煤层气水平井地质导向技术研究与应用_丁雷.pdf

2023年第7期西部探矿工程*收稿日期：2023-06-21作者简介：丁雷（1982-），男（汉族），吉林松原人，工程师，现从事地质导向工作。煤层气水平井地质导向技术研究与应用丁雷*（大庆钻探工程公司地质录井二公司，吉林 松原 138000）摘要：近年来，随着经济社会的不断发展，对油气资源的需求量越来越大，为保证资源的可接替性，国内外油气勘探向多种资源聚焦，我国具有丰富的煤层气资源，作为一种清洁能源，煤层气的开发具有多种优势，但是，煤层气埋藏具有夹矸多、局部构造变化大和水平段缺少预测点、轨迹难控制等问题，现场通过临井资料收集、地层对比分析，并利用录井导向手段，对着陆点和水平段轨迹进行了精确控制，高效完成了钻井施工，对今后施工具有指导意义。关键词：煤层气；录井导向；轨迹控制中图分类号：TE24 文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2023)07-0102-031概述改革开放以来，中国经济社会得到了日新月异的发展，经济体量跃居全球第二，高质量发展对油气资源的依附度严重，近年来年均油气消耗当量不断攀升，油气进口依赖度长期徘徊在70%的红色警戒线附近，为响应习近平总书记“能源的饭碗必须端在自己手里”的号召，扩大国内油气勘探开发领域，不断丰富油气藏来源，具有重要意义。煤层气作为近年来能源领域的新贵，储量丰富，勘探开发前景广阔。1.1煤层气简述煤层气俗称“瓦斯”，是一种非常规天然气，与煤炭伴生并以吸附态形势在煤层内储存，成分以甲烷（CH4)为主,具有标准煤的 25 倍的热值。1m3煤层气的热值相当于 1.13kg 汽油、1.21kg 标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，燃烧洁净，废气产生率低，是较好的工业和居民生活能源。另外，开发利用煤层气的优点众多：一是煤层气温室效应约为 CO2的 21 倍，开发利用可降低对生态环境的污染；二是开采煤层气可有效降低煤矿瓦斯爆炸率等。因此煤层气勘探开发具有巨大的经济和社会效益。中国煤层气资源禀赋，总储量位居世界第三。据统计每年随开采原煤的伴生气排放达 130 108m3以上，合理抽放的量应可达到 35 108m3左右，除去现已利用部分，每年仍有 30108m3左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气 50 108m3，可利用的总量达 80 108m3，约折合标煤 1000104t。如用于发电，每年可发电近 300 108kWh，勘探开发潜力巨大。1.2煤层气勘探地质导向施工难点（1）通过临井实钻，进入目的层顶部前有0.5m左右的3070的伽马，继续往下走0.6m左右钻遇2号夹矸。（2）通过邻井分析，2号夹矸伽马值较高，厚度约0.6m，水平段轨迹尽量控制在12号夹矸之间。（3）AB靶点之间构造整体呈上倾趋势，但局部构造存在变化，需通过实钻不断的校正。（4）水平段缺少预测点，局部微构造可能存在变化，地震剖面上前段上倾后段缓慢变为水平不好预测，存在一定的风险，关键节点是控制好上倾倾转水平的转换，过渡期的整体控制。所以在实钻过程中要结合东方物探专家的地震追踪做到井震结合，在靠近微构造部的时候将井斜提前做调整避免触顶。2地质录井技术简述在油气藏勘探开发和评价过程中，地质录井技术是最及时、最直接的手段之一,其特点是能够及时、准确地采集和录取地下信息，并通过各种仪器设备进行分析解释，从而掌握地下的油气藏情况。随着科技的不断发展，录井技术也得到了日新月异的发展，在原有综合录井技术的基础之上，衍生出元素、色谱等一系列1022023年第7期西部探矿工程新的技术，丰富了录井技术的种类，同时也为更好地录取地下资料、解释地层地质成分、获取油气资源的信息提供更多的渠道和手段。其中的综合录井技术是以气测录井和地质录井为基础，兼顾对钻井工程参数的检测与录入，经过技术的不断发展完善，演变为录井技术的主体。综合录井技术对油气资源的发现起到了至关重要的作用。早期受限于国内科技的发展水平，相关仪器全部需要进口，制约了油气资源的勘探开发。后经过不断引入国外先进仪器和管理技术，使我国录井技术得到了长足的发展。尤其是进入新世纪后，伴随我国科技水平的提高，国内录井仪器企业得到了较大的进步与发展，如神开、德玛等，在主导国内油气的市场同时，也开拓了国外市场。3现场地质导向技术应用3.1邻井资料收集J深8-7平01井8#煤层顶面构造图选取沿设计轨迹方向的DJ4-6DJ3-3DJ3-4DJ3-4向2DJ3-4向6DJ27井的邻井资料，主要包括：井基本数据、录井资料、测井及解释数据等。3.2地层对比分析根据邻井地层对比分析，该区目标气层上部有几套明显标志层：H8底部砂岩、5#煤顶、TY组灰岩顶，MK灰岩顶。本井从位置上与DJ3-3井较为接近。实钻过程中，首先卡准SH组底界垂深。而后卡准5#煤顶，TY组灰岩顶，第三套灰岩顶距8#煤层厚度，逐步进行对比，及时调整井斜，最终按要求准确入靶。3.3地质录井导向施工3.3.1着陆点轨迹控制（1）探层角度的选择。从邻井看，目的层虽然厚度达到了89m，为更好的保证钻遇率，入层下切34m最佳，建议探层角度控制在85，入层后56根单根（一根0.91.1），将井斜增到90.5稳斜观察钻进，垂深下切2.6m左右。（2）轨迹控制过程。2023 年 1 月 1 日，钻进至2126m（垂深：2039.08m，海拔：-1203.80m）与邻井与J深8-7平02井、DJ3-3井进行对比，分析判断5#煤顶到8#煤顶垂厚为78.7m，通过计算预测本井8#煤顶海拔为-1273.46m（设计8#煤顶海拔-1269.50m），汇报甲方后，下指令1：暂按钻至垂深2106.77m（海拔-1271.46m）井斜达到85预算轨迹执行。2023 年 1 月 4 日，钻 至 井 深 2243.00m（垂 深2091.87m，海拔-1256.59m），根据本井MK灰岩顶海拔与J深8-7平02井、DJ3-3井进行对比，分析判断5#煤顶到8#煤顶垂厚为18m，通过计算预测本井8#煤顶海拔为-1273m，汇报甲方后，下指令 2：暂按钻至垂深2106.77m，海拔-1271.46m（设计8#煤顶海拔-1269.50m）井斜达到85预算轨迹执行。3.3.2水平段轨迹控制（1）水平段轨迹控制原则。根据邻井目的层顶底的曲线特征，结合岩性、GR、气测、钻时等参数把轨迹控制在1 2之间为最佳（煤层）。预计轨迹在水平段前段维持在距煤顶2.53m（海拔-1269.58m）的位置钻进，同时观察各项参数变化，如发现下切过深，及时调整井斜。（2）水平段轨迹控制过程。2023年1月6日，定A靶点井深:2340m，垂深：2106.62m，海拔：-1271.34m，井斜：84.59，方位：174.92，闭合距：217.51m。2023年1月6日本井于井深2340.00m开始水平段施工。依据DJ3-3井实钻数据与本井实钻数据对比水平段先以井斜91钻进，密切关注现场岩屑、伽马值和气测值变化，是否有明显下切地层的效果及时汇报，根据现场实际情况再做调整（地震预测底层倾角+1.0）。2023 年 1 月 6 日 钻 进 至 井 深 2346m（垂 深2107.16m，海拔：-1271.88m），井斜 85.00。方位角175.14，闭合距212.76m，预测井底井斜为85，本井探层钻至井深2340m后煤含量明显增多，全烃由0.7%增至5%，判断已钻入目的层，决定增斜。下指令3：决定6个单根将井斜角增至91稳斜钻进观察，吃入垂深2.6m（地震预测地层倾角+1.0）。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023 年 1 月 8 日 钻 进 至 2475.00m（垂 深2107.03m），井斜91，本井进层后钻至2414m时钻遇伽马连续降低点，认为轨迹在下切地层，汇报甲方后，下指令4：将井斜角调整至9191.5稳斜钻进，观察岩屑岩性变化及时调整井斜。2023 年 1 月 9 日 钻 进 至 2576.00m（垂 深2105.29m），井斜91.2。地震预测地层倾角+1.5，当前井斜小于地层倾角，准备增斜，汇报甲方后，下指令5：准备将井斜角调整至91.5稳斜钻进，匹配地层倾角钻1032023年第7期西部探矿工程进。2023 年 1 月 10 日 钻 进 至 2744.00m（垂 深2100.50m），井斜91。钻头位置预测在8#2煤层上部附近，根据地震预测前方地层倾角约1.3上倾，汇报甲方后，下指令6：准备将井斜角调整至91稳斜钻进。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023 年 1 月 12 日钻进至井深 3061.00m（垂深2093.86m），井斜91.4。地震预测前方地层倾角+0.9且有逐渐变缓趋势，为了优化本井轨迹，准备提前降斜，下指令7：准备将井斜角降至90.5，以井斜角90.591稳斜钻进观察。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023 年 1 月 14 日 钻 至 井 深 3306.00m（垂 深2090.67m），井斜91.30，参考B靶点邻井吉深10-7平04井实钻B点海拔-1253.27m，预测本井钻头位置在1号矸附近，根据地震预测前方地层倾角约0.5上倾，准备降斜。下指令 8：准备将井斜角降至 90.5钻进观察。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023年1月15日钻至井深3333m，垂深2090.24m，海拔-1254.96m，井斜角90.80，方位角174.24，闭合距1138.57m，参考B靶点邻井J深10-7平04井实钻B点海拔-1253.27m，预测本井钻头位置在1号矸附近，为迅速回到煤层内，准备继续降斜。下指令9：准备将井斜角降至90钻进观察。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023年1月17日钻至井深3355m，垂深2090.33m，海拔-1255.05m，井斜角89.70，方位角174.24，闭合距1160.36m，参考B靶点邻井J深10-7平04井实钻B点海拔-1253.27m，预测本井钻头位置在1号矸附近，根据地震预测前方地层倾角约0.3上倾，为迅速回到煤层内要求定向1根降斜至89.5钻进观察，下指令10：准备将井斜角降至89.5钻进观察。控制好井斜轨迹，钻进过程中及时观察岩性、气测及GR值变化情况，并做出相应调整。2023 年 1 月 17 日 钻 至 井 深 3363.00m（垂 深2090.34m），接甲方通知提前完钻，导向施工结束。4认识与建议（1）落实了钻井部位构造，本井地层倾角整体为上倾 0.9,井段 23402400m，地层上倾约+1.2，24002582m 地 层 上 倾 约+1.5，25822842m 地 层 上 倾约+1.2，28423244m地层上倾约+0.5。（2）通过本井的实施，对本井沉积模式有了深入的认识。（3）通过实钻分析，本井煤层发育好且稳定；对储层的分布及构造有了新的认识。（4）本井水平段储层气测峰值49.6689%，平均气测值9.2571%，煤层钻遇率94.32%。（5）本井水平段井斜最小 89.78，最大 92，方位174.14175.84，钻井过程中克服了施工困难，保证了水平段轨迹平滑，为后期完井作业及压裂投产奠定良好的基础。（6）地质导向与录井、定向、钻井的有效沟通和密切配合，保证了本井的顺利实施。（7）通过本井的实施，对本区域地层有了深入的认识，为将来水平井施工积累了经验。参考文献:1陈俊男，相金元，张以军，段武生，邹向阳.吐哈录井技术系列及其在油气勘探开发中的应用J.录井技术，2004,15(1)：58-63.2朱根庆.录井技术在钻井工程中的应用C/录井技术文集，北京:石油工业出版社,1999.3董振国.页岩气水平井储集层追踪和评价关键技术J.录井技术,2019，30（1）：43-51.104