第18卷第2期2021年4月
CHINA COALBED METHANE
Vol. 18 No.4
April.2021
问题及保障措施
刘天授科索沃危机
(中联煤层气有限责任公司，北京100016)
摘要：煤层气多分支水平井具有单井产量高、采出程度高、经济效益好等优势。通过对已有煤 层气多分支水平井钻井过程中固完井、井身结构及井眼轨迹、钻具组合、钻井液、钻井参数等方 面进行分析，总结现阶段多分支水平井实钻中常见的主要问题，分析其发生的原因，并出优化 后的保障措施，为未来 煤层气多分支水平井钻井工程提出建议。
关键词：煤层气多分支水平井钻井工程
Common Problems and Guarantee Measures of CBM门槛理论
Multi-lateral Horizontal Well
L IU Tianshou
(China United C BM Co. ,Ltd,Beijing 100016)
Abstract：C BM multi-lateral horizontal wells have the advantages of high single well production,high recovery degree and good economic benefits.Through the analysis from the aspects of solid completion, wellbore structure,well trajectory,BHA,drilling fluid,drilling parameters,ect.in the drilling process of existing C B M multi-lateral horizontal wells,this paper summarizes the common problems in the actual drilling of multi-lateral horizontal wells at present,analyzes the causes of their occurrence,and finds out the optimized guarantee measures,so as to put forw ard the suggests for the drilling engineering of C B M multi-lateral horizontal well in the future.
Keywords：C B M；multi-lateral horizontal wells；drilling engineering.
钻井是煤层气勘探与开发的主要手段，钻井工 程质量的优劣和钻井速度的快慢，直接关系到钻井 成本的高低和煤层气勘探开发的综合经济效益。钻 井工程就是从开钻到钻至勘探开发目的层，钻完全 井进尺的钻进过程。钻进工程是钻井的主体工程，其工程技术水准和质量，以及各相关工种、技术服 务、钻井各环节工作的协调衔接配合，是安全钻进，缩短钻井周期，降低材料消耗，决定工程成本 高低及勘探投资效益高低的关键。
煤层气多分支水平井具有单井产量高、采出程 度高、经济效益好等优势，因此在美国得到了广泛 的应用，在我国多个地区也进行了试验和应用，取 得了良好的开发效果。但由于我国煤层地质构造比 美国复杂得多，对多分支水平井地质及储层条件的
作者简介刘天授，男，硕士研究生，工程师，从事煤层气_T.程技术方面的工作。
24中国煤层气第2期
要求也比较苛刻，而且多分支水平井开发本身工艺 就比较复杂，具有大斜度、大位移、多目标等特 点，对钻井中靶精度要求高，况且多分支水平井段 穿多个煤层，造成先前施工井眼空裸，井眼易塌 等，加之多分支水平井的钻井实践相对较少。因此，钻井施工技术难度大，成本高。通过分析煤层 气分析多分支水平井工艺技术、国内外多分支水平 井工程施工现状及多个区块前期工程实践，剖析多 分支水平井钻井的主要常见问题，到相应解决办 法，为后期煤层气多分支水平井开发提供指导 意
义。
1常见问题
1- 1轨迹控制难度大，钻井轨迹易于偏移
多分支水平井钻井要求中靶准确度高，而水平 井轨迹复杂，轨迹控制难度大，钻井轨迹易于偏 移，这就对钻井的技术工艺调控处严格要求。多分 支水平井靶体通常是三维靶体，要求实钻轨迹点在 进入目标窗口平面后每一个点都在靶体所限制的范 围内，防止在钻进水平段的过程中钻头穿出靶体造 成脱靶。
由于多分支水平井水平段长，随着斜井段的延 伸，井眼摩阻随之增加，使得钻具在井眼中的转动 困难，从而加大了工具面角摆放的难度。
由于地质不确定性、工具造斜能力不确定性及 测量信息滞后等客观因素的存在，使多分支水平井 由造斜点开始到钻至增斜井段控制和水平井段控制 难度较大。
1.2施工摩阻扭矩大、钻压传输困难
多分支水平井钻探过程中，钻具与井壁之间的 摩擦阻力主要由钻柱的轴向摩擦阻力及周向摩擦扭 矩所组成。
钻探水平井所需的钻探设备多，钻柱结构复 杂，对钻探机具工艺性能要求高，下部钻具结构刚 性强，外径大，在水平井段由于钻柱重力作用，使 钻柱贴于下井壁，钻井液紊流受到影响，返砂效果 差，而且油层井段一般地层孔隙度大，砂层居多，岩石胶结性差，易形成砂桥，会严重影响钻柱的上 提下放等。
1.3井眼易污染，难以清洁，井眼易垮，维持井眼稳定难度大
多分支水平井钻探过程中，在稳斜段和水平井段，由于重力作用，钻具在井眼中靠向下井壁，使钻具周围间隙宽窄变化明显，造成井眼中宽间隙处 流速大，窄间隙处流速小，剪切速率增大，使岩屑 易沉向下井壁，且不易清除，形成岩屑沉淀层。
同一井眼，在相同排量下，不同井段的环空钻 井液会处于不同的流动状态。井眼下部，岩屑一般 处于均匀分布状态；而井眼中部，钻井液的携岩能 力也明显变小。
由于多分支水平井工程复杂，水平井段横穿储 层，钻井深度大，钻井周期长，致使钻井泥浆在井 眼循环缓慢，滞留周期长，造成大段悬空裸眼井 段，暴露在钻井液的面积大大增加，侵人地层的滤 液量增加，极易引起井壁坍塌，且储层易通过井眼 受泥浆污染，且难以清洁；由于钻井深度大，时间 长，且受工程扰动时间长及频率大等，使得井眼易 垮，钻井维持井眼稳定的难度大。
1.4钻井易发生卡钻等事故
由于多分支水平井井斜大、水平段长，随井深 增加钻具与井壁接触面积也随之增加，钻具作用于 井壁的侧压力随之增加，故极易发生粘附卡钻；同时由于水平井造斜、增斜、稳斜和扭方位等工序复 杂，全角变化率较大，起钻过程中易形成键槽而发 生键槽卡钻。
1.5固井质量控制难度大
多分支水平井固井需要解决的突出问题表现在 两个方面：一是如何确保有足够强度的套管柱能够 克服阻力顺利下至设计位置；二是在大斜度井段及 水平井段套管居中与能否完全充填水泥浆。多分支 水平井的井身结构复杂，固井工艺较为复杂，固井 控制技术难度相应增大。
2主要保障措施
尽管多分支水平井煤层气开发工艺复杂，工程 难度大，但多分支水平井具有控制面积大、适应地 形条件好、采收率高、抽采效果好等特点而备受煤 层气勘探开发业界青睐，且随着煤层气勘探开发的 需要，以及钻井T艺、钻井工具、装备等相关技术 的发展，水平井的应用越来越广泛。多分支水平井 的实施是一项复杂的系统工程，要成功实施一口多 分支水平井，应从地质选区、井位部署、工程设 计、工程施工等全方面做好保障。
第2期煤层气多分支水平井钻井常见问题及保障措施25
2. 1地质选区、井位部署及井身结构设计
在地质与气藏工程分册中，已结合多分支水平 井的工艺和技术要求，从地质、储层等多个方面优 化选择了多分支水平井适合的地区，设计了多分支 水平井的井位。从井眼剖面、完井方式、多分支水 平井布井等方面，进行煤层气多分支水平井工程设 计，包括多分支水平井控制区域、分支、方位、井身结构、井眼剖面、钻具组合、钻井液，井控及固 完井设计等。
2.2井眼轨道控制
在多分支水平井钻进过程中，要充分发挥滑动 钻进和复合钻进的技术优势，提高钻速，为钻出平 滑规则的井眼提供保障，其目的是通过井眼轨道控 制降低井眼轨迹控制的难度。
2.2.1丼眼轨道剖面类型优化
井眼轨迹控制是水平井钻井施工成功与否的关 键，选择合理的井身剖面、井眼曲率并制定有效可 行的钻井安全技术措施十分重要。
多数造斜工具的造斜特性不可能保持非常稳 定，常常产生一定程度的偏差，通过调整稳斜段的 造斜率和段长，弥补钻具造斜能力的偏差，防止稳 斜段过长，造成现场井眼控制困难及井眼清洁效 果差。
2.2.2井眼曲率优化
井眼曲率过小，使造斜井段的钻进时间太长，稳斜段太短，调整方位的回旋余地太小。井眼曲率 过大，钻具偏磨严重，摩擦阻力增加，起下钻困 难，容易磨出键槽而造成卡钻事故，对井下仪器不 安全，给后期作业造成困难。
根据井口坐标和靶点参数，设计确定造斜率。现场施工时，考虑到造斜工具造斜特性的不稳定 性，选择工具的理论造斜率应该比设计造斜率高 10% ~20%〇
2.2.3钻具组合
2.2.
3. 1直井段
在多分支水平井施工中，直井段的核心任务是 防斜，其质量将关系到定向时方位的调整。为了直 井段能尽量打直，应采用适合地区特点的钻具组 合，直井段常用的防斜钻具组合是钟摆钻具和塔式 钻具。要求钻具组合既有利于控制井斜，又有利于 解放钻压，有效提高直井段的机械钻速。在工程施 T过程中，根据现场发现问题，结合根据地质及储层条件，及时分析，随时优化钻具组合，并为后续
工程的实施积累经验。
2.2.
3.2造斜段及水平段
水平井钻井过程中简化钻具组合，减少钻铤使
用长度，用加重钻杆代替钻铤，可以有效减小摩
阻，降低施工难度。
为减小斜井段钻具摩阻，使用柔性斜坡钻杆优
化钻具组合，同时采用加重钻杆代替钻铤，尽量简
化钻具结构，减轻下部钻具重量，确保井底获得足
够的钻压，减少粘卡的机会。
使用LWD随钻地质导向系统，随钻测量自然
伽马、电阻率曲线。根据随钻测井，确定目的层顶
界深度，跟踪调整井眼轨迹，根据实际情况采用滑
动钻进和复合钻进两种方式施工，随时调整井斜方
位。在工程实施过程中，根据现场需求及时优化钻
具组合，并为后续工程的实施积累经验。
使用相关材料控制地层造浆，确保上部井眼稳
定；适量采用防塌钻井液体系能，提高钻井液的润
滑防塌性能，保证斜井段及水平段井眼的质量。
2.2.4 固井工程
采用大泵紊流顶替钻井液，排量不低于钻进排
量，提高驱替效率，保证质量。控制实钻井眼轨
迹，确保有一个良好的井眼和井身质量；套管柱上加
扶正器，保证套管居中，避免套管偏斜对固井质量的
影响。优选水泥浆体系，控制水泥浆失水和自由水。
3结论
(1)煤层气多分支水平井钻井具有轨迹控制 难度大，钻井轨迹易于偏移、施工摩阻扭矩大、钻
压传输困难，井眼易污染，难以清洁，井眼易垮，
维持井眼稳定难度大，钻井易发生卡钻等事故以及
固井质量控制难度大等常见问题。
(2)煤层气多分支水平井钻井过程中应从地 质选区、井位部署及井身结构设计，井眼轨道控 制，井眼曲率优化及固井工程等方面进行优化，来
保障和提局成功率。
(3)在煤层气开发过程中，要紧密跟踪多分 支水平井实钻的情况，针对直井段、造斜段、水平
段钻井过程中固完井、井身结构及井眼轨迹、钻具
组合、钻井液、钻井参数等方面的设计合理性做出
评价，并分析实钻中发生事故的原因，总结了现阶
(下转第29页）
金龟车贺比第2期煤层气井注氮驱替增产改造技术29
4结论
煤层破裂压力以内，注入压力越高，驱替效果 越好。HB-X2井注人压力2MPa,HB-X1井注人压 力l.IMPa。生产趋势来看，HB-X2井区效果更明 显，在以后施工过程中应尽量提高注人压力，提高 措施效果。此外结合目前井区增产效果，继续优选 合适井区推广实验，夯实老井稳产基础。根据樊庄 中部井区的试验效果来看，注氮驱替增产效果已初 步显现。下步继续优选合适区块井区，利用煤层气 注氮驱替增产改造技术特点，针对各井参数差异，优化设计注氮驱替增产改造技术的各项工艺技术参 数及方案有效地提高改造效果。
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