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摘 要：彬长矿区煤层气资源丰富，具备煤层气地面开采的良好条件。为降低矿井瓦斯含量，提 高矿井安全系数，开发煤层气资源，在彬长矿区大佛寺井田实施一组煤层气多分支水平井，开 发、利用4号煤层的煤层气。该井水平段采用地质导向及充气欠平衡技术，实现了井眼轨迹的精 确控制和煤储层保护，提高了单井产气量。
关键词;多分支水平井井眼轨迹充氣欠平衡煤层气开发
1 彬长矿区煤层地质特征
彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部的渭北挠褶带 北缘庙彬凹陷区，区内可采煤层为4号煤、4上煤、4上-1煤，4上-2煤，主采煤层为4号煤。该区煤 层未经历强烈的构造和充分的煤化作用，煤的变质 程度较低，镜质组最大反射率为0.50% -0.75%，其中4号煤最大镜质体反射率0.59% ～0.68%，属低变质的长焰煤，局部为气煤。预测矿区煤层气 资源总量为1.53xH）8m3，目标煤层厚度大、埋藏 浅，气含量相对较高，具有较好的勘探开发潜力。核心区块煤层气资源丰度一般在0.06 ～ 1.26 x 108m3/km2，平均为 0.26x"m3/km2，埋深 300 ～ 1100m范围内，4号煤煤层气含量0.45 ～6.29m3/ t，平均 2.75m3/t;4± 煤气含量 0.09 ～3.49m3/t，平均0.81m3/t。彬长矿区煤层多以原生结构煤和碎裂结构煤为主，煤的宏观和微观裂隙比较发育，裂隙宽度大。
对大佛寺井田多口煤层气参数井的3号煤、4上煤 和4号煤进行了注入/压降测试及煤芯样品的煤层 气现场解吸实验，测试结果表明，3号煤平均渗透 率为0.51mD，4上煤平均渗透率为0.34mD，4号 煤平均渗透率为3.86mD。整体而言，该区煤层渗 透率相对较高。
为了开发煤层气资源，降低矿井瓦斯含量，提 高矿井安全系数，陕西彬长新生能源有限公司在大 佛寺井田部署了煤层气多分支水平对接井DFS-05 井组。该井组由DFS-05V直井和DFS-05H水平井 组成，目的煤层为4号煤，水平井设计井深 4000m，由1个主支和4个分支构成。DFS-05井身。
2.1造斜段钻进技术
造斜段钻具组合：巾215.9mmPDC钻头+，165mmPDM + + ?165NMDC x2 + 巾 127mmHWDP + ?127mmDP。
造斜段采用“单弯螺杆钻具+无线随钻测量 系统”的常规定向钻具组合，通过滑动钻进的方 式，实现扭方位、增斜、降斜;通过复合钻进的方 式稳斜，既达到连续钻进的目的.
进行控制，随时根据地层变化调整轨迹，有效地提 高钻速和轨迹控制精度，保证了煤层钻遇率。
2.2 RMRS水平井连通技术
两井连通过程中，采用了 RMRS技术（旋转 磁测距导向系统），该技术通过测量钻头和直井洞 穴当前钻头的距离与相对位置，辅助定向作业，最终使水平井准确与直井洞穴连通。连 通井段钻具组合：
巾152 4mmPDC + DRMTS + <f，120mmPDM（1.25°）+ ^120mmNMDC + MWD + ^120mmNMDC + </>88.9mmDP0
2.3水平分支段钻进技术
水平段钻进过程中，为了精确控制井眼轨迹，采用了地质导向技术进行井眼轨迹实时监控。首先 前期利用地震的资料建立区域地质模型，通过 LWD监测地层伽马数值、电阻率等参数来修正地 质模型，并实时调整井眼轨迹。另外辅以气测录井 实时监测返出的岩屑和气体组分来判断钻头是否在 煤层中穿行，确保煤层钻遇率。水平段钻具组合：巾 l52.4mmPDC + </>120mmPDM（1.25°）+，/?120mmNMDC + EM-MWD +>120mmNMDC + </>88.9mmDP，水平段钻进参数。
水平段开分支时，选取侧钻点处5 ～9m井段 划眼，工具面角摆到130° -160。或200° -230°，即老井眼左下方或右下方，目的是使钻头能够稳定 地接触井壁，以正常钻时的3 ～5倍控时钻进，送 钻一定要均匀，工具面保持稳定，钻压10kN，划 眼重复3～5次，直至在原井壁划出一条沟槽进而 形成新井眼。在钻进过程中，由于地层变化，部分 分支无法继续施工，在Leg3、食袒分支增加子分 支Leg3-1.Leg4-1，扩大钻孔覆盖范围。
DFS-O5H井钻进1个主支和5个分支、2个子 分支。主支：646 - 1509m;Legl 分支：987.84 ～ 1499.48m;Leg2 分支：975 ～ 998m;Leg3 分支：850 ～ 1178.53m;Leg4 分支：783 ～ 1053.78m;Leg3-1 子支：1000 ～ 1432.21m;Leg4 - 1 子支：880 -1451.42m0总进尺为4163.78m;水平段进尺 为3517.78m。
2.4欠平衡钻进技术
为了保护储层，DFS-05H井穿过洞穴后采用清 水+充气欠平衡钻进工艺，该工艺保护储层的机理 是：以清水为钻井液，在洞穴井完钻后下入油管及 井下封隔器，压缩气体通过油管进入到水平井的环 空内，形成以气体为离散相、液体为连续相的充气 钻井液体系，降低循环介质当量密度，使液柱压力 低于地层压力，在井底形成负压差，以实现欠平衡 钻进，达到既保护煤层又安全钻进的目的。DFS- 05H井目标煤层压力系数为0.85，属低压储层。煤层厚度8.50m，煤层顶底板较为完整，地层适应 性分析表明，目标煤层可采用充气欠平衡钻进工艺 进行水平井施工。储层基本参数，注气量及泥浆泵泵量计算较为复杂，采用Drillnet软件 欠平衡钻进模块进行设计，欠平衡钻进井底压力校核。工况1、2、3均能满足安全 欠平衡钻进的要求，即钻进过程中井底环空压力均 低于储层压力，高于地层容许坍塌压力，上返流速 大于极限上返流速。
实际钻进过程中，采用两台空压机与增压机配 合轮流注气。EMWD环空压力监测模块监测数据 表明，除接单根期间环空压力波动较大外，钻进过 0.2～0.7MPa，钻进过程安全高效。
参考文献
[1]张康顺，陈龙，钱建峰，等.彬长矿区煤层气勘探 开发潜力分析[J].中国煤层气，2015，12（4）：3-7.
[2]乔磊，申瑞臣，黄洪春，等.煤层气多分支水平井 钻井工艺研究[J].石油学报，2007，28（3）.
[3]彭旭，郝世俊，赵永哲，等.大佛寺煤田DFS-U1 水平井钻井液应用研究[J]-煤炭工程，2012，10.
[4]张晶，郝世俊，李国富.煤层气水平井充气欠平衡 钻井的井底环空压力设计与控制方法[J].中国煤 炭地质，2015，27（11）.
关键词;多分支水平井井眼轨迹充氣欠平衡煤层气开发
1 彬长矿区煤层地质特征
彬长矿区位于鄂尔多斯盆地南部的渭北挠褶带 北缘庙彬凹陷区，区内可采煤层为4号煤、4上煤、4上-1煤，4上-2煤，主采煤层为4号煤。该区煤 层未经历强烈的构造和充分的煤化作用，煤的变质 程度较低，镜质组最大反射率为0.50% -0.75%，其中4号煤最大镜质体反射率0.59% ～0.68%，属低变质的长焰煤，局部为气煤。预测矿区煤层气 资源总量为1.53xH）8m3，目标煤层厚度大、埋藏 浅，气含量相对较高，具有较好的勘探开发潜力。核心区块煤层气资源丰度一般在0.06 ～ 1.26 x 108m3/km2，平均为 0.26x"m3/km2，埋深 300 ～ 1100m范围内，4号煤煤层气含量0.45 ～6.29m3/ t，平均 2.75m3/t;4± 煤气含量 0.09 ～3.49m3/t，平均0.81m3/t。彬长矿区煤层多以原生结构煤和碎裂结构煤为主，煤的宏观和微观裂隙比较发育，裂隙宽度大。
对大佛寺井田多口煤层气参数井的3号煤、4上煤 和4号煤进行了注入/压降测试及煤芯样品的煤层 气现场解吸实验，测试结果表明，3号煤平均渗透 率为0.51mD，4上煤平均渗透率为0.34mD，4号 煤平均渗透率为3.86mD。整体而言，该区煤层渗 透率相对较高。
为了开发煤层气资源，降低矿井瓦斯含量，提 高矿井安全系数，陕西彬长新生能源有限公司在大 佛寺井田部署了煤层气多分支水平对接井DFS-05 井组。该井组由DFS-05V直井和DFS-05H水平井 组成，目的煤层为4号煤，水平井设计井深 4000m，由1个主支和4个分支构成。DFS-05井身。
2.1造斜段钻进技术
造斜段钻具组合：巾215.9mmPDC钻头+，165mmPDM + + ?165NMDC x2 + 巾 127mmHWDP + ?127mmDP。
造斜段采用“单弯螺杆钻具+无线随钻测量 系统”的常规定向钻具组合，通过滑动钻进的方 式，实现扭方位、增斜、降斜;通过复合钻进的方 式稳斜，既达到连续钻进的目的.
进行控制，随时根据地层变化调整轨迹，有效地提 高钻速和轨迹控制精度，保证了煤层钻遇率。
2.2 RMRS水平井连通技术
两井连通过程中，采用了 RMRS技术（旋转 磁测距导向系统），该技术通过测量钻头和直井洞 穴当前钻头的距离与相对位置，辅助定向作业，最终使水平井准确与直井洞穴连通。连 通井段钻具组合：
巾152 4mmPDC + DRMTS + <f，120mmPDM（1.25°）+ ^120mmNMDC + MWD + ^120mmNMDC + </>88.9mmDP0
2.3水平分支段钻进技术
水平段钻进过程中，为了精确控制井眼轨迹，采用了地质导向技术进行井眼轨迹实时监控。首先 前期利用地震的资料建立区域地质模型，通过 LWD监测地层伽马数值、电阻率等参数来修正地 质模型，并实时调整井眼轨迹。另外辅以气测录井 实时监测返出的岩屑和气体组分来判断钻头是否在 煤层中穿行，确保煤层钻遇率。水平段钻具组合：巾 l52.4mmPDC + </>120mmPDM（1.25°）+，/?120mmNMDC + EM-MWD +>120mmNMDC + </>88.9mmDP，水平段钻进参数。
水平段开分支时，选取侧钻点处5 ～9m井段 划眼，工具面角摆到130° -160。或200° -230°，即老井眼左下方或右下方，目的是使钻头能够稳定 地接触井壁，以正常钻时的3 ～5倍控时钻进，送 钻一定要均匀，工具面保持稳定，钻压10kN，划 眼重复3～5次，直至在原井壁划出一条沟槽进而 形成新井眼。在钻进过程中，由于地层变化，部分 分支无法继续施工，在Leg3、食袒分支增加子分 支Leg3-1.Leg4-1，扩大钻孔覆盖范围。
DFS-O5H井钻进1个主支和5个分支、2个子 分支。主支：646 - 1509m;Legl 分支：987.84 ～ 1499.48m;Leg2 分支：975 ～ 998m;Leg3 分支：850 ～ 1178.53m;Leg4 分支：783 ～ 1053.78m;Leg3-1 子支：1000 ～ 1432.21m;Leg4 - 1 子支：880 -1451.42m0总进尺为4163.78m;水平段进尺 为3517.78m。
2.4欠平衡钻进技术
为了保护储层，DFS-05H井穿过洞穴后采用清 水+充气欠平衡钻进工艺，该工艺保护储层的机理 是：以清水为钻井液，在洞穴井完钻后下入油管及 井下封隔器，压缩气体通过油管进入到水平井的环 空内，形成以气体为离散相、液体为连续相的充气 钻井液体系，降低循环介质当量密度，使液柱压力 低于地层压力，在井底形成负压差，以实现欠平衡 钻进，达到既保护煤层又安全钻进的目的。DFS- 05H井目标煤层压力系数为0.85，属低压储层。煤层厚度8.50m，煤层顶底板较为完整，地层适应 性分析表明，目标煤层可采用充气欠平衡钻进工艺 进行水平井施工。储层基本参数，注气量及泥浆泵泵量计算较为复杂，采用Drillnet软件 欠平衡钻进模块进行设计，欠平衡钻进井底压力校核。工况1、2、3均能满足安全 欠平衡钻进的要求，即钻进过程中井底环空压力均 低于储层压力，高于地层容许坍塌压力，上返流速 大于极限上返流速。
实际钻进过程中，采用两台空压机与增压机配 合轮流注气。EMWD环空压力监测模块监测数据 表明，除接单根期间环空压力波动较大外，钻进过 0.2～0.7MPa，钻进过程安全高效。
参考文献
[1]张康顺，陈龙，钱建峰，等.彬长矿区煤层气勘探 开发潜力分析[J].中国煤层气，2015，12（4）：3-7.
[2]乔磊，申瑞臣，黄洪春，等.煤层气多分支水平井 钻井工艺研究[J].石油学报，2007，28（3）.
[3]彭旭，郝世俊，赵永哲，等.大佛寺煤田DFS-U1 水平井钻井液应用研究[J]-煤炭工程，2012，10.
[4]张晶，郝世俊，李国富.煤层气水平井充气欠平衡 钻井的井底环空压力设计与控制方法[J].中国煤 炭地质，2015，27（11）.