O 高鑫 李巍然 劉靚雯

（1.中國石油渤海鉆探工程有限公司定向井技術服務分公司 河北 062552; 2. 中國石油華北油田公司采油工程研究院 河北 062552）

淺談山西煤層氣多分支水平井地質導向技術

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（1.中國石油渤海鉆探工程有限公司定向井技術服務分公司 河北 062552; 2. 中國石油華北油田公司采油工程研究院 河北 062552）

煤層氣是近20年來在世界上崛起的一種新型潔凈能源，近年來我國也開展了諸多煤層氣開采鉆探試驗，渤海鉆探工程有限公司定向井分公司多年來對煤層氣開采過程中定向造斜，水平段跟蹤導向技術進行了攻關，初步形成了由伽馬測量隨鉆儀器數據與錄井信息相結合的導向控制技術。

煤層氣；地質導向；多分支水平井

一、煤層氣開采目的及意義

煤層氣俗稱瓦斯，是吸附在煤層中的甲烷及少量其它氣體。由于石油與天然氣資源的日漸枯竭，煤層氣作為可開發(fā)利用的新能源已越來越成為世界的主要議題及焦點。隨著我國經濟的不斷發(fā)展，對能源的需求越來越大，開發(fā)利用好煤層氣資源，不僅能改善我國的能源結構，而且在防止煤礦瓦斯泄漏事故，減少煤層甲烷排放引起的溫室效應等方面都有重要的作用。煤層氣是一種非常規(guī)油氣藏，所以不能生搬硬套常規(guī)油氣的開發(fā)技術，非常規(guī)的油氣藏應該用非常規(guī)的技術，才能達到事半功倍的效果。目前從鉆井角度降低單井鉆井成本，擴大單井控制面積，提高單井產量的目的來看一般采用定向分支水平鉆井。

沁水盆地是我國大型含煤盆地之一，不僅賦存著豐富的煤炭資源，同時還伴生著豐富的煤層氣資源。本區(qū)構造簡單，斷層稀少，煤層氣資源豐富，厚度大且分布穩(wěn)定，含氣飽和度較好，是理想的靶區(qū)之一。

二、山西煤層氣沁水盆地多分支井基本情況

沁水煤層氣田位于沁水盆地南部，是石炭-二疊系煤炭資源富集區(qū)，煤層含氣量高，煤層氣資源豐富。該區(qū)以寺河-后城腰弧形斷裂帶為界，以西為鄭莊區(qū)塊，斷裂帶以東自北向南依次為柿莊區(qū)塊、樊莊區(qū)塊、潘莊區(qū)塊。本區(qū)主力山西組3#煤層厚度穩(wěn)定，埋深500-800m，煤層氣資源豐富。煤層氣羽狀分支井由洞穴井和工藝井組成，工藝井又包括1-3個主支和數個分支，如圖1所示。設計主井眼水平位移600-1000m，分支井眼長度200～600m。主支間夾角大于15°，主分支間夾角大于18°，分支間距離50-90m，水平段長度一般大于4000m。

三、煤層鉆頭位置的判斷

目前，煤層氣多分支水平井開發(fā)的目的層為上古生界二疊系山西組3#煤層，其上、下圍巖均為成巖性好的泥質砂巖或砂質泥巖，3#煤層內部穩(wěn)定發(fā)育含有粉砂質、泥質的煤矸石，其在電性上、物性上存在著明顯的差異。隨鉆分析測井參數（GR）、錄井參數（鉆時、氣測、巖屑）、工程參數（鉆壓、扭矩）變化特征是實施地質跟蹤判斷的唯一手段。

圖1 工藝井井身結構平面圖

1.鉆時，主要受巖性和有效鉆壓的影響，巖性的影響占據絕對優(yōu)勢，在采用PDC+螺桿復合鉆進方法，有效鉆壓3t（煤層中復合鉆進情況下，磨阻很小，鉆壓與有效鉆壓基本相同），轉盤轉速大于5rpm，在煤層中的鉆時小于3min/m，一般在1min/m左右，如果超過5min/m則基本上可以確定在非煤層中鉆進。同時鉆時是唯一能夠直接反應鉆頭巖性變化的參數。

2.全烴，煤層氣是單一的甲烷為主的氣測顯示，且出于煤層保護的需要，一般使用清水或小分子無機鹽鉆井液，鉆井液內氣體逸散速度快，所測得的全烴值基本上為井筒內新揭開地層的顯示，一旦鉆出煤層，全烴值迅速降低，因此，全烴值可作為是否在煤層中鉆進的判斷依據之一。然而由于全烴測量所受到的干擾因素較多，如定向鉆進過程中，就受到鉆進速度、鉆具變形、活動鉆具、轉盤轉速等多重影響，會對依據全烴值進行巖性的判斷帶來困難，在實際應用中要及時總結，掌握煤層中全烴顯示的特征，認真分析影響干擾因素，去偽存真。

3.GR測量值，主要受巖石成分影響，其它影響因素（儀器、井斜角與地層傾角的角差以及人為因素等）在現場實際應用過程中予以注意均可以排除，而且煤層內部煤矸石GR值的變化可將煤層進行細化，從而為準確判斷鉆頭在煤層中的位置，指導井斜角度調整提供有利依據。

4.巖屑，是井筒施工過程中唯一的一項實物資料，一直作為地層識別的主要依據。然而在煤層氣分支水平井目的層鉆探過程中，由于煤層易垮塌特性和煤屑比重輕等原因，所受到的干擾極為嚴重，在水平鉆進200m左右已經不能代表井底巖性，僅能做為煤層底出頂出的輔助判斷參數。

通過以上分析，鉆時為判斷是否在煤層中鉆進的主要衡量參數，GR可作為鉆頭在煤層中位置判斷的依據參數，全烴可作為是否在煤層中鉆進的輔助參數，巖屑、鉆壓、扭矩可作為是否在煤層中鉆進的參考依據。

MWD導向工具條件下，由于GR曲線無方向性，頂出底出判斷相對困難，需要根據GR曲線組合特征、GR、鉆時組合特征、GR、鉆時、全烴組合特征等進行綜合分析判斷；方向GR導向工具條件下，頂出底出判斷相對簡單，上伽瑪值先抬升為頂出，下伽瑪值先抬升為底出。

(1)GR曲線組合特征判斷法

煤層水平井鉆進過程中3#煤層下部煤矸石分布穩(wěn)定，GR值高，底板泥巖GR值略低或近似，而上部煤矸石成分變化較大，GR值略高于煤層，因此頂出、底出煤層，在GR曲線組合特征上有所區(qū)別。底出煤層GR曲線組合特征為低（煤）、高（下煤矸石）、中（底煤）、高（底板泥巖），頂出煤層GR曲線組合特征為低（煤）、中（上煤矸石）、低（上煤）、高（頂板泥巖）。

(2)GR、鉆時組合特征判斷法

由于MWD自然伽瑪距井底約10m，測斜數據距井底約11m，滯后井段較長，如果僅依據GR測量值進行判斷，就會造成無效進尺多。且3#煤層普遍發(fā)育底部煤矸石，煤矸石的GR值與泥巖相近，甚至高于泥巖，也容易造成判斷困難。經過實鉆發(fā)現，3#煤層頂、底板泥巖不僅在GR測量值上有明顯差異，在可鉆性上區(qū)別也極大。頂板泥巖致密堅硬，有“磨刀石”之稱，因此當GR值抬升時，如果鉆時變慢，則應該為鉆遇頂板，反之，由于煤矸石底部還存在底煤以及底板泥巖可鉆性好，GR值抬升時，鉆速仍然較快，可做為頂底板判斷的主要依據，且鉆時實時反應井底巖性，因此GR、鉆時組合特征判斷法是實鉆中最常用的方法。

鄭平05-1H井L7（L2）分支鉆進至井深1327.00m時鉆時變慢（圖2），有出煤層跡象。但由于GR數據只測到井深1316m為50～60API之間，反映為煤層的特征。但結合整個煤層的電性特征，分析GR形態(tài)判斷鉆頭接近煤層頂部，調整井斜至89°，于井深1368.00m鉆時變快，出層31.0m后成功進入煤層。

(3)綜合分析判斷法

隨著煤層水平井段的延伸，鉆時、全烴、GR、巖屑等判斷頂出、底出的主要參數受到的干擾因素增多，如拖壓、活動鉆具、煤層二次破壞等，使鉆時、全烴不能真實反映地層情況；煤層厚度、煤矸石位置、煤層內部成分發(fā)生變化，GR曲線測量值和測量曲線形態(tài)也有所不同。這就需要綜合分析影響因素，辨別參數的可靠性，并參考已揭開井眼的垂深、曲線形態(tài)、地震測線變化以及構造圖形態(tài)進行綜合分析。鄭平02-1H井L1-M2井眼使用電磁波聚焦伽瑪，由于在GR在前期煤層中鉆進沒有信號，且該段為首次使用方向GR，對該種方向GR認識不足，不了解GR受煤層成分影響無信號的實際情況，加之該段為以前井眼未延伸到的位置，地層傾角不清楚，在井深1127m鉆出煤層后，無法判斷頂出、底出，采取了按照復合鉆進自然增斜的方式進行鉆探。鉆進至井深1158.00m伽瑪值降低，與煤層相似，鉆時較快，但全烴值反應不活躍，井斜角達到了99°，觀察巖屑見到粉砂成分，繼續(xù)鉆進至1186m，GR值升高，井斜角102°，綜合分析認為，雖然GR、鉆時與煤層相近，但是全烴顯示不活躍、低GR段厚度與6m的煤層厚度顯示不符、井斜角大于區(qū)域上2-9°的地層傾角變化，頂出煤層，由于定向鉆進困難，起鉆向下側鉆，證實判斷正確。

圖2 鄭平05-1H井井眼軌跡跟蹤圖

四、總結

通過在山西煤層氣多口分支水平井的施工建立了360度全方位測斜儀與綜合錄井綜合分析鉆頭位置的工作方法，改變了煤層氣多分支水平井必須使用EMWD導向工具的固有模式，打破了國外公司對多分支水平井地質導向技術的壟斷，為低成本高效開發(fā)煤層氣提供了技術支持。施工中綜合錄井，常規(guī)錄井，隨鉆定向測斜數據及隨鉆伽馬數據綜合分析，確定各影響因素權重,分析出鉆頭在煤層中位置及鉆進方向，及時調整井眼軌跡，進行煤層地質導向。

Discussion on Geosteering Technology of Shanxi Coalbed Methane Multi-Branch Horizontal Well

GaoXin1, Li Weiran1, Liu Liangwen2
（1.Directional Well Technical Service Branch of PetroChina Bohai Sea Drilling Engineering co., LTD, Renqiu, Hebei,062552 2.Production Engineering Research Institute of PetroChina Huabei oilfield company,Renqiu, Hebei,062552）

Nearly 20 years,coalbed methane is a new type of clean energy in the world, in recent years, our country also carries out a lot of coal-bed methane drilling tests.Directional Well Branch of Bohai Drilling Engineering co., LTD has been making directional deflection in the process of coal-bed methane exploitation for many years and taking measures on tracking guidance technology of horizontal section , initially forms the oriented control technology combined with gamma ray measurement while-drilling apparatus data and logging information.

coalbed methane；geosteering；multi-branch horizontal well

T

A

高鑫（1987～），男，中國石油渤海鉆探工程有限公司定向井技術服務分公司，研究方向：多分支水平井地質導向。