煤层气复杂结构水平井关键技术探索

谭天宇　蒋海涛　席佳男　李浩　郭超　郭宇程　范雯琦

【摘 要】煤层气复杂结构水平井是为解决井塌、埋卡事故，井眼坍塌堵塞采气通道，在后期增产作业过程中，洞穴易垮塌、管柱下入困难，主井眼无法重入等问题而应用新井型。复杂结构水平井是由一个多分支水平井和两个直井洞穴排采井组成，多分支水平井主支和排采井洞穴在地层较为稳定的顶板泥岩，针对这种特殊井型配套了顶板泥岩造穴技术、连通技术、悬空侧钻技术、固壁技术等。以达到“主支疏通、分支控面、脉支解吸”的设计理念。

【关键词】复杂结构水平井；悬空侧钻； 固壁技术

0 引言

随着多分支水平井在山西煤层气的不断应用，在应用开发过程中也产生了很多问题，比如：在煤层钻进过程中，煤层易垮塌，造成埋卡事故；主支不能浸泡，多次重入；排采井洞穴在排采过程中易垮塌，下抽油杆难；井眼轨迹难控制，易形成煤灰堆积，堵塞排采渠道等问题。针对这些问题，提出了在稳定的顶板泥岩钻进主支、造穴、一井排水、一井采气等设计思想和新井型的配套技术，以解决垮塌，井眼控制，排采堵塞。同时达到主支疏通、分支控面、脉支解吸等应用效果。

1 概述

1.1 复杂结构水平井井型

复杂结构水平井是由一个多分支水平井和两个洞穴直井组成。主支在稳定的顶板泥岩钻井，分支和脉支在煤层钻进。两个洞穴井的洞穴在顶板泥岩，通过连通技术，将水平井的主支将近、远两端的直井连起来。

1.2 复杂结构水平井的创新点

1）水平井主支建在煤层顶板，形成稳定的排水、疏灰、采气通道；

2）水平井与排采井在煤层顶板连通，解决排采井洞穴坍塌、上下错位的问题；

3）主支轨迹控制始终大于90度，消除排采时“水塞”和“灰堵”的现象 ；

4）可实现不下管柱在主支进行洗井；

5）水平井与两口抽排井连通，可试验排水、采气分离的排采方式。

2 复杂结构水平井关键技术

2.1 顶板泥岩造穴技术

煤层气开发中，直井作为排采井，起着沟通煤层气排采通道，下入排采设备，并对煤层气产气情况进行监测的作用。煤层气顶板泥岩造穴技术直井造穴技术是煤层气水平井钻完井技术中的一项专有技术，主要有两个作用，一是，解决煤层在排采时灰卡或灰堵的问题，二是，提高水平井与直井连通的成功率。

鉴于顶板泥岩硬度高、所造洞穴直径大（Ф600mm）的特点，研制了造穴直径为Ф300mm和Ф600mm的单翼造穴工具。顶板泥岩造穴工具：主要由本体、心轴、刀翼等三部分构成。由于顶板泥岩地层坚硬，直接造直徑600mm的洞穴不易实现。故提出两步造穴方案，即造穴作业分两步进行：第一步先下入直径300mm的造穴工具将洞穴位置处的玻璃钢套管与水泥环清理干净，并造出直径300mm的洞穴；第二步是继续下入直径600mm的造穴工具，将直径300mm的洞穴扩大为600mm。

2.2 悬空定点侧钻技术

悬空侧钻技术是多分支水平井工艺中特别重要的一种技术，它需要和导向，钻井之间良好的信息沟通，在钻进主井眼时充分考虑提前预留侧钻点的位置，尽量在煤层上部延伸，以便侧分支降斜时不会底出煤层。还需要司钻及泥浆工的合力钻进，最主要是要组合好钻具对地下的地质条件进行反复的分析，避免在钻进过程中出现托压，在侧钻过程中必须时刻观察钻压和工具面的变化，并及时与导向师沟通，在钻进过程中合理运用复合钻井技术。

2.3 近、远端斜井连通技术

RMRS是一种采用人工磁信标进行测量的主动测距系统，主动磁测距技术是在钻进过程中借助人工营造的磁场作为信标进行定向测量，从而确定当前钻进参数并指导钻进方向的一种技术。

主动磁测距技术特点是在小范围内采用人工磁信标所构筑的人工磁场进行测距，其强度比天然磁场强数十倍至数百倍，强磁信号可穿透地层数十米，而接受探管仍能捕获信号，因此其测距范围可达60m～70 m。通过测量该磁场的矢量参数，可精确计算出井眼轨迹，对钻头所处的当前位置进行精确定位。

2.4 泥岩主支固壁技术

顶、底板主支井眼的稳定性是建立稳定的多分支水平井的先决条件。由于顶、底板泥岩存在裂隙，用清水浸泡后将要发生垮塌。为了增强顶、底板井壁的稳定性，采用化学挤注固壁技术对顶、底板泥岩进行固壁。该技术是用钻井液把井眼钻成后，替入化学固壁液，在一定压力下挤入裂隙地层中，使其充填、扩散、胶凝固化，以达到增加井壁强度长期固化稳定井眼的目的。

3 QS12-1井现场应用

QS12-1井是一口重点试验井，由一口水平井和两口直井组成。按照“主支疏通、分支控面、脉支解吸”的设计思想，主支在顶板泥岩内钻进，总体上倾，主支段长2182m，水平位移1403.42m。主支在顶板泥岩钻进工艺的成功实施，不但实现了主支的洗井功能，而且实现了井眼的重入。分支采取降斜侧钻至煤层，控制轨迹井斜大于90°的设计思想，见煤后钻遇率95.62%，控制面积0.44平方公里。实现了单井万米进尺无事故（总进尺13270m），创造了单井分支脉支最多（15个分支、33个脉支）、煤层进尺最长（煤层进尺10288m）等多项国内外记录。

4 结论

1）主支在稳定的泥岩钻进，不易垮塌，井眼轨迹整体上倾，排采时不易造成灰堵，水塞。可以多次重入，避免划出新井眼的问题。

2）主支泥岩固壁技术本次泥岩主支固壁现场试验分为两次进行，成功进行了四个井段固壁，包括三个水平段和一个造斜段，试验取得圆满成功。保障主支井壁稳定安全。

3）悬空侧钻技术使夹壁墙稳定性研究取得实质性突破，使井壁稳定瓶颈得到解决，指导了侧钻点的选择及技术参数的确定，攻克了水平分支井关键技术。

【参考文献】

[1]黄洪春，卢明等.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究[J].天然气工业，2004；24（5）.

[责任编辑：张涛]