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煤巖氣層是中國石油近年來重點部署的新開發(fā)層系，作為“藍金”的煤巖氣深埋在2000米以下的煤巖層，勘探開發(fā)面臨地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤巖層極易坍塌等諸多“攔路虎”。技術(shù)人員通過攻關(guān)防塌堵漏，全力保障煤巖氣水平井“打成、打長、打快”。

7月，鄂爾多斯盆地進入一年當(dāng)中最熱的時段。中國石油千余鉆井工人每天頂著烈日，操控著遍布盆地中東部的鉆井設(shè)備，與深埋地下的黑色煤巖層斗智斗勇，打開“藍金通道”，讓煤巖氣乖乖走出。

煤巖氣層是中國石油近年來重點部署的新開發(fā)層系，也是“十四五”時期盆地億萬方天然氣的接替領(lǐng)域。作為“藍金”的煤巖氣深埋在2000米以下的煤巖層，勘探開發(fā)面臨地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤巖層極易坍塌等諸多“攔路虎”。

塌漏同存是最大挑戰(zhàn)

2023年，中國石油川慶鉆探長慶鉆井總公司作為主力單位，在盆地中部內(nèi)蒙古烏審旗和盆地東部陜西榆林地區(qū)第一次挺進煤巖氣層，第一次向深埋煤巖氣層橫向水平穿行1500米，第一次以超長水平段鉆探煤巖氣。

對于煤層，石油鉆工們并不陌生。即便是淺層，每次都提心吊膽，而這次要橫穿的是深層。

“以往鉆遇煤層心里就害怕，因為煤層比較脆，容易掉塊、垮塌，造成卡鉆?！?0019鉆井隊隊長趙衛(wèi)東說，從以前“路過”煤層，到如今直接向煤層水平穿行，塌漏同存是最大挑戰(zhàn)。起初，由于擔(dān)心井下塌漏，許多鉆工對“打成、打長、打快”煤巖氣水平井并不自信。

不自信源自難管控。據(jù)介紹，煤巖氣井普遍存在兩個漏層，一個在距離地面1800米到1900米左右的上部地層，另一個位于2400米至3200米的水平段所在煤層。水平段越長，漏速越大，越容易發(fā)生連鎖反應(yīng)。

“有時候，煤矸石會在煤層大面積存在，造成井下安全事故。更重要的是，位于煤層水平段的井筒施工周期事關(guān)煤巖氣井投產(chǎn)周期，井筒質(zhì)量關(guān)系‘藍金通道’質(zhì)量?！壁w衛(wèi)東說。

2023年8月中旬，50569鉆井隊在烏審旗境內(nèi)施工第二口煤巖氣井時，隊長徐英德一肚子“憋屈”。當(dāng)年，第一口井創(chuàng)造了水平段長1314米、鉆井周期41.46天等盆地中部三項煤巖氣井施工紀錄，而第二口井打得并不順利，連續(xù)在水平段上處理卡鉆復(fù)雜情況長達40多天。

漏量之大也有紀錄。2024年，CC50101鉆井隊在盆地東部一個鉆井平臺完鉆兩口煤巖氣水平井，一口鉆井液漏失量1435方，另一口竟高達2000方?！氨緛戆凑赵O(shè)計，完鉆水平段長度為2000米，就因為漏得厲害，只打到1918米就被迫完鉆了?！标犻L夏寶軍回憶。

打響封漏防塌“攻堅戰(zhàn)”

塌漏同存不僅影響鉆速，還加大了鉆井生產(chǎn)成本和安全管理壓力。對此，煤巖氣井自第一輪開鉆之日起，便自上而下打響封漏防塌“攻堅戰(zhàn)”。

油田建設(shè)方和承擔(dān)施工方成立提速專班，從煤層鉆井參數(shù)、鉆具組合、鉆頭螺桿選型、鉆井液性能，到完井工序、工程地質(zhì)一體化優(yōu)化等方面持續(xù)發(fā)力，攻關(guān)技術(shù)難題，分井段采取防塌堵漏措施，全力保障煤巖氣水平井“打成、打長、打快”。

——往井筒里下入三層套管。工程技術(shù)人員先下入表層套管和技術(shù)套管，再下入生產(chǎn)套管。技術(shù)套管封隔了上部地層的漏層塌層。為了有效封隔上部易漏層和下部易塌層，2024年他們又將技術(shù)套管進一步下深至石盒子組30米。進入煤層水平段施工后，采用“隨鉆隨堵+參數(shù)優(yōu)化”防漏堵漏技術(shù)，避免嚴重漏失或煤層垮塌，實現(xiàn)煤巖層“專層專打”快速鉆進。

——井身結(jié)構(gòu)也持續(xù)優(yōu)化。一口煤巖氣水平井三個井眼尺寸，表層17寸半，直井段和斜井段12寸，水平段8寸半。縮小了斜井段井眼尺寸，降低了塌漏可能性，提高了斜井段施工效率。

——鉆井工具組合逐步優(yōu)化定型。從螺桿沒有扶正器到加裝扶正器，再到加雙扶、雙扶+清砂工具組合，設(shè)計配套倒劃眼齒PDC鉆頭、倒劃眼穩(wěn)定器、清砂鉆桿等系列工具，解決了煤層水平段穩(wěn)斜難、滑動比例高、井筒清潔率低等問題，水平段滑動比例從12.89%降至6.04%。

工具優(yōu)化帶來鉆井效率提升。去年“漏失”2000米長水平段紀錄后，CC50101鉆井隊今年在防塌防漏基礎(chǔ)上成功完鉆2500米國內(nèi)超長水平段。“去年首次嘗試使用有扶螺桿，發(fā)現(xiàn)水平段上滑動次數(shù)減少，鉆井速度明顯加快，由此有扶螺桿在煤巖氣水平井上全面推開。今年完鉆2500米水平段只滑動了39米，而且漏失量極小。”隊長夏寶軍說。

這是技術(shù)套管再次下深至石千峰漏層30米后，首次實現(xiàn)煤巖氣井超長水平段“一趟鉆”，創(chuàng)造了“沒有從煤層‘漏失’的國內(nèi)紀錄”。

“煤巖氣井遭遇卡鉆也就那一回，后來只是在直井段或斜井段出現(xiàn)可防可控的局部井漏。”隊長徐英德介紹，3年來鉆井周期紀錄持續(xù)刷新，2023年是41.46天，2024年是20多天，今年是19.38天了。

“現(xiàn)在心里不慌了，有底氣了！”長慶鉆井第三項目部經(jīng)理石崇東說。

探索“更快更長”

對煤層認識的不斷深化、技術(shù)措施的配套優(yōu)化，牽動煤巖氣開發(fā)戰(zhàn)略從盆地中部向盆地東部陜西榆林地區(qū)重點轉(zhuǎn)移。東部煤層發(fā)育好，厚度達8米到12米，有利于提高煤層鉆遇率和煤巖氣采收率。而開發(fā)戰(zhàn)略東移帶來了一個值得警惕的難題——煤層越厚，鉆井風(fēng)險也會越大。

“煤層越好，漏失量越大?！遍L慶鉆井第三項目部技術(shù)副經(jīng)理曲小文解釋說，只要打開煤層，就會存在割理、裂縫，還存在應(yīng)力釋放造成的滲漏。煤層發(fā)育越好，滲漏可能越嚴重。以前是縱向穿過煤層，距離短，塌漏小，現(xiàn)在要橫向水平穿行煤層平均長度1300米，防漏重于防塌。

“第一年對煤層認識不清楚，垮塌率高，導(dǎo)致卡鉆次數(shù)多?！鼻∥目偨Y(jié)說，3年來，他們針對煤巖氣井坍塌卡鉆、鉆井周期長、生產(chǎn)成本高等難點，通過巖石力學(xué)、礦物組構(gòu)和理化性質(zhì)等實驗探索，明確了力化耦合以及工程因素對煤巖、煤矸坍塌機理的影響規(guī)律，為后續(xù)封堵防塌鉆井技術(shù)研發(fā)和突破指明了方向。

3年來，長慶鉆井總公司每年抽調(diào)10部鉆機承擔(dān)煤巖氣水平井施工任務(wù)，先后成功完鉆埋深超3600米等三口煤巖氣水平井，并創(chuàng)造了國內(nèi)一系列工程技術(shù)領(lǐng)先指標。

2023年至今，他們已完鉆煤巖氣水平井83口，平均鉆井周期逐年大幅遞減，從81天、38.8天縮短至25.5天。他們還在鄂爾多斯盆地東部完鉆一批高產(chǎn)煤巖氣水平井，目前累計產(chǎn)氣量6.4億方，單井最高產(chǎn)量3964萬方。

深層煤巖氣水平井鉆完井技術(shù)進入定型和推廣階段。2023年，他們解決了“打成”難題，且當(dāng)年實現(xiàn)了水平段2222米的“打長”目標；2024年，解決了“打快”問題，鉆井周期縮短幅度最大；2025年以來，全面探索實現(xiàn)“更快更長”鉆完井指標新突破。