煤层气水平井磁导向钻井理论与实践

乔 磊，高德利，代继樑，车 阳

（1.中国石油大学（北京），北京102249；2.西南石油大学，四川 成都610500）

0 引言

我国拥有丰富的煤层气资源，但煤层渗透率一般小于1 mD，地层压力系数0.9～1.0。从提高采收率和经济效益方面考虑，煤层气水平井、多分支水平井是最佳的开发模式［1-3］。另外考虑到低含水的特性，螺杆泵或“抽油机+有杆泵”是排水采气的最佳方式。基于以上煤层气开发的特殊性，我国煤层气水平井通常需额外打1口直井，并将该井与水平井/多分支水平井连通（如图1所示），以便于下入螺杆泵、有杆泵等排水采气，并通过U型井筒间断性清洗井底沉积的煤粉，保证排采期间井筒的畅通性。煤层气水平井两井连通的特殊工艺对井眼轨道测量与控制提出了更高的要求。由于随钻测量技术（MWD）测量滞后和定位精度低等问题［4-7］，传统的MWD技术在水平井1700 m井深处累积综合误差达31.55 m（图1中红色线条表示累积误差与井深的关系），因此该技术远不能满足煤层气水平井两井连通的精确轨道测控要求。

图1 煤层气U型水平井MWD测量误差分布Fig.1 Distribution of MWD measurement errors for CBM U horizontal wells

基于煤层气特殊的轨迹测控需求，美国VM公司提出了利用近钻头旋转磁场测量技术（RMRS），基本解决了煤层气水平井两井对接难题［8-11］，但存在连通成功率低、测量范围小等问题。2020年笔者深入研究了近钻头磁场测量原理和煤层气对接水平井钻井工艺，形成系统的磁导向钻井理论，并分析了钻头、地磁等干扰因素对磁定位精度的影响机制，提出了基于微弱磁场信号的卡尔曼定位方法等有效措施，成功解决了煤层气U型水平井远距离（110～1 m）精确磁导向技术难题，连通靶区可有效控制在排采直井Ø177.8 mm井筒范围内。……