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摘要：多分支水平井已成为我国开采煤层气资源的重要手段。以前，较为先进的开采方式是采用水平井与直井连通，通过钻水平井与预先钻成的垂直井连通后，再钻成多分支井。这样，通过一个水平井可以先后向多个垂直井连通，钻成多组水平分支井，最后将水平井井口封填，通过垂直井进行煤层气的排采。本文结合 ZY-H4-LS井组对分支水平井进行了介绍，对以后开展此技术有借鉴。
关键词：分支水平井 ZY-H4-LS井组
目前，国内还没有水平井与定向井连通的先例，没有可借鉴的经验技术。ZY-H4-LS井组，采用分支水平井和定向井一体化设计、一体化施工等多项技术，成功实现了分支水平井与定向井的连通。
1 分支水平井与定向井连通的技术难点
把煤层气排采井由直井改为定向井，与直井相比，定向井连通的技术难点主要有：
1）定向井和水平井的轨迹数据精度要求非常高
在空间范围内，直井的轨迹变化量较小，一口较为理想的垂直井，其轨迹主要是垂直井深的变化。而定向井则不同，既有垂直井深的变化，又有N值、E值的变化，其空间轨迹变化量远远大于直井。要实现连通，定向井目标点数据必须准确，精度要求很高。同样，对水平连通井的轨迹控制也提出了相应的精度要求。
2）定向井连通目标点未做洞穴，大大增加了连通难度
为了易于实现连通，垂直井通常在煤层段造一个洞穴，洞穴直径0.5～0.6m，大大降低了连通的难度。如果排采井为定向井，由于井斜较大，如果在煤层中再造洞穴，煤层就容易形成大肚子使井壁不稳定，给连通及水平井水平段施工带来很大的潜在钻井风险。为防止因定向井段煤层坍塌、井壁不稳带来的潜在风险，在定向井煤层段仅仅下入了玻璃钢套管，而没有扩孔做洞穴，使连通难度变大。
3）连通的方式与直井截然不同
水平井与直井的连通，至少是点对线的连通，加之在目标点又造了洞穴，使连通方式变为点对面的连通。而与定向井的连通则截然不同：首先定向井的目标区没有造穴，根本无法实现点对面的连通方式。如果定向井在连通井段再有空间方位（方向）上的变化，那么连通目标区的控制范围则更加苛刻，连通窗口将变得非常狭窄，即便是点对线的连通方式也不能实现，水平井与定向井之间的连通只能是点对点的连通方式。这大大增加了水平井与定向井连通的难度，甚至是对连通施工技术的挑战。
图1 井身结构图（a，排采井为直井；b，排采井为定向井）
2 分支水平井与定向井连通的技术关键
煤层气要实现丛式井组开发排采的方式，其关键在于水平井与定向井的连通。针对分支水平井与定向井连通的技术难点，对目前施工存在的技术瓶颈进行了攻关研究，逐渐形成了一体化设计、一体化施工等多项关键技术，为保证分支水平井与定向井连通提供了技术支撑。
1）对丛式井组进行一体化设计
丛式井组开发煤层气是一项系统工程，必须做到一体化设计。包括一体化设计井口位置及其间距；一体化设计防碰方案；一体化设计施工顺序；一体化设计定向井和水平井的轨迹剖面等。点对点的连通方式，增加了连通的难度，对连通施工提出了挑战。在连通之前，如果定向井与水平井方位一致，那么连通区域的范围在垂深上可以控制为整个煤层厚度，连通方式就变成了点对线的连通。所以，对同一丛式井组的定向井与连通水平井进行一体化设计，在设计定向井的同时设计水平连通井，使它们的轨迹剖面在煤层段之前达到一致，并且在整个目的层井段保持稳定，这就从整体上奠定了连通的基础，从局部上确保了连通的精度。
2）对丛式井组进行一体化施工
对丛式井组一体化设计之后，最关键的技术要点就是对丛式井组进行一体化施工，整个施工过程必须做到统一组织、统一规划。
a. 分支水平井和定向井施工由同一钻井队承担。在整个施工过程中使用相同的人员、设备、工具、仪器等，同一支队伍具有较为定式的作业习惯，同时对自己施工过的井还能做到心中有数，这就最大限度地减少了施工过程中的系统偏差。
b. 系统地录取分支水平井和定向井的轨迹数据。水平井和定向井井斜和方位变化较大，获取准确井眼轨迹数据的难度比直井困难得多。施工中对轨迹数据加密监测，使用多套不同的仪器进行校验，最好做出系统分析，去伪存真、取优去劣，确定最合理的轨迹数据。同时选定最具代表性的参照仪器，以便对下一步施工井的数据进行标定。这样就减小了仪器录取的误差，确保了轨迹数据的精度。
3）准确确定井口坐标，选好分支水平井着陆点的位置
多次复核水平井及定向井的井口坐标，根据定向井的井眼轨迹数据和连通点位置、连通方式等因素，计算分支水平井着陆点的井斜、方位、垂深等连通点参数，进而精确确定分支水平井的着陆点位置。
4）优化连通工艺措施
a.造斜及连通时尽可能地缩短工具零长，减小预测误差，保证E-MWD 没有磁干扰。
b.连通前滑动钻进，实时计算当前测点的闭合方位和预测钻头的方位变化，及时的将井眼方向纠正至连通点的位置。提供准确的E-MWD重力工具面。每3-5m测斜一次，快速地确定BHA的增降斜、增减方位的趋势，连续监测井眼方向。
c.接近连通点时，利用专门的轨迹计算软件进行柱面法扫描，判断水平井与连通点的距离，从3D视图上预测轨迹变化趋势。利用Vector的信号，判断连通的位置和偏离情况，及时调整轨迹，以达到连通的目的。
3 现场应用
ZY-H4-LS井组，井场上设计三口定向井ZY-H1-S、ZY-H2-S、ZY-H3-S，一口水平分支井ZY-H4-L，由ZY-H4-L井分别向三口定向井钻水平井进行连通，连通后再分别钻成多个分支。根据一体化设计、一体化施工的原则，由中原40583钻井队施工。
按先后顺序完成了三口定向井的施工，根据设计，ZY-H1-S定向造斜率控制在6°/30m以内，钻至煤层段井斜达55°，方位为102°。定向过程井眼轨迹数据由MWD获取；完钻后用单、多点测斜仪复测校对；下套管后，用陀螺复测核对；三套数据基本吻合，保证了井眼数据的准确无误。
水平井开钻前，准确测量了井口坐标，二开前复核水平井及定向井的井口坐标，根据定向井的井眼轨迹数据及测井资料，重新标定水平井的着陆点、连通点等关键点的坐标。从375m开始定向，钻至706m完成二开钻进，井斜93.39°，方位102°，套管下深704.67m。
三开两井连通过程中，采用近钻头电磁测距法（RMRS技术）。钻至距靶点100m时，将两个井底的数据输入到专用软件中，初始化坐标。定向井下入Vector仪器，接收水平井中的强磁信号，实时
地计算当前测点的闭合方位并预测钻头处方位的变化，连续监测井眼空间位置，通过调整工具面及时地将井眼方位纠正至连通段中心位置。钻至818.45m时与定向井成功连通，在国内首次实现了分支水平井与定向井的连通施工。
关键词：分支水平井 ZY-H4-LS井组
目前，国内还没有水平井与定向井连通的先例，没有可借鉴的经验技术。ZY-H4-LS井组，采用分支水平井和定向井一体化设计、一体化施工等多项技术，成功实现了分支水平井与定向井的连通。
1 分支水平井与定向井连通的技术难点
把煤层气排采井由直井改为定向井，与直井相比，定向井连通的技术难点主要有：
1）定向井和水平井的轨迹数据精度要求非常高
在空间范围内，直井的轨迹变化量较小，一口较为理想的垂直井，其轨迹主要是垂直井深的变化。而定向井则不同，既有垂直井深的变化，又有N值、E值的变化，其空间轨迹变化量远远大于直井。要实现连通，定向井目标点数据必须准确，精度要求很高。同样，对水平连通井的轨迹控制也提出了相应的精度要求。
2）定向井连通目标点未做洞穴，大大增加了连通难度
为了易于实现连通，垂直井通常在煤层段造一个洞穴，洞穴直径0.5～0.6m，大大降低了连通的难度。如果排采井为定向井，由于井斜较大，如果在煤层中再造洞穴，煤层就容易形成大肚子使井壁不稳定，给连通及水平井水平段施工带来很大的潜在钻井风险。为防止因定向井段煤层坍塌、井壁不稳带来的潜在风险，在定向井煤层段仅仅下入了玻璃钢套管，而没有扩孔做洞穴，使连通难度变大。
3）连通的方式与直井截然不同
水平井与直井的连通，至少是点对线的连通，加之在目标点又造了洞穴，使连通方式变为点对面的连通。而与定向井的连通则截然不同：首先定向井的目标区没有造穴，根本无法实现点对面的连通方式。如果定向井在连通井段再有空间方位（方向）上的变化，那么连通目标区的控制范围则更加苛刻，连通窗口将变得非常狭窄，即便是点对线的连通方式也不能实现，水平井与定向井之间的连通只能是点对点的连通方式。这大大增加了水平井与定向井连通的难度，甚至是对连通施工技术的挑战。
图1 井身结构图（a，排采井为直井；b，排采井为定向井）
2 分支水平井与定向井连通的技术关键
煤层气要实现丛式井组开发排采的方式，其关键在于水平井与定向井的连通。针对分支水平井与定向井连通的技术难点，对目前施工存在的技术瓶颈进行了攻关研究，逐渐形成了一体化设计、一体化施工等多项关键技术，为保证分支水平井与定向井连通提供了技术支撑。
1）对丛式井组进行一体化设计
丛式井组开发煤层气是一项系统工程，必须做到一体化设计。包括一体化设计井口位置及其间距；一体化设计防碰方案；一体化设计施工顺序；一体化设计定向井和水平井的轨迹剖面等。点对点的连通方式，增加了连通的难度，对连通施工提出了挑战。在连通之前，如果定向井与水平井方位一致，那么连通区域的范围在垂深上可以控制为整个煤层厚度，连通方式就变成了点对线的连通。所以，对同一丛式井组的定向井与连通水平井进行一体化设计，在设计定向井的同时设计水平连通井，使它们的轨迹剖面在煤层段之前达到一致，并且在整个目的层井段保持稳定，这就从整体上奠定了连通的基础，从局部上确保了连通的精度。
2）对丛式井组进行一体化施工
对丛式井组一体化设计之后，最关键的技术要点就是对丛式井组进行一体化施工，整个施工过程必须做到统一组织、统一规划。
a. 分支水平井和定向井施工由同一钻井队承担。在整个施工过程中使用相同的人员、设备、工具、仪器等，同一支队伍具有较为定式的作业习惯，同时对自己施工过的井还能做到心中有数，这就最大限度地减少了施工过程中的系统偏差。
b. 系统地录取分支水平井和定向井的轨迹数据。水平井和定向井井斜和方位变化较大，获取准确井眼轨迹数据的难度比直井困难得多。施工中对轨迹数据加密监测，使用多套不同的仪器进行校验，最好做出系统分析，去伪存真、取优去劣，确定最合理的轨迹数据。同时选定最具代表性的参照仪器，以便对下一步施工井的数据进行标定。这样就减小了仪器录取的误差，确保了轨迹数据的精度。
3）准确确定井口坐标，选好分支水平井着陆点的位置
多次复核水平井及定向井的井口坐标，根据定向井的井眼轨迹数据和连通点位置、连通方式等因素，计算分支水平井着陆点的井斜、方位、垂深等连通点参数，进而精确确定分支水平井的着陆点位置。
4）优化连通工艺措施
a.造斜及连通时尽可能地缩短工具零长，减小预测误差，保证E-MWD 没有磁干扰。
b.连通前滑动钻进，实时计算当前测点的闭合方位和预测钻头的方位变化，及时的将井眼方向纠正至连通点的位置。提供准确的E-MWD重力工具面。每3-5m测斜一次，快速地确定BHA的增降斜、增减方位的趋势，连续监测井眼方向。
c.接近连通点时，利用专门的轨迹计算软件进行柱面法扫描，判断水平井与连通点的距离，从3D视图上预测轨迹变化趋势。利用Vector的信号，判断连通的位置和偏离情况，及时调整轨迹，以达到连通的目的。
3 现场应用
ZY-H4-LS井组，井场上设计三口定向井ZY-H1-S、ZY-H2-S、ZY-H3-S，一口水平分支井ZY-H4-L，由ZY-H4-L井分别向三口定向井钻水平井进行连通，连通后再分别钻成多个分支。根据一体化设计、一体化施工的原则，由中原40583钻井队施工。
按先后顺序完成了三口定向井的施工，根据设计，ZY-H1-S定向造斜率控制在6°/30m以内，钻至煤层段井斜达55°，方位为102°。定向过程井眼轨迹数据由MWD获取；完钻后用单、多点测斜仪复测校对；下套管后，用陀螺复测核对；三套数据基本吻合，保证了井眼数据的准确无误。
水平井开钻前，准确测量了井口坐标，二开前复核水平井及定向井的井口坐标，根据定向井的井眼轨迹数据及测井资料，重新标定水平井的着陆点、连通点等关键点的坐标。从375m开始定向，钻至706m完成二开钻进，井斜93.39°，方位102°，套管下深704.67m。
三开两井连通过程中，采用近钻头电磁测距法（RMRS技术）。钻至距靶点100m时，将两个井底的数据输入到专用软件中，初始化坐标。定向井下入Vector仪器，接收水平井中的强磁信号，实时
地计算当前测点的闭合方位并预测钻头处方位的变化，连续监测井眼空间位置，通过调整工具面及时地将井眼方位纠正至连通段中心位置。钻至818.45m时与定向井成功连通，在国内首次实现了分支水平井与定向井的连通施工。