织金区块浅层煤层气 J形大位移水平井钻井技术

织金区块浅层煤层气 J形大位移水平井钻井技术李红伟;张斌【摘要】T he drilling phase for in the Zhijin coalbed methane (CBM ) block is characterized by a low drilling rate for the coal seam ,a difficult‐to‐protect reservoir ,high cost of drilling horizontal connected wells ,and a low economic benefit .In order to solve these problems ,the technical difficulties of J‐shaped horizontal drilling w ere applied to this block and analyzed .T hen ,drilling techniques in such w ells drilling in shallow CMB reservoirs were studied from well track optimization ,casing program optimization and borehole trajectory control .Finally ,the process underwent a practical test in the Zhiping 1 Well .This well was drilled smoothly with horizontal lateral of 500 .00 m ,horizontal displacement 818 .98 m ,max i‐mum deviation angle 97 .6° ,drilled coal seams 293 .00 m and coal seam drilling rate 58 .6% ,w hich is much higher than that of horizontal connected wells (43 .6% ) .In addition ,the cost to drill the well was only 58% of that of U‐shaped horizontal conn ected wells .The positive results indicated that these drilling tech‐niques in J‐shaped horizontal well could be successfully implemented in drilling wells in the Zhijin Block .%织金煤层气区块存在煤层钻遇率低、储层保护难度大、水平连通井钻井成本高、经济收益低等问题，为此，在分析该区块J形水平井工程技术难点的基础上，从井眼轨道优化设计、井身结构优化设计、井眼轨迹控制技术等方面进行了浅层煤层气J形大位移水平井钻井技术研究，并在织平1井进行了试验。

织平1井顺利完钻，水平段长500．00 m ，水平位移818．98 m ，最大井斜角97．6°，钻遇煤层293．00 m ，煤层钻遇率58．6％，远高于水平连通井的煤层钻遇率（43．6％），且钻井成本为U形水平连通井的58％。

这表明，采用J形水平井钻井技术可以解决织金煤层气区块存在的问题，可以在织金区块推广应用。

【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2016(044)002【总页数】5页(P46-50)【关键词】煤层气;大位移井;水平井;井身结构;井眼轨迹;织金区块;织平1井【作者】李红伟;张斌【作者单位】中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院，江苏南京 210031;中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院，江苏南京 210031【正文语种】中文【中图分类】TE243+.1◀钻井完井▶织金煤层气区块煤层多而浅，煤层气资源丰富，通过前期的勘探开发实践，已经基本形成了一套适合该区块煤层气勘探开发的工程技术，尤其是水平连通井技术已成为开发该区块煤层气的主要技术。

但水平连通井技术相对复杂，需同时钻一口直井和一口水平井连通，钻完井成本相对较高[1-2]。

J形水平井是在V形、U形和多分支等水平连通井基础上衍生出的一种特殊井型，因为其井眼轨迹投影侧视图类似于平躺略上翘的英文字母“J”，所以命名为J形水平井。

J形水平井与V形、U 形和多分支等水平连通井的区别是在水平段低点(A靶点)下入射流泵排采，替代水平连通井中的排采直井。

J形水平井与水平连通井相比，减少了一口排采直井和穿针对接、连通井特殊固井等复杂工艺，可大幅降低钻完井成本。

因此，中国石化进行了浅层煤层气J形大位移水平井钻井技术研究，并顺利钻成了J形大位移水平井——织平1井。

织金区块位于黔中隆起珠藏次向斜北西翼宽缓区，整体构造稳定，断裂不发育，主要钻遇第四系，下三叠统飞仙关组，二叠系上统长兴组、龙潭组及峨眉山玄武岩组地层。

龙潭组下段地层是主要含煤储层，其中23号煤层变质程度高，属高阶煤，厚度较大，分布稳定，是该区块煤层气勘探主力目的煤层。

该区块地层岩性具有以下特点：1) 第四系为表层土壤层，主要有坡积、残积及崩塌堆积，地层松软，易垮塌。

2) 下三叠统飞仙关组地层以灰色石灰岩为主，夹薄层灰色泥灰岩及泥质灰岩。

该组地层出露于地表，受地表水影响，岩溶、溶蚀现象发育，易水侵、易漏失。

3) 23号煤层属块状碎裂煤层，平均厚度2.3 m，顶板岩性为粉、细砂岩互层，底板岩性为深灰色粉砂岩，局部有砂质泥岩。

4) 煤层裂缝较发育。

1) 二开完钻封固点垂深难以确定。

J形水平井技术套管设计封固至23号煤层顶(垂深)以上2 m处，但是待钻煤层上翘、实际井眼轨迹下倾，两者相向而行，且水平段延伸方向的煤层存在一定的视倾角，易变化，煤层顶界垂深预测有一定误差，所以对二开完钻封固点垂深精度要求高，稍有误差，就会钻穿目的煤层，导致固井水泥浆压碎待钻煤层，造成三开水平段钻进煤层时出现井眼垮塌[3]。

2) 有效煤层薄、脆。

龙潭组23号煤层薄，厚度由A靶点的1.75 m向B靶点逐步减少至0.80 m，平均厚度1.00 m，且存在一定的视倾角，精确控制井眼在厚1.00 m的煤层内穿行，难度很大。

煤层比较脆，且有互相垂直的天然裂缝，钻进中极易发生井眼垮塌、卡钻等井下故障，甚至导致井眼报废[4]。

3) 预测井眼轨迹参数困难。

由于EMWD测斜仪为非近钻头测量仪，测量到的井眼轨迹参数相对滞后，选择滑动钻进和复合钻进的比例比较困难，EMWD测斜仪的测斜零长为11.65 m，假如在测斜盲段井斜角变化0.1°，垂深即波动0.02 m，在这种情况下，要在厚度1.00 m的煤层中钻长500.00 m的水平段难度很大。

4) 水垂比大，钻压难以有效传递。

织金区块主力煤层埋藏比较浅(埋深360.00 m)，水平段长度超过500.00 m，水平位移达818.00 m，水垂比达2.24。

水平段钻进过程中钻压难以有效传递，同时钻柱易发生疲劳破坏，导致出现井下故障。

5) 易形成岩屑床。

岩屑上返过程中，由于水平段较长，岩屑在自重作用下下沉，很容易形成岩屑床，而且岩屑在钻进过程中被钻头反复切削后颗粒很细，很难从钻井液中清除。

6) 套管难以下入。

由于J形水平井水垂比大于2.00且垂深只有360.00 m，无法靠自重顺利下入套管。

3.1 井眼轨道优化设计由于煤层一般较浅，在进行煤层气水平井井眼轨道设计时，需考虑以下因素：1) 水平井眼入煤层的方位。

根据三维地震剖面及邻井产层的倾角方向，确定水平井井口与B靶点的方向与距离[5]。

2) 由于J形水平井水垂比达2.24，应尽可能选择摩阻和扭矩小的井眼轨道。

3) 考虑到煤层井壁稳定性差，水平井眼要处于煤层的相对稳定部位，以利于安全钻进。

4) 由于水平段上翘，生产套管下人时摩阻最大点在A靶点，因此斜井段、水平上翘段应设计得尽可能圆滑。

织金区块J形水平井选用“直—增—水平上翘”三段式井眼轨道，造斜率选择6°/30m，有利于解决因水垂比大而钻压难以传递的困难，并且将着陆点控制在水平段预计点前20 m，方便在储层预测发生变化时及时调整井眼轨迹，确保按预定位置准确进入煤层。

表1为织平1井井眼轨道设计结果。

3.2 井身结构设计煤层气J形水平井的井身结构设计与常规油气井有所不同，需考虑J形水平井后期的排水采气和煤层井壁的稳定性、技术套管下入等因素：1) 煤层承压强度低，下入技术套管固井时要考虑防止将煤层压裂。

2) 从排水采气的角度考虑，必须对煤层上部出水量大的地层进行封堵。

3) 水平井段井径需考虑井壁的稳定性及工具仪器的配套性。

4) 设计采用三开井身结构，技术套管下至23号煤层顶部，以防止裸眼段过长、摩阻系数较大，导致生产套管下入困难。

综合考虑上述因素，J形水平井的井身结构设计为：一开采用φ444.5 mm钻头开孔，钻过上部易漏失地层后，下入φ339.7 mm表层套管并固井，水泥浆返至地面；二开采用φ311.1 mm钻头钻进，钻至距23号煤层顶2.00 m处完钻，下入φ244.5 mm技术套管并固井，水泥返至地面；三开φ215.9 mm钻头与LWD配合，增斜钻至着陆点。

着陆后根据LWD测井数据控制水平段井眼轨迹，确保水平井眼在目的煤层有效延伸。

完钻后下入φ139.7 mm套管并固井，水泥返至技术套管鞋以上200.00 m。

图1为J形水平井井身结构示意图。

3.3 井眼轨迹控制技术在分析织金区块地质特性、钻井设计的基础上，充分利用随钻测量、测井和录井等资料实时识别岩性，并根据已钻邻井测井资料解释结果找出目标煤层的地质特征，作为比对参照建立地质导向参数预测模型，提供可靠的岩性解释依据。

通过对比分析确定钻进过程中钻头的钻进方向及在目标层中的位置，实时调整井眼轨迹，使其尽可能在煤层物性较好的层位钻进[6-7]。

3.3.1 井眼轨迹控制方法J形水平井钻井过程中通常把煤层上下岩性较稳定的泥岩、致密顶底板作为判断钻头上、下倾的标志层，同时结合返出钻屑、钻时变化、综合录井等相关参数分析钻头是否在目标层中穿行。

根据地质参数(地层产状、岩性、物性和流体性质)和一些必要的工程参数(地层压力)，能够实时监测和跟踪地质目标，并在三维地质环境中调整或修正井眼轨迹，使钻头沿着煤层物性最佳的层位钻进。

J形水平井井眼轨迹控制综合分析流程如图2所示。

3.3.2 三维地质导向技术根据区域地震资料处理信息可初步了解地层产状、煤层展布，并能获得所钻区块煤层的连续性、地层倾角、倾向等地层参数。