窗，之后借助特殊噴嘴產(chǎn)生的高壓水射流破碎、切割巖層，從而在地層中鉆進(jìn)具有一定直徑和長度的徑向水平孔[3]。

成熟的徑向水平鉆井技術(shù)由美國Petrolphysics公司在20世紀(jì)七八十年代提出，經(jīng)技術(shù)不斷改進(jìn)與提升，在21世紀(jì)初形成了以美國Radial Drilling Service (RDS)公司為代表的新型徑向鉆孔技術(shù)[4]。徑向井技術(shù)提出后首先應(yīng)用到油氣田的低滲儲層增透改造中，并取得了不錯的效果[5-12]。鑒于徑向井技術(shù)具有易穿透近井端鉆井、固井傷害帶，有效降低近井筒地帶應(yīng)力集中等優(yōu)勢[13-14]，近年來，新型徑向井技術(shù)在煤層氣開發(fā)中也逐步開展了一些研究與嘗試。在基礎(chǔ)理論研究方面，對煤層氣徑向井噴射過程中管柱系統(tǒng)壓力損耗和高壓水射流破巖機(jī)理進(jìn)行了分析，建立了摩阻系數(shù)計算公式和噴嘴射流動力公式[15]；研究了徑向井改造煤層過程中氣體的滲流規(guī)律，并進(jìn)行了產(chǎn)量預(yù)測[16]。針對煤儲層特征，探討了采用徑向井溝通煤層原始裂隙后，輔以水力壓裂進(jìn)行儲層改造和增產(chǎn)的綜合技術(shù)手段[17-19]。但對于煤層中徑向井井眼軌跡監(jiān)測等方面的研究卻鮮有涉及。

由于徑向井噴頭和噴射軟管直徑一般在20 mm左右，很難攜帶隨鉆測量系統(tǒng)。因此，通常將套管開窗方位默認(rèn)為徑向分支的末端方位，在噴射過程中方位保持不變；將噴射過程中連續(xù)油管進(jìn)入井筒的長度默認(rèn)為徑向分支井眼長度。但由于煤儲層天然孔裂隙較發(fā)育，各向異性強(qiáng)，徑向井在噴射過程中井眼軌跡很難保持方位和長度始終不變，而徑向分支的實際軌跡，直接決定了煤儲層的改造增透效果。因此，針對煤儲層特征，對煤層氣徑向井井眼軌跡影響因素及監(jiān)測方法與技術(shù)展開研究十分必要。

1 徑向井井眼軌跡特征及影響因素分析

為初步探明徑向井在煤層中的井眼軌跡特征及其影響控制因素，采集山西晉城礦區(qū)寺河礦3號煤層的大塊煤樣和煤粉，制備試驗樣品。煤樣層理發(fā)育，垂向裂隙貫穿其中，裂隙系統(tǒng)較為發(fā)育，如圖1所示。用混入10%煤粉的水泥作為膠結(jié)物，將大塊煤樣全部包裹住，制備成1 m×1 m×1 m的地面試驗樣品，如圖2所示。

在樣品箱的一側(cè)用直徑為2.54 cm的鉆頭先鉆成一定深度(10 cm)的導(dǎo)向孔，共4個。第1個孔距第2個孔20 cm，第2個孔距第3個孔30 cm，第3個孔距第4個孔15 cm。試驗過程由1號到4號依次進(jìn)行徑向孔的噴射試驗作業(yè)，噴射鉆頭直徑20 mm，噴射軟管總長1 000 m。1號孔噴射鉆頭為前面4個噴嘴后面5個噴嘴(簡稱前4后5型)，試驗中鉆頭被破碎的煤塊卡住，多次嘗試仍不能繼續(xù)鉆進(jìn)，導(dǎo)致試驗停止，噴射用時55 min，用水2 m3，徑向鉆機(jī)噴射泵最大壓力82 MPa(2—4號相同)。2號孔噴射鉆頭為前4后5型，噴頭順利穿過整個樣品，用時90 min，用水2.8 m3。3號孔試驗過程頻繁卡鉆，噴頭由前4后5更換為前7后5型，后噴射鉆頭泄壓，導(dǎo)致噴射終止，試驗用時4 h，用水13 m3。4號孔試驗過程通過煤塊中裂隙與3號孔相通，導(dǎo)致噴頭漏水泄壓嚴(yán)重，無法正常破煤、鉆進(jìn)，試驗只持續(xù)了5 min。試驗結(jié)束后將樣品縱向剖開，觀測井眼軌跡，分析其影響因素，如圖3所示。

圖1 寺河3號煤層煤塊

圖2 徑向井地面試驗樣品

樣品剖面顯示，樣品的非均質(zhì)性強(qiáng)，由煤粉和水泥混合而成的位置強(qiáng)度大，徑向孔在其中的軌跡相對較為平直，孔眼直徑也相對均一，變化幅度較小(1號孔、2號孔)。而裂隙較為發(fā)育煤塊處，徑向孔高壓水射流在此處泄壓較為顯著，孔眼直徑較大，局部會形成較大的噴射孔洞(3號孔)。綜合分析，徑向井井眼軌跡并不是理想的直線，存在多處拐彎。主要受煤樣的均質(zhì)程度、原始裂隙(1、2、4號孔)、重力(3號孔)、結(jié)構(gòu)薄弱面(4號孔)等因素共同控制。尤其在裂隙發(fā)育處，高壓噴射流泄壓嚴(yán)重，導(dǎo)致徑向孔很難穿透整個樣品。徑向孔眼直徑最小為30 mm，裂隙發(fā)育處最大可達(dá)75 mm，平均40~60 mm。

圖3 徑向井試驗后樣品剖面

因此，在進(jìn)行煤層氣徑向井施工時，煤層的力學(xué)性質(zhì)越差、非均質(zhì)性越強(qiáng)、天然裂隙越發(fā)育，徑向井的噴射距離越短，孔眼越易塌孔，施工改造效果也就越差。

2 徑向井軌跡監(jiān)測方法與工藝

基于地面試驗結(jié)果，進(jìn)一步查明真實地層條件下徑向井井眼軌跡特征，對煤層氣徑向井施工軌跡監(jiān)測方法進(jìn)行研究。

2.1 電位法徑向井軌跡監(jiān)測原理與可行性分析

電位法井間監(jiān)測技術(shù)是以傳導(dǎo)類電法勘探為理論基礎(chǔ)，起源于20世紀(jì)70年代末，通過測量注入到壓裂層位內(nèi)高電離能量工作液所引起地面電位梯度變化，達(dá)到解釋和推斷目的層有關(guān)參數(shù)的目的[20-21]。

該技術(shù)的基本原理是：將地層假設(shè)為一無限大的均勻介質(zhì)，若以恒定電流向地層供電，則在地層中會形成一人工電場，當(dāng)向地層注入的液體電阻率與地層介質(zhì)的電阻率相差較大時，注入液體為一良好導(dǎo)體，該部分液體在地層中即可看作成一個場源(圖4)，該場源的存在必將使原電場(未施工前的地面電場)分布形態(tài)發(fā)生變化，大部分電流集中到低阻體帶，勢必引起地面電流密度減小，地面電位也隨之發(fā)生較大變化[22]。該技術(shù)常用于油氣井的水力壓裂監(jiān)測中。

圖4 電位法測試原理[20]

煤層徑向井作業(yè)時，若通過被測井向地層供以高穩(wěn)定度的電流，則在徑向井噴射過程中必然也會引起原電場分布形態(tài)發(fā)生變化。鑒于當(dāng)前煤層氣徑向井尚無相關(guān)軌跡監(jiān)測方法與技術(shù)，特選擇電位法對徑向井方位、長度等軌跡參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。在被測井周圍環(huán)形布置多組測點，利用地面高精度電位觀測系統(tǒng)，實時觀測地面電位變化情況，達(dá)到監(jiān)測徑向井施工軌跡的目的。因此，采用電位法監(jiān)測徑向井行進(jìn)軌跡，原理上可行。

2.2 基于電位法徑向井軌跡監(jiān)測工藝

2.2.1 煤層高穩(wěn)定電流輸入方式

利用電位法進(jìn)行煤層氣徑向井軌跡監(jiān)測，核心部分就是保障地面高穩(wěn)定度電流能夠順利傳導(dǎo)至煤層。由于徑向井施工工具串依次由連續(xù)油管、噴射軟管和噴頭3部分組成，連續(xù)油管和噴頭材質(zhì)都為鋼質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性，噴射軟管為內(nèi)層鋼絲纏繞外層橡膠包裹的結(jié)構(gòu)。在工具連接過程中首先將噴射軟管鋼絲層與連續(xù)油管通過鋼質(zhì)萬向接頭連接，然后將噴頭與軟管另一頭的鋼質(zhì)公扣連接，因此，整個徑向井施工管串具有良好的導(dǎo)電性。同時，施工過程中流經(jīng)管串的噴射液為體積分?jǐn)?shù)為2%的高電離KCl溶液，進(jìn)一步保證了整個工具串的電流傳導(dǎo)性。

所以，在采用電位法進(jìn)行徑向井軌跡監(jiān)測時，只需將地面發(fā)電機(jī)電纜連接到徑向井的連續(xù)油管上，就可以借助整個噴射工具管串向煤層穩(wěn)定輸入電流。

2.2.2 軌跡監(jiān)測系統(tǒng)組成與步驟

a. 系統(tǒng)組成 徑向井軌跡監(jiān)測系統(tǒng)主要由測量系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)4部分組成。測量系統(tǒng)主要由經(jīng)緯儀等組成，用以確定電極布置點和方位。供電系統(tǒng)主要由可以輸出220 V、50 Hz交流電的發(fā)電機(jī)組成。發(fā)送系統(tǒng)可以將動力部分輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成偽隨機(jī)碼控制的電壓信號輸出，可發(fā)送0.1、0.3、1.0、3.0 Hz交流電流和直流電流，最大輸出電流為20 A，穩(wěn)流精度在±1%內(nèi)，頻率穩(wěn)定性誤差為0.01%。接收系統(tǒng)采用了偽隨機(jī)碼序列控制的高精度測量技術(shù)，利用高速數(shù)字信號處理系統(tǒng)，分布式實時處理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的處理速度和精度。

b. 測點布置 依據(jù)徑向井設(shè)計施工長度，在被監(jiān)測井周圍選擇合適的間距，分內(nèi)圈、中圈和外圈環(huán)形布置地面測點，并用測量線將各測點相連。

c. 電流返回井選取 根據(jù)被監(jiān)測井目的煤層深度，選擇其附近的另一口煤層氣井作為電流返回井，間距應(yīng)盡量大于被監(jiān)測井目的煤層的深度。

d. 系統(tǒng)啟動與監(jiān)測 連接、調(diào)試好地面各儀器設(shè)備，在每個徑向井分支施工前，提前啟動監(jiān)測系統(tǒng)，測試地面原電場的電位分布形態(tài)。在正常施工過程中和施工后一段時間內(nèi)，持續(xù)監(jiān)測電位變化情況，依據(jù)單個徑向井分支施工前、施工過程中和施工后異常場電位差的測試情況，判斷徑向分支方位和長度變化情況，達(dá)到監(jiān)測徑向井井眼軌跡的目的。

電位法徑向井軌跡監(jiān)測工藝如圖5所示。

圖5 電位法煤層氣徑向井軌跡監(jiān)測工藝

3 現(xiàn)場監(jiān)測試驗

3.1 試驗區(qū)基本地質(zhì)條件

采用電位法對山西西山煤田屯蘭礦區(qū)XSJX-01井進(jìn)行徑向井施工軌跡監(jiān)測。屯蘭礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造位于太原西山向斜，該向斜為一軸向近于南北、兩翼不對稱(西翼陡、東翼緩)，軸部偏西、向南傾覆的梨形向斜。

礦區(qū)內(nèi)地層傾角2°~15°，相對較為平緩，局部構(gòu)造發(fā)育區(qū)傾角可達(dá)25°~30°。短軸背、向斜發(fā)育，中小型斷層較多且常成組出現(xiàn)，構(gòu)造復(fù)雜程度中等。

主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)—二疊系下統(tǒng)太原組(C2-P1)和二疊系下統(tǒng)山西組P1，可采煤層5層，分別為02號、2號、4號、8號和9號煤，其中2號和8號煤為本礦區(qū)煤層氣主采煤層。

3.2 徑向井成孔軌跡與改造效果分析

XSJX-01井徑向井施工目的層為8號煤層，由井下觀測和實驗室測試得出，8號煤層較地面試驗的寺河礦區(qū)3號煤層原始裂隙發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)差，參數(shù)對比見表1。

屯蘭礦區(qū)8號煤孔隙率與滲透率均普遍高于寺河礦區(qū)3號煤，說明8號煤內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)差。

對屯蘭礦區(qū)8號煤和寺河礦區(qū)3號煤的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等參數(shù)進(jìn)行測試對比，結(jié)果見表2。

表1 煤層物性對比

表2 煤樣力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果

注：0.176~1.621/0.793表示最小~最大/平均值，其他數(shù)據(jù)同。

測試結(jié)果顯示，屯蘭8號煤抗拉和抗壓強(qiáng)度低，橫向應(yīng)變大，堅固性系數(shù)低，進(jìn)一步證明了屯蘭8號煤內(nèi)生裂隙較為發(fā)育，受構(gòu)造影響顯著，煤體較為破碎。結(jié)合地面噴射試驗結(jié)果，由于屯蘭8號煤原始裂隙發(fā)育，高壓水射流會在裂隙發(fā)育區(qū)顯著泄壓，從而減小徑向井的施工長度。同時，徑向井成孔后，井眼難以保持，穩(wěn)定性差，不利于改造增產(chǎn)。

綜合屯蘭礦區(qū)地質(zhì)資料和煤層氣井壓裂裂縫監(jiān)測結(jié)果，試驗區(qū)最大主應(yīng)力方向在北偏東30°左右，該方向上煤體結(jié)構(gòu)較差，對徑向井的行進(jìn)方向會產(chǎn)生一定的影響。

3.3 徑向井施工與軌跡監(jiān)測方案

XSJX-01井周圍地形相對平緩，符合電位法軌跡監(jiān)測的需求。徑向井施工層位為8號煤層，深度為611.23 m和610.43 m兩層，每層含3個不同方向的徑向分支，共6個(表3)。

徑向井施工及監(jiān)測順序從1至6依次進(jìn)行。選擇與XSJX-01井直線距離887 m的XST-02井作為電流返回B井，將電極接入到井口套管上，形成閉環(huán)電路。然后，連接、調(diào)試好地面相關(guān)儀器和設(shè)備。

綜合考慮徑向分支長度和近井端施工干擾問題。前4個徑向分支地面測點布設(shè)方案是：以XSJX-01井為中心，分別在50、70和90 m的位置布置環(huán)形線圈。在監(jiān)測z過程中，由于前4個徑向分支90 m處的測量環(huán)都無明顯異常信號顯示。特將5號與6號徑向分支的監(jiān)測方案改為：距XSJX-01井40、50和70 m的位置布置環(huán)形線圈。

表3 徑向井施工設(shè)計

在每個徑向分支完成套管開窗，下入噴射軟管、連續(xù)油管等噴射管串后，啟動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測施工前原電場電位分布情況。在施工過程中和施工后30 min，連續(xù)監(jiān)測電位變化情況。在完成全部數(shù)據(jù)采集后，重復(fù)上述工作，進(jìn)行下一個徑向分支的監(jiān)測，直至完成全部6個分支，并依據(jù)采集的數(shù)據(jù)，解釋每一個分支施工過程中的實際方位和長度等參數(shù)。6個徑向井分支實際噴射施工參數(shù)見表4。

表4 徑向井噴射施工參數(shù)

3.4 徑向井軌跡監(jiān)測結(jié)果

1號徑向分支測量結(jié)果顯示50~70 m的測量環(huán)內(nèi)電位異常曲線在360o范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個周期的變化，異常低值區(qū)域中心對應(yīng)345o方向。說明徑向井噴射方位由開窗的0°轉(zhuǎn)向了345°方向。而在70~90 m的測量環(huán)內(nèi)，電位異常區(qū)域不明顯。經(jīng)軟件模擬計算，該井眼軌跡長度49 m。

采用此方法，依次對剩余5個徑向分支的井眼軌跡進(jìn)行監(jiān)測(圖6，表5)。測試結(jié)果顯示，除4號分支沒能顯著觀察到電位異常，無法判斷徑向分支的軌跡變化情況外，其他5個分支均顯著地監(jiān)測到了軌跡變化情況。4號分支難以監(jiān)測到軌跡，其原因可能是在該分支施工層位的井筒附近裂隙發(fā)育，導(dǎo)致噴射液濾失，實際噴射鉆進(jìn)尺寸較短，距離第一個50~70 m的測量環(huán)較遠(yuǎn)，難以監(jiān)測到有效數(shù)據(jù)。或者是在該分支監(jiān)測過程中地層導(dǎo)電不連續(xù)，沒能形成穩(wěn)定、可靠的電場。從而導(dǎo)致4號分支的電位異常數(shù)據(jù)不明顯，無法獲得軌跡變化情況。

圖6 徑向分支電位異常環(huán)形圖

表5 XSJX-01井徑向井眼軌跡監(jiān)測成果

3.5 監(jiān)測結(jié)果分析與討論

將監(jiān)測明顯的5個徑向分支軌跡投影到平面上，如圖7所示。煤層徑向井施工過程中軌跡會發(fā)生不同程度的偏離，除了第3個徑向分支軌跡未監(jiān)測到方位偏移外，其他4個徑向井分支實際行進(jìn)方位與設(shè)計方位相比均發(fā)生了不同程度的偏離，角度在15°~30°之間，且都按逆時針方向發(fā)生。1號和2號兩個分支的偏離角度相同，5號和6號兩個分支方位可以保持在50 m內(nèi)不發(fā)生明顯變化，超出該長度后軌跡則向最大主應(yīng)力方向偏離。

監(jiān)測結(jié)果進(jìn)一步驗證了地面試驗結(jié)果。由前文分析可知，試驗區(qū)8號煤層煤體結(jié)構(gòu)差，原始裂隙發(fā)育。8號煤井下實地觀測顯示，該煤層常發(fā)育兩對共軛“X”形裂隙，分別為NE50°~60°與NW20°~30°，NE30°~45°與NW40°~50°。NE向裂隙與最大主應(yīng)力方向相近，在該方向上噴射阻力小，煤體結(jié)構(gòu)較差，徑向井高壓水射流容易噴射破巖。因此，5號、6號分支在沿設(shè)計方位行進(jìn)一段距離后，逐漸向最大主應(yīng)力方向偏轉(zhuǎn)，其分支軌跡的主要影響因素是地應(yīng)力與原始裂隙。而1號與2號分支，在沿設(shè)計的噴射方位0°行進(jìn)一段距離后，NW 20°~30°天然裂隙與其距離較近，導(dǎo)致噴射軌跡向該方位發(fā)生偏離，其軌跡主要影響因素是原始裂隙發(fā)育方位。

同時，由于煤層局部裂隙發(fā)育，高壓水射流漏失、泄壓程度增加，造成分支長度均小于設(shè)計長度。而3號分支實際方位與設(shè)計方位較為一致，可能是由于該方位與最大主應(yīng)力方位近于垂直，地應(yīng)力對其影響較小，也可能是該方位附近煤層原始裂隙相對不發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)較為完整，在地應(yīng)力和原始裂隙的共同作用下，分支方位變化較小。所以，該分支的長度也最大。

綜合分析地面煤樣噴射試驗與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，揭示出煤儲層徑向井井眼軌跡是地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)、原始裂隙等因素共同作用的結(jié)果。

圖7 徑向分支井眼軌跡平面投影

XSJX-01井在徑向井施工改造前產(chǎn)氣量120 m3/d左右，徑向井改造后產(chǎn)氣量150 m3/d左右，產(chǎn)氣量無顯著增加，進(jìn)一步驗證了理論分析的結(jié)果。即8號煤層煤體結(jié)構(gòu)差，徑向井實際鉆進(jìn)長度小于設(shè)計長度，實際軌跡與設(shè)計存在一定偏差，且孔眼穩(wěn)定性差，不利于成孔和井眼保持，增產(chǎn)效果不理想。

因此，徑向井的施工目的層應(yīng)選擇煤體結(jié)構(gòu)好、滲透率高，利于徑向井井眼成孔與穩(wěn)定的煤層。同時，在施工過程中應(yīng)同步進(jìn)行施工軌跡監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)實際鉆進(jìn)距離小于設(shè)計長度或?qū)嶋H噴射方位與設(shè)計方位偏離較為顯著時，應(yīng)重新調(diào)整施工方案，從而達(dá)到理想的改造效果。

4 結(jié)論

a. 煤層氣徑向井井眼軌跡并不是理想的直線，井眼軌跡主要受煤層原始裂隙、地應(yīng)力、煤體結(jié)構(gòu)薄弱面等因素的共同控制，這些因素不僅影響徑向井行進(jìn)方位和噴射長度，還會影響徑向井眼的成孔穩(wěn)定性。

b. 徑向井施工過程中，在近井筒范圍內(nèi)，行進(jìn)方位變化不明顯。但超過一定長度后井眼方位往往會發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，角度為15°~30°。徑向井分支實際長度往往小于設(shè)計長度。

c. 在進(jìn)行徑向井改造時，實際施工長度應(yīng)大于設(shè)計長度，施工角度需綜合考慮地應(yīng)力和裂隙發(fā)育方位的影響。建議在徑向井施工過程中，同步進(jìn)行軌跡監(jiān)測，及時掌握各分支的實際軌跡，指導(dǎo)鉆進(jìn)方案的調(diào)整。在充分掌握施工區(qū)徑向分支軌跡變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，可提前進(jìn)行設(shè)計與施工方案的變更與調(diào)整，以達(dá)到理想的改造效果。

[1] 張彪，張遂安，董銀濤，等. 煤層氣徑向鉆井壓耗計算與井口壓力預(yù)測[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(4)：170–174. ZHANG Biao，ZHANG Sui’an，DONG Yintao，et al. Friction loss calculation and wellhead pressure prediction in CBM radial drilling[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(4)：170–174.

[2] 李根生，沈忠厚. 高壓水射流理論及其在石油工程中應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 石油勘探與開發(fā)，2005，32(1)：96–99. LI Gensheng，SHEN Zhonghou. Advances in researches and applications of water jet theory in petroleum engineering[J]. Petroleum Exploration and Development，2005，32(1)：96–99.

[3] 郝春生，季長江. 基于徑向井技術(shù)的煤儲層高效增透工藝研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44(5)：39–42. HAO Chunsheng，JI Changjiang. Study on high efficient permeability improved technique of coal reservoir based on radial well technology[J]. Coal Science and Technology，2016，44(5)：39–42.

[4] 崔龍連，汪海閣，葛云華，等. 新型徑向鉆井技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝，2008，30(6)：29–33. CUI Longlian，WANG Haige，GE Yunhua，et al. New radial drilling technologies[J]. Oil Drilling & Production Technology，2008，30(6)：29–33.

[5] 馬開良，吳福才，楊永印，等. 徑向井技術(shù)在韋5井的應(yīng)用[J]. 鉆采工藝，2005，28(5)：17–20. MA Kailiang，WU Fucai，YANG Yongyin，et al. Application of radial horizontal drilling technology in W5 well[J]. Drilling & Production Technology，2005，28(5)：17–20.

[6] 黃中偉，李根生，唐志軍，等. 水力噴射側(cè)鉆徑向微小井眼技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2013，41(4)：37–41. HUANG Zhongwei，LI Gensheng，TANG Zhijun，et al. Technology of hydra-jet sidetracking of horizontal micro-radial laterals[J]. Petroleum Drilling Techniques，2013，41(4)：37–41.

[7] 林鳳波，尚慶春，薛鈴，等. 水力開窗徑向水平孔技術(shù)研究與試驗[J]. 石油鉆探技術(shù)，2002，30(5)：25–26. LIN Fengbo，SHANG Qingchun，XUE Ling，et al. Research and experiments on cutting windows by water-jetting techniques[J]. Petroleum Drilling Techniques，2002，30(5)：25–26.

[8] 楊陽，曲占慶，曹硯鋒，等. 徑向井遠(yuǎn)端壓裂電模擬實驗研究[J]. 斷塊油氣田，2014，21(3)：386–389. YANG Yang，QU Zhanqing，CAO Yanfeng，et al. Experiment research on electrical simulation of distal fracturing for radial well[J]. Fault-Block Oil and Gas Field，2014，21(3)：386–389.

[9] 施連海，李永和，郭洪峰，等. 高壓水射流徑向水平井鉆井技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2001，29(5)：21–22. SHI Lianhai，LI Yonghe，GUO Hongfeng，et al. Radial horizontal drilling techniques with high pressure water jet[J]. Petroleum Drilling Techniques，2001，29(5)：21–22.

[10] 黨文輝，馬宏偉，陳建林，等. 套管內(nèi)鉆孔深穿透徑向井技術(shù)[J]. 石油鉆采工藝，2013，35(1)：45–47. DANG Wenhui，MA Hongwei，CHEN Jianlin，et al. Research on deep penetration of radial well hole-drilling in casing[J]. Oil Drilling & Production Technology，2013，35(1)：45–47.

[11] 田雨，曲占慶，郭天魁，等. 徑向井引導(dǎo)水力壓裂裂縫定向擴(kuò)展技術(shù)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17(20)：154–159. TIAN Yu，QU Zhanqing，GUO Tiankui，et al. Theoretical research on radial wells orientating hydraulically created fracture directional extended[J]. Science Technology and Engineering，2017，17(20)：154–159.

[12] YAO Lujian，ZHAI Mingyang，WANG Sixu. A numerical investigation on the hydraulic fracturing efficiency in radial well[J]. Geotechnical and Geological Engineering，2019，37(5)：4503–4513.

[13] 張毅，李根生，熊偉，等. 高壓水射流深穿透射孔增產(chǎn)機(jī)理研究[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，28(2)：38–41. ZHANG Yi，LI Gensheng，XIONG Wei，et al. Stimulation mechanism of oil well using high-pressure water jet deep-penetrating perforation technique[J]. Journal of the University of Petroleum，2004，28(2)：38–41.

[14] LI Gao，REN Wenxi，MENG Yingfeng，et al. Micro-flow kinetics research on water invasion in tight sandstone reservoirs[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2014，20：184–191.

[15] 鮮保安，夏柏如，張義，等. 開發(fā)低煤階煤層氣的新型徑向水平井技術(shù)[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2010，38(4)：25–29.XIAN Bao’an，XIA Bairu，ZHANG Yi，et al. Technical analysis on radial horizontal well for development of coalbed methane of low coal rank[J]. Coal Geology & Exploration，2010，38(4)：25–29.

[16] 楊新樂，張永利，李惟慷. 超短半徑徑向水平井抽采煤層氣滲流規(guī)律的數(shù)值模擬[J]. 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2011，31(1)：50–55. YANG Xinle，ZHANG Yongli，LI Weikang. Numerical simulation of CBM seepage rule for ultra-short radius radial horizontal wells[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering，2011，31(1)：50–55.

[17] 張彪，張遂安，董銀濤，等. 煤層氣徑向鉆井壓耗計算與井口壓力預(yù)測[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(4)：170–174. ZHANG Biao，ZHANG Sui’an，DONG Yintao，et al. Friction loss calculation and wellhead pressure prediction in CBM radial drilling[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(4)：170–174.

[18] 付宣，李根生，黃中偉，等. 煤層氣徑向水平井壓裂室內(nèi)試驗與產(chǎn)能數(shù)值分析[J]. 石油鉆探技術(shù)，2016，44(2)：99–105. FU Xuan，LI Gensheng，HUANG Zhongwei，et al. Laboratory testing and productivity numerical simulation for fracturing CBM radial horizontal wells[J]. Petroleum Drilling Techniques，2016，44(2)：99–105.

[19] 田守嶒，黃中偉，李根生，等. 徑向井復(fù)合脈動水力壓裂煤層氣儲層解堵和增產(chǎn)室內(nèi)實驗[J]. 天然氣工業(yè)，2018，38(9)：88–94. TIAN Shouceng，HUANG Zhongwei，LI Gensheng，et al. Laboratory experiments on blockage removing and stimulation of CBM reservoirs by composite pulsating fracturing of radial horizontal wells[J]. Natural Gas Industry，2018，38(9)：88–94.

[20] 張金成. 電位法井間監(jiān)測技術(shù)[J]. 地震地質(zhì)，2001，23(2)：292–300. ZHANG Jincheng. Monitoring technique based on the electrometric method interwell[J]. Seismology and Geology，2001，23(2)：292–300.

[21] 苗福全，熊杰，賈玉生，等. 電位法找水流方向技術(shù)在玉門鴨兒峽油田的應(yīng)用[J]. 鉆采工藝，2010，33(2)：61– 62. MIAO Fuquan，XIONG Jie，JIA Yusheng，et al. Application of finding the flow direction technology by using electrometric method in Yumen Yaerxia oilfield[J]. Drilling & Production Technology，2010，33(2)：61–62.

[22] 吳柏志，李軍. 電位法井間監(jiān)測技術(shù)在壓裂裂縫監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 石油地質(zhì)與工程，2011，25(2)：126–128. WU Baizhi，LI Jun. Application of monitoring technology based on the electrometric method inter well in fracturing monitoring[J]. Petroleum Geology and Engineering，2011，25(2)：126–128.

Characteristics and monitoring method of the trajectory of the radial CBM well

XIN Kai1, JI Changjiang2,3, XIAO Chun4

(1. Shanxi Lanyan Coalbed Methane Engineering Research Co. Ltd., Jincheng 048000, China; 2. School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China; 3. State Key Laboratory of Coal and CBM Co-Mining, Jincheng 048000, China;4. China Gold Group Geology Co. Ltd.,Beijing 100012, China)

In order to find out whether the trajectory of radial well branch in coal seam is consistent with the design scheme to ensure the effect of permeability enhancement and reservoir reconstruction by radial well, by means of the combination of small-scale surface and field test, the influencing factors of radial well trajectory in coal reservoir were firstly studied. Based on the principle of the potentiometry monitoring technology, the feasibility of this method for the radial well trajectory monitoring was analyzed. On this foundation, the monitoring method and the technology of coal reservoir radial well trajectory based onpotentiometry was established, and the field monitoring analysis was carried out. The results show that the trajectory of radial well in coal seam is mainly controlled by the original fractures, ground stress, weak structural surface and other factors. In the process of jet, the borehole azimuth usually deflected in different degrees, and the angle was between 15° and 30°. The branch injection length of radial well was also shorter than the designed one. The change of radial well trajectory parameters, such as azimuth and length, could be monitored clearly by potentiometry. The research results could effectively guide the design and construction of the radial well in coal reservoir.

coalbed methane; radial well; bore hole trajectory; potentiometry; monitoring

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P618.11；P619.252

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.06.018

1001-1986(2020)06-0130-08

2020-08-12；

2020-10-26

國家科技重大專項任務(wù)(2016ZX05067-001-008)；山西省科技重大專項(20191102001)；山西省基礎(chǔ)研究項目(2016012012)

National Science and Technology Major Project(2016ZX05067-001-008)；Shanxi Science and Technology Major Project (20191102001)；Shanxi Basic Research Project(2016012012)

信凱，1988年生，女，山西晉城人，碩士，工程師，從事煤層氣勘探與開發(fā)方面的研究. E-mail：407033613@qq.com

季長江，1986年生，男，江蘇徐州人，博士研究生，工程師，從事煤層氣地質(zhì)方面的研究. E-mail：289218603@qq.com

信凱，季長江，肖淳. 煤層氣徑向井井眼軌跡特征與監(jiān)測方法[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(6)：130–137.

XIN Kai，JI Changjiang，XIAO Chun. Characteristics and monitoring method of the trajectory of the radial CBM well[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：130–137.

(責(zé)任編輯 范章群)