煤层气钻井水平井施工的难题及对策

张鹏展

(河南省煤田地质局四队，河南 郑州 450003)

1 引言

水平井系指井斜角达到或接近90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的钻井。一般来讲，水平井可以增加目的层长度，增大泄油、泄气面积，数倍地提高油、气产量。由于煤层气水平井单井产量高，成本回收快，有直井不能替代的优势和潜力，我国各涉足煤层气的企业都在积极筹划采用水平井开发煤层气，水平井技术必将成为开发煤层气的主要技术手段之一。

近几年来，我单位先后在山西沁水及陕西延安等几个区块施工数十口煤层气水平井，对于水平井施工中的一些难点和应对措施具有比较成熟的经验。

2 造斜阶段的难题及对策

造斜，顾名思义是指从设计好的造斜点开始，使钻头按照预定的轨迹偏离井口铅垂线而进行倾斜钻进的过程。在水平井钻井中，造斜段钻进是关键的一环。而在这一环节，极易出现以下问题，若不加以预防，将使施工困难：

(1)托压现象。由于井眼轨迹以及各种阻力的原因使钻具加压后，压力很难传递到钻头；综合录井仪器及指重表显示，在钻压不断增加时，钻头的位置不变，没有进尺，泵压不升高、不憋泵，在钻压继续增加时可能会突然憋泵。托压一方面影响正常的定向施工，另一方面如操作不当易产生卡钻。

为预防和解决这一问题，需采取以下措施：一是加强井眼轨迹的控制，最有效的措施是简化钻具结构，减少钻铤的数量，增加加重钻杆的数量，降低钻具的刚性，减少钻具与泥饼的接触面积防止托压和黏卡。二是加强净化包含加强泥浆的携砂性能和固控设备的使用，并加强短起下作业破坏井壁岩屑床。三是钻井液要具有良好的润滑性能。为此，必须减小钻井液的失水及含砂量。实钻中，及时加入降失水剂、防塌剂、润滑剂以提高钻井液的润滑和防卡性能。同时，还根据孔内情况，及时跟进CMC，加入多元共聚物，以提高钻井液的黏度和携岩性能。通过这些措施，以达到钻井施工中“造斜后全面实施减阻防卡措施”的要求，保证造斜段的顺利施工。

(2)严格按照设计规程施工。钻达造斜点时，司钻必须严格按照定向设计的要求操作，操作要平稳，不要提前加压，以免导致造斜失败。要选用合适的螺杆钻进，不发生因造斜率不够而起钻换螺杆情况。

同时，在造斜过程中要认真检查定向仪器及动力钻具性能，以保证达到定向段的机械转速、井斜和方位的要求。

(3)找准煤层着陆点。着陆点是造斜段的关键工序，钻遇标志层时与录井队沟通好，观察岩屑、钻时、气测等变化，做好地层对比，修正着陆轨迹。

造斜钻进过程中，定向段使用MWD仪器(井斜、方位、随钻伽玛等项目)，水平段使用LWD(方位伽玛、电阻率/类电阻信号值、井斜、方位、立管压力、钻速等)，来完成导向要求。

钻进时，地质导向人员加强地层对比分析优化井眼轨迹使用，提前作出地质预告并通知造斜人员，以便造斜人员及时微调轨迹。

遇到井下情况异常，现场造斜人员可及时与甲方现场监督人员沟通，调整技术措施。

3 水平钻进阶段的难题及对策

煤层水平钻进是整个钻井施工的关键环节，能否顺利钻达目的点位并下入筛管，直接决定了钻井施工的成败。此阶段应注意以下几个方面：

(1)触顶与触底现象。在煤层进行水平钻进中，有时煤层会突然不见了，而按照所掌握的地质资料是不应该出现这种情况的，这就是触底或触顶现象。一旦遇到这种情况，就要及时退回，侧钻重新定向(亦即新孔M2)。此刻，操作人员必须按监督人员、定向人员的指令，平稳操作，不能出现溜钻。在开始划眼时，一定要控制在100 min/m的速度钻进。同时要严格控制泵压(以8～10 MPa为宜)。从第2 m开始时(此时仪器显示微弱钻压)，控制在50～60 min/m的速度，钻进3～5 m时，一般就会出现钻压。从10 m左右之后，控制在10～15 min/m；钻进20～30 m，则证明M2已经得到巩固，重新定向成功，方可正常钻进(3～4 min/m)。

(2)遇到煤层厚度较薄、倾角急变时，则容易进入顶板灰岩和底板泥岩层位，导致进尺变慢，影响钻进速度。遇到此种情况，钻进轨迹应尽量处在煤层中下部，同时要勤调、微调井斜，保证轨迹平滑和煤层钻遇率，尽量少出煤或者不出煤，避免进入顶、底板，造成后期施工相对的复杂。

(3)使用好钻井液。水平井钻进中，钻井液中使用瓜胶、黏土稳定剂和杀菌剂，泥浆密度1.02～1.04 g/cm3，黏度45～53 s。此环节中的关键在于控制钻井液失水，确保岩屑能及时带出地面，保证煤层不会由于泥浆的渗透而造成垮塌，为快速钻进提供安全保障。钻进施工人员应坚守岗位，加强坐岗，认真观察记录井口钻井液返出情况和振动筛煤屑返出情况，认真观察记录钻井液总量。后期扭矩增大(5～6 kN·m)，完钻起钻前及时跟进润滑剂，减小井壁摩阻，保证筛管顺利下入。

(4)在煤层段水平钻进过程中，钻进时间过长时应活动钻具，防止黏卡钻具。同时，在煤层中钻进，由于地层易跨塌。所以，在煤层钻进时，钻至800 m左右及时控制钻时，以利于带砂。

4 脆性煤层中钻进的难题及对策

由于断层的作用，使得一些煤层比较脆，而且存在互相垂直的天然裂缝，而这种脆性地层中钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。因此，在这种煤层中的水平钻进，特别要抓好以下几点：

(1)确保钻进时钻井液性能合理，其黏度保持在40 s以上，并在钻井液内加入防塌材料，要求固控设备(除泥器、除砂器、振动筛、离心机)使用率达100%。控制好泥浆的固相含量，勤探锥形灌的沉砂，一旦沉砂较多，及时清灌。泥浆工要坚持坐岗，确保钻进的正常运行。

(2)一丝不苟地照章操作。起下钻时,严禁操作人员速度过快，杜绝野蛮操作。每次起下钻时，监督人员都要在钻台盯守。遇到起钻困难的点、井段，都要处理顺畅后再继续起钻。每次开泵须缓慢，先将柴油机转速调至最低，再逐步达到正常值，避免压力激动造成煤层井壁失稳和压裂煤层。在下筛管时若有遇阻情况，要及时汇报并采取合理的措施使之顺畅后方可继续进行。

(3)控制好钻压，在煤层中水平钻进时，钻压控制在2～3 t。同时要防止托压，采取复合钻进和定向钻进相结合的方式循序进行，每加一根9 m的钻杆前4 m定向钻进，后5 m复合钻进，如此反复依次进行。

5 结语

对于煤层气钻井水平井施工的难题，主要从以下3个方面解决：

(1)造斜阶段，一是要预防托压很关键，发现问题，及时解决；二是随时关注着陆轨迹，找准煤层着陆点。三是要精心操作，保证斜率复合要求。

(2)在煤层中水平钻进时，一是要严防触底触顶问题；二是在薄煤层中钻进轨迹应尽量处在煤层中下部；三是要管理好钻井液；四是注意控制钻时。

(3)在脆性煤层中钻进时，一是要确保钻进时钻井液性能合理；二是要一丝不苟地照章操作，以免操作过猛引起煤层井壁失稳和压裂煤层；三是控制好钻压，采取复合钻进和定向钻进相结合的方式循序钻进。