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煤巖氣層是中國(guó)石油近年來(lái)重點(diǎn)部署的新開(kāi)發(fā)層系，作為“藍(lán)金”的煤巖氣深埋在2000米以下的煤巖層，勘探開(kāi)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(guò)攻關(guān)防塌堵漏，全力保障煤巖氣水平井“打成、打長(zhǎng)、打快”。

7月，鄂爾多斯盆地進(jìn)入一年當(dāng)中最熱的時(shí)段。中國(guó)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(kāi)“藍(lán)金通道”，讓煤巖氣乖乖走出。

煤巖氣層是中國(guó)石油近年來(lái)重點(diǎn)部署的新開(kāi)發(fā)層系，也是“十四五”時(shí)期盆地億萬(wàn)方天然氣的接替領(lǐng)域。作為“藍(lán)金”的煤巖氣深埋在2000米以下的煤巖層，勘探開(kāi)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(guó)石油川慶鉆探長(zhǎng)慶鉆井總公司作為主力單位，在盆地中部?jī)?nèi)蒙古烏審旗和盆地東部陜西榆林地區(qū)第一次挺進(jìn)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(zhǎng)水平段鉆探煤巖氣。

對(duì)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?yàn)槊簩颖容^脆，容易掉塊、垮塌，造成卡鉆?！?0019鉆井隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)趙衛(wèi)東說(shuō)，從以前“路過(guò)”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(duì)“打成、打長(zhǎng)、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(gè)漏層，一個(gè)在距離地面1800米到1900米左右的上部地層，另一個(gè)位于2400米至3200米的水平段所在煤層。水平段越長(zhǎng)，漏速越大，越容易發(fā)生連鎖反應(yīng)。

“有時(shí)候，煤矸石會(huì)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(lán)金通道’質(zhì)量?！壁w衛(wèi)東說(shuō)。

2023年8月中旬，50569鉆井隊(duì)在烏審旗境內(nèi)施工第二口煤巖氣井時(shí)，隊(duì)長(zhǎng)徐英德一肚子“憋屈”。當(dāng)年，第一口井創(chuàng)造了水平段長(zhǎng)1314米、鉆井周期41.46天等盆地中部三項(xiàng)煤巖氣井施工紀(jì)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(zhǎng)達(dá)40多天。

漏量之大也有紀(jì)錄。2024年，CC50101鉆井隊(duì)在盆地東部一個(gè)鉆井平臺(tái)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(dá)2000方。“本來(lái)按照設(shè)計(jì)，完鉆水平段長(zhǎng)度為2000米，就因?yàn)槁┑脜柡Γ淮虻?918米就被迫完鉆了?！标?duì)長(zhǎng)夏寶軍回憶。

打響封漏防塌“攻堅(jiān)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(duì)此，煤巖氣井自第一輪開(kāi)鉆之日起，便自上而下打響封漏防塌“攻堅(jiān)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(zhǎng)、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(jìn)一步下深至石盒子組30米。進(jìn)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(yán)重漏失或煤層垮塌，實(shí)現(xiàn)煤巖層“專層專打”快速鉆進(jìn)。

——井身結(jié)構(gòu)也持續(xù)優(yōu)化。一口煤巖氣水平井三個(gè)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(méi)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(jì)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(dòng)比例高、井筒清潔率低等問(wèn)題，水平段滑動(dòng)比例從12.89%降至6.04%。

工具優(yōu)化帶來(lái)鉆井效率提升。去年“漏失”2000米長(zhǎng)水平段紀(jì)錄后，CC50101鉆井隊(duì)今年在防塌防漏基礎(chǔ)上成功完鉆2500米國(guó)內(nèi)超長(zhǎng)水平段?！叭ツ晔状螄L試使用有扶螺桿，發(fā)現(xiàn)水平段上滑動(dòng)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(kāi)。今年完鉆2500米水平段只滑動(dòng)了39米，而且漏失量極小?！标?duì)長(zhǎng)夏寶軍說(shuō)。

這是技術(shù)套管再次下深至石千峰漏層30米后，首次實(shí)現(xiàn)煤巖氣井超長(zhǎng)水平段“一趟鉆”，創(chuàng)造了“沒(méi)有從煤層‘漏失’的國(guó)內(nèi)紀(jì)錄”。

“煤巖氣井遭遇卡鉆也就那一回，后來(lái)只是在直井段或斜井段出現(xiàn)可防可控的局部井漏?！标?duì)長(zhǎng)徐英德介紹，3年來(lái)鉆井周期紀(jì)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(zhǎng)慶鉆井第三項(xiàng)目部經(jīng)理石崇東說(shuō)。

探索“更快更長(zhǎng)”

對(duì)煤層認(rèn)識(shí)的不斷深化、技術(shù)措施的配套優(yōu)化，牽動(dòng)煤巖氣開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略從盆地中部向盆地東部陜西榆林地區(qū)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移。東部煤層發(fā)育好，厚度達(dá)8米到12米，有利于提高煤層鉆遇率和煤巖氣采收率。而開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略東移帶來(lái)了一個(gè)值得警惕的難題——煤層越厚，鉆井風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越大。

“煤層越好，漏失量越大?！遍L(zhǎng)慶鉆井第三項(xiàng)目部技術(shù)副經(jīng)理曲小文解釋說(shuō)，只要打開(kāi)煤層，就會(huì)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(yán)重。以前是縱向穿過(guò)煤層，距離短，塌漏小，現(xiàn)在要橫向水平穿行煤層平均長(zhǎng)度1300米，防漏重于防塌。

“第一年對(duì)煤層認(rèn)識(shí)不清楚，垮塌率高，導(dǎo)致卡鉆次數(shù)多?！鼻∥目偨Y(jié)說(shuō)，3年來(lái)，他們針對(duì)煤巖氣井坍塌卡鉆、鉆井周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等難點(diǎn)，通過(guò)巖石力學(xué)、礦物組構(gòu)和理化性質(zhì)等實(shí)驗(yàn)探索，明確了力化耦合以及工程因素對(duì)煤巖、煤矸坍塌機(jī)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(lái)，長(zhǎng)慶鉆井總公司每年抽調(diào)10部鉆機(jī)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(guó)內(nèi)一系列工程技術(shù)領(lǐng)先指標(biāo)。

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(jì)產(chǎn)氣量6.4億方，單井最高產(chǎn)量3964萬(wàn)方。

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