CN103510853A - 一种煤层气水平井综合导向方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤层气开发技术领域，公开了一种煤层气水平井综合导向方法。其主要技术特征为：首先设计和控制井眼轨迹以小于地层倾角的井斜角进入煤层，并保证钻头在尽可能接近煤层底部的同时，不钻穿煤层；然后，建立随钻分析钻头位置的标准对比曲线，确定正钻井轨迹控制区间和地层倾角计算标志点，控制井眼轨迹在区间内围绕标志点呈低幅度波浪状向前延伸。本发明有效解决了在煤层气水平井导向施工过程中，由于随钻测量工具存在测量盲区，无法及时判断钻头位置的地层变化，而导致煤层钻遇率低的问题，实现了低成本随钻测量工具下的层内精确导向，减少了井眼轨迹的大幅度调整，降低了水平段施工风险，加快了钻井速度，提高了开发综合效益。

Description

一种煤层气水平井综合导向方法

技术领域

本发明属于煤层气开发技术领域，尤其涉及一种煤层气水平井综合导向方法。

背景技术

目前，煤层气水平井钻井作业过程中一般沿用国外煤层气水平井钻井的方式，采用电磁波聚焦伽玛即EM-MWD、随钻测井即LWD等工具，依据仪器随钻测量的上伽玛和下伽玛差值或深浅电阻率差值等判断钻头与煤层的关系，利用井斜、方位等数据调整井眼轨迹，实现井眼轨迹准确追踪煤层，获得煤层高钻遇率。

这种以仪器工具为核心的导向技术在成分单一、地层稳定的区域能够满足水平井施工要求。然而在成分复杂、地层产状变化快的陆相煤系地层却存在诸多不适应性。煤层内部发育一层或数层煤矸石，煤矸石的伽玛、电阻率测量值与泥岩近似，干扰钻头与煤层关系的准确判断；仪器测量位置与钻头存在一定的测量盲区，当煤层产状发生变化时，随钻工具不能及时反应井底地层变化情况，并进行相应的轨迹调整，导致钻头钻出煤层，降低了煤层钻遇率，同时，为尽快回到煤层，大幅度调整井斜，井眼轨迹全角变化率大，后续井眼施工钻具磨阻增大，施工困难。此外，当钻到的煤层含有黄铁矿等放射性矿物时，EM-MWD仪器测量信号无法发送至地面，限制了EM-MWD仪器的应用效果；当水平井施工区域煤层稳定性差、易发生井下复杂时，由于LWD工具价格昂贵、不可打捞，为减少经济风险性，一般选用其它随钻测量工具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种能消除随钻仪器测量盲区造成的钻出煤层判断滞后，非煤层进尺多，提高煤层钻遇率，增强煤层气开发效果。同时，平滑井眼轨迹，降低水平段施工难度，利于安全施工；降低对随钻测量仪器的要求，实现随钻伽玛工具条件下的低成本煤层气开发的煤层气水平井综合导向方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

第一步  根据待钻井区域的实际情况，选择距离近、无断层分隔的同一区块已钻井作为煤层导向对比参考井。根据对比参考井的录井、测井资料绘制钻遇煤层顶板泥岩、煤、煤矸石和煤层底板泥岩等不同岩层的钻时、全烃和自然伽玛特征变化曲线；

第二步  按曲线特征确定进出煤层的特征参数，并将煤层细分为数个区间，确定每一区间的厚度、距煤层顶面的距离、垂直深度，作为井眼轨迹入层钻头位置随钻对比依据；

第三步  依据施工井钻遇目的层上覆稳定地层的垂深、位移与对比参考井的随钻对比，计算、预测目的层深度和地层倾角，设计和控制井眼轨迹以小于预测地层倾角一定角度入层；

第四步  根据随钻钻时、全烃变化及时确定入煤点，计算煤层地层倾角。调整井眼轨迹小于计算地层倾角一定角度向煤层底部钻进，当钻头到达煤层底部某一适当位置时，调整井斜角不小于计算地层倾角，与此同时，绘制实钻煤层钻时、全烃、随钻伽玛曲线图；

第五步  结合对比参考井的分区结果数据，确定井眼轨迹在煤层内部穿行的上、下边界及上、下边界控制区间内的地层倾角计算标志点。上、下边界应满足距煤层顶、煤层底均有一定厚度，钻遇上边界、下边界和地层倾角计算标志点时参数特征区别明显；

第六步  增斜钻进，调整井斜角大于地层倾角后，稳斜控制井眼轨迹向煤层顶部钻进；钻遇井眼轨迹控制上边界后，根据两次钻遇标志点的垂深和位移计算煤层地层倾角；降斜钻进，调整井斜角小于地层倾角后，稳斜控制井眼轨迹向煤层底部钻进；钻遇井眼轨迹控制下边界后，根据最近两次钻遇标志点的垂深和位移重新计算煤层地层倾角，调整井斜角，使井眼轨迹向煤层顶部钻进；

第七步  重复第六步施工过程，控制井眼轨迹围绕地层倾角计算标志点，完成水平段施工。

本发明所提供的一种煤层气水平井综合导向方法，有效解决了传统导向方法中，以钻遇煤层顶板泥岩和底板泥岩为井眼轨迹调整依据而造成的非煤层进尺多、出层轨迹调整全角变化率大等问题，形成的井眼轨迹煤层钻遇率高，井眼轨迹平滑，有利于钻井施工中磨阻等工程复杂问题的解决，钻井速度快。

附图说明

图1为现有技术中对比参考井目的煤层及围岩的垂深特征曲线示意图；

图2为本发明一种煤层气水平井综合导向方法的目的煤层的斜深特征曲线示意图；

图3为煤层气水平井综合导向方法的中井眼轨迹控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种煤层气水平井综合导向方法的工作原理做进一步详细说明。

如图1所示， 1是参考井钻时曲线，2是参考井自然伽玛曲线，3是参考井全烃曲线，4是参考井煤层内部各特征点。如图2所示，1′是施工井钻时曲线，2′是施工井自然伽玛曲线，3′是施工井全烃曲线， 4′是施工井钻遇煤层内部各特征点，5是入煤点。如图3所示，6是井眼轨迹，7是井眼轨迹控制上边界线，8是井眼轨迹控制下边界线，E ^′ ₁ 、 E ^′ ₂ 、 E ^′ ₃ 是前后三次钻遇的中矸特征点，也就是地层倾角计算标志点。

本发明所提供的一种煤层气水平井综合导向方法，实施过程包括如下步骤：

第一步  根据待钻井区域的实际情况，选择距离近、无断层分隔的同一区块已钻井作为煤层导向对比参考井。根据对比参考井的录井、测井资料绘制钻遇煤层顶板泥岩、煤、煤矸石和煤层底板泥岩等不同岩层的参考井钻时曲线1、参考井全烃曲线3和参考井自然伽玛曲线2特征变化曲线图，如图1所示。

第二步  按照对比参考井自顶板泥岩至底板泥岩的参数变化特征，确定进入目的煤层特征参数，并将煤层细分为数个区间，确定每一区间的厚度、距煤层顶面的距离。

如图1所示，本实施例中目的煤层厚5.6m，内部发育顶矸C、中矸E、底矸G三层煤矸石。由顶板泥岩A进入煤层时，参考井钻时曲线1降低、参考井全烃曲线3急剧升高，由煤层进入底板泥岩I时，参考井钻时曲线1增大、参考井全烃曲线3降低，变化明显；参考井自然伽玛曲线2由于煤层内部煤矸石C、E、G的存在，同样存在高伽玛段，与泥岩相似，不能作为判断是否在煤层中钻进的主要依据，因此，参考井钻时曲线1、参考井全烃曲线3可作为轨迹入层时和水平钻进时进出煤层的判断依据。

进一步地，由于煤层内部煤矸石C、E、G的存在，煤层内部的自然伽玛值在不同位置数值不同，并将煤层分隔成AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI八个区间，区间厚度分别为0.8m 、0.4m、0.8m、1.3m、0.7m、0.6m、0.6m、0.4m，距煤层顶的距离分别为0-0.8m 、0.8-1.2m、1.2-2.0m、2.0-3.3m、3.3-4.0m、4.0-4.6m、4.6-5.2m、5.2-5.6m。

第三步  依据施工井钻遇目的层上覆稳定地层与对比参考井随钻对比，计算、预测目的煤层深度和煤层地层倾角，控制井眼轨迹以小于预测地层倾角6～9°的井斜角入层。

第四步  根据随钻与钻头基本同步的施工井钻时曲线1′参数连续5m以上变快，循环观察施工井全烃曲线3′升高确定入煤点5，计算煤层地层倾角。调整井斜角小于计算地层倾角3～6°向煤层下部钻进，当随钻施工井自然伽玛曲线2′测量显示出图1中EF段曲线特征时，以3°/10m的造斜率增斜钻进至井斜角等于计算地层倾角，避免钻头底出煤层，同时绘制实钻目的煤层特征曲线图，如图2所示。

第五步  将如图2所示的实钻目的煤层特征曲线与如图1所示的对比参考井特征曲线对比，确定与A-H各点相对应的A′-H′各点，从而得出A′-H′各点距煤层顶部的距离。进一步地，确定D′F′段为井眼轨迹控制区间，中矸E′为地层倾角计算标志点。D′F′段厚度2.0m，距煤层顶2.0m，距煤层底1.6m，上边界D′点附近为煤层内部伽玛值最低点，特征明显，与下边界F′点差异明显。

第六步增斜钻进至井斜角大于地层倾角3°后，稳斜控制井眼轨迹6向煤层中矸E钻进；钻遇煤层中矸E ^′ ₂ 后，根据两次钻遇中矸E ^′ ₁ 、 E ^′ ₂ 的垂深和位移计算得出较精确的煤层地层倾角；调整井斜角大于地层倾角1-2°向煤层顶部钻进，直至钻遇井眼轨迹控制上边界线7，如图3所示。

第七步  降斜钻进，调整井斜角小于地层倾角3°后，稳斜控制井眼轨迹6向煤层中矸E钻进；钻遇煤层中矸E ^′ ₃ 后，根据最近两次钻遇中矸E ^′ ₂ 、 E ^′ ₃ 点的垂深和位移计算修正煤层地层倾角；调整井斜角小于地层倾角1-2°向煤层底部钻进，直至钻遇井眼轨迹控制下边界线8后，重复第六步和第七步导向控制过程，完成水平段施工。

本发明所提供的一种煤层气水平井综合导向方法，不仅限于上述实施例，只要是实施过程与本发明相同，都落入本发明保护范围。

Claims (1)

1.一种煤层气水平井综合导向方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步  根据待钻井区域的实际情况，选择距离近、无断层分隔的同一区块已钻井作为煤层导向对比参考井；根据对比参考井的录井、测井资料绘制钻遇煤层顶板泥岩、煤、煤矸石和煤层底板泥岩等不同岩层的钻时、全烃和自然伽玛特征变化曲线；

第二步  按曲线特征确定进出煤层的特征参数，并将煤层细分为数个区间，确定每一区间的厚度、距煤层顶面的距离、垂直深度，作为井眼轨迹入层钻头位置随钻对比依据；

第三步  依据施工井钻遇目的层上覆稳定地层的垂深、位移与对比参考井的随钻对比，计算、预测目的层深度和地层倾角，设计和控制井眼轨迹以小于预测地层倾角一定角度入层；

第四步  根据随钻钻时、全烃变化及时确定入煤点，计算煤层地层倾角；调整井眼轨迹小于计算地层倾角一定角度向煤层底部钻进，当钻头到达煤层底部某一适当位置时，调整井斜角不小于计算地层倾角，与此同时，绘制实钻煤层钻时、全烃、随钻伽玛曲线图；

第五步  结合对比参考井的分区结果数据，确定井眼轨迹在煤层内部穿行的上、下边界及上、下边界控制区间内的地层倾角计算标志点；上、下边界应满足距煤层顶、煤层底均有一定厚度，钻遇上边界、下边界和地层倾角计算标志点时参数特征区别明显；

第六步  增斜钻进，调整井斜角大于地层倾角后，稳斜控制井眼轨迹向煤层顶部钻进；钻遇井眼轨迹控制上边界后，根据两次钻遇标志点的垂深和位移计算煤层地层倾角；降斜钻进，调整井斜角小于地层倾角后，稳斜控制井眼轨迹向煤层底部钻进；钻遇井眼轨迹控制下边界后，根据最近两次钻遇标志点的垂深和位移重新计算煤层地层倾角，调整井斜角，使井眼轨迹向煤层顶部钻进；

第七步  重复第六步施工过程，控制井眼轨迹围绕地层倾角计算标志点，完成水平段施工。

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