基金項目:國家科技重大專項62(2009ZX050662)資助。
作者簡介:郭本光，1962出生，中聯煤層氣有限責任公司副總經理，國家重點科技攻關項目62“鄂爾多斯盆地東緣煤層氣開發示範項目”項目副負責人。
(中國聯合煤層氣有限責任公司北京100011)
摘要:多分支水平井是高效開發煤層氣的重要鉆完井技術，但面臨井壁穩定、儲層保護和水動力條件等復雜的工程地質問題。為了保證柳林煙煤油藏多分支水平井的安全高產，開展了水平井地應力與井眼穩定性、儲層損害機理與保護措施、煤層厚度與強度、煤層含水特征、井眼軌跡優化設計等研究。對水平井與溶洞連通、地質導向控制井眼軌跡、清水循環介質保護儲層等實施技術進行了分析和探討。兩口多分支水平井鉆井過程中，井壁穩定，儲層得到有效保護，儲層鉆速達96%，排水產氣量達10000立方米，初步取得了良好的示範效果，具有廣闊的推廣應用前景。
關鍵詞:煤層氣多分支水平井壁穩定儲層保護
柳林煤層氣多分支水平井鉆井完井技術
郭本光MENG尚誌莫日和趙駿
(中國聯合煤層氣有限責任公司，北京100011，中國)
文摘:多分支水平井是煤層氣勘探的主要鉆井和完井方式。但是這項技術面臨著復雜的工程和地質問題，如井壁穩定、儲層保護和煤層中的水。本文以柳林煤層氣勘探中多分支水平井安全高產為目標，對地應力與水平井穩定性、儲層傷害與保護、煤層厚度與強度、煤層中的水進行了研究。此外，水平井和直井的連接處，使用地質導向技術進行井眼軌跡控制。和水作為保護儲層的鉆井液。在柳林成功地鉆了兩口分支水平井，井眼穩定，儲層得到保護，96%的長度在煤層中，產氣量達到10000 m3/d。
關鍵詞:煤層氣，多分支水平井，井壁穩定，儲層保護
1簡介
煤層氣多分支水平井技術具有單井產氣量高、采收率高、生產周期短、井場占地面積小等優點。它集鉆井、完井和增產措施於壹體，是開發煤層氣的主要技術。1999年，美國CDXGAS公司開發了壹種新型羽狀定向水平井系統，在美國低滲透煤層氣田取得了非常好的效益。2008年至2010年，在樊莊-胡迪區塊、南石莊區塊和潘莊區塊部署了多分支水平井作為主要開發手段。
柳林示範區3+4號煤層滲透率為0.01~2.8mD，平均為0.6mD5號煤層滲透率範圍為0.06-1.59 MD，平均值為0.7mD8+9號煤層滲透率範圍為0.005-24.8 MD，平均為4.8 MD多分支水平井技術適合高效開發。
針對多分支水平井面臨的井壁穩定、儲層保護、煤層含水特征、井眼軌跡優化設計和控制等問題，系統研究了柳林煙煤油藏采用多分支水平井的可行性，並簡要介紹了實施過程中的煤層造穴、水平段和直井穿深、井眼軌跡控制和提高煤層鉆速等技術。多分支水平井排采效果良好，初步形成了柳林煤層氣高效開發示範技術。
2柳林多分支水平井鉆完井技術研究
2.1儲層損害機理及保護措施
柳林煙煤儲層平均比表面積為1.80m2/g，平均總孔隙體積為0.00255mL/g，平均孔徑為8.205nm，如圖1所示。測試結果表明，柳林煙煤儲層的孔喉特征類似於“墨水瓶”，因此壹旦儲層受到損害，情況將非常糟糕。
進壹步對儲層巖心進行速敏、水敏、堿敏、酸敏和水鎖測試，結果見表1。測試結果表明，柳林煤樣的儲層損害平均重量比為:水鎖9.355:吸附2.385:固堵1.48:水敏1，說明柳林煤樣損害最大。
根據損害機理試驗結果，制定了水平井儲層保護技術措施，即清水充氣欠平衡鉆井方法有利於儲層保護。
2.2煤層水平井井壁穩定性
(1)更多待鉆點是水平井煤層分布。
利用CLH-03V井的組合測井資料，可以分析3+4煤層的分布特征。結果如圖2所示。單個煤層厚度超過4m，3+4號煤層總厚度近10m，夾層厚度3.5m..這樣的煤層厚度可以保證豐富的煤層氣含量，有利於煤層剖面的軌跡控制。
(2)煤層強度分析
圖1柳林煙煤儲層孔隙特征
表1煙煤儲層損害重量測試結果
圖2 3+4號煤層厚度分析
柳林煙煤巖心進行了三軸應力試驗，結果見表2-表4。單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比和單軸抗拉強度分別約為6MPa、65，438+0，300 MPa、0.32和0.5MPa。
煤層強度很離散，不同井區煤巖強度差異很大。需要結合即將鉆探的測井資料進壹步研究該井區煤層的強度特征。根據實驗室測試結果，對強度和彈性解釋模型進行了校正，並利用CLH-3V井的聯合測井資料建立了該井區地層強度和彈性參數的縱向剖面，如圖3所示。該井區3+4煤組單軸抗壓強度在9MPa以上，煤層強度高，有利於井壁穩定。
表2柳林3+4煤層巖芯單軸抗壓強度的測定
表3柳林3+4煤層巖心三軸抗壓強度測定
表4柳林3+4煤層巖心抗拉強度的測定
(3)地應力和水平井軌跡特征
柳林地區水平最大主應力方向基本為東西向，地應力梯度剖面如圖4所示。該區三個主應力的關系為:水平最大主應力>:=上覆應力>；最小水平主應力。
根據地應力的方位和大小以及煤層的強度數據，分析了水平井壁的穩定性。結果如圖5所示。水平段鉆井的坍塌壓力與井眼軌跡方位角和傾角有關。總體而言，煤層水平段坍塌壓力低於0.9，宜采用清水充氣欠平衡鉆井方法。
2.3煤層及頂底板含水特征研究
煤層氣能否高產與頂底板的封閉能力和煤層所含的水密切相關。煤層中含有承壓水有助於圈閉煤層氣，增加煤層的吸附能力，但如果鉆孔與大的產水層相通，則不利於排水降壓。
利用聲波、密度、中子和深淺雙側向電阻率測井，研究了3+4號煤層的頂底板和含水特征，分析結果見圖6。3+4號煤層上下均有泥巖隔層，可以阻止煤層氣的垂向逸出。3號煤層含水，立井日出量2~4m3，便於通過排水建立分析所需的壓差。從頂底板巖性和含水特征來看，這是壹個合理的地質情況，有利於煤層氣高產。
2.4井眼軌跡設計
CLH03和CLH04多分支水平井的軌跡設計如圖7所示。該井區煤層傾角為3°，傾角為222°。為了便於排水，要求優化後的水平段軌跡方位為北東42°左右，優化組合角為93°。兩口多分支水平井的水平段設計軌跡方位見圖7。
圖3待鉆水平井3+4號煤層強度參數分析。
圖4柳林地區地應力梯度剖面圖
2.5井筒結構和完井方法
井身結構見圖8。壹開使用121/4”鉆頭和95/8”套管，深度約60.00米；二開使用81/2”鉆頭，鉆至目標A，下入51/2”套管；到了三開，就完了。
圖5 3+4號煤層水平井坍塌壓力分析
圖6 3+4號煤層含水特征分析
圖7 clh-03h &；04H多分支水平井井眼軌跡圖
圖8多分支水平井井身結構設計
3實地實施
3.1施工步驟
(1)首先使用121/4”鉆頭和95/8”套管，深度約60.00m，水泥返出地面；
(2)二開采用81/2”鉆頭，直井段采用鐘擺鉆具，直鉆至339.64米後鉆進，下放造斜鉆具，造斜率7.60/30米，目標方位82.76°，定向鉆至井深646.59米後鉆進；
(3)下51/2”套管，然後固井，待凝48小時，試壓合格後開鉆完井；
圖9煤層自然伽馬和電阻率測井曲線
(4)三開掃灰塞，開始43/4”井眼施工；
(5)運行通訊工具進行通訊操作；兩口井連接成功後，起鉆更換導向鉆具，實施欠平衡鉆井；
(6)m 1主井眼鉆至1550.00米後，下鉆至L1分支側鉆點，然後進行L2分支；從第壹個主井眼側鉆M2主井眼，然後進行L3和L4分支鉆井；3000米煤層鉆遇完成後，水平井CLH-03H鉆井施工完成；
(7)在CLH-03H井眼中切斷51/2”套管，起出套管，從270.19m側鉆，重復CLH-03H施工步驟，開始CLH-04H施工。
3.2井眼軌跡控制
利用地質導向控制技術，煤層鉆速達到96%，煤層自然伽馬和電阻率測井曲線見圖9，煤層實鉆鉆孔軌跡見圖10，實鉆多分支井軌跡水平投影見圖11。
圖10地質導向控制井軌跡穿越煤層
4排水和開采效果
兩口多分支水平井排采效果見附圖12和附圖13。兩口井均取得了良好的排水采氣效果，發揮了多分支水平井泄壓面積大、產能高的特點。
5結論
柳林地區(1)3+4號煤層適合采用多分支水平井技術進行高效開采。為了避免煤層氣水平井井眼坍塌和掩埋的風險，結合水平井地應力大小和方向、煤層強度和井眼軌跡，形成了井眼穩定性評價方法，有效保證了煤層水平段鉆井的安全。
(2)明確了柳林煙煤儲層的損害機理，為鉆完井中儲層保護措施的制定提供了依據，采用清水+曝氣保護儲層是適宜的。
(3)煤層氣多分支水平井能否實現高產，與煤層含水特征、水層水壓、頂底板封閉能力密切相關。多分支水平井的軌跡設計和層位優化應考慮這些特點，加強地質與工程的結合，提高煤層氣鉆井的成功率。
圖11 clh 03h &；04H井實鉆軌跡水平投影
圖12 CLH-03V井排水曲線
圖13 CLH-04V井排水曲線
參考
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