顾桥2平台在进行分层压裂施工。马洪山 摄

技术人员在分析钻井岩屑，判断地层地质特性。马洪山 摄

    编者按：近年来，中原石油工程公司进一步开拓社会市场，结合多年从事国内煤层气开采的优势，与淮南矿业集团公司开展战略合作，在煤层气治理与开发中形成了独具中原特色的钻前、地质建模、钻井、固井、压裂、排采等系列技术，具备了全链条服务能力，解决了淮南煤田松软、低渗煤层难以成井和抽采等难题。过去人人避之不及的“毒气”，通过治理与开发，不仅成为清洁能源并入城市民用中压天然气管网，而且为当地实现“双碳”目标贡献了力量。本期专题报道重点介绍他们的典型经验，敬请关注。

    □李向阳  杨 君  袁旭光

    进入供暖季以来，淮南煤田新谢-1L井加大产气力度，日产气量稳定在830立方米以上。

    煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。

    近年来，在中原石油工程公司的鼎力相助下，淮南煤田煤层气治理开发取得重大突破，解决了淮南煤田松软、低渗煤层难以成井和抽采等难题，煤层气产量成倍增长。煤层气已顺利并入城市民用中压天然气管网，为区域民生用气提供了充足保障。

    地质工程一体化：瓦斯由“废”变“宝”

    淮南煤矿构造十分复杂，在煤炭系统素有“地质教科书”之称，属典型构造煤——碎软粉煤，起伏大、煤层薄、煤线多、低渗透、易卡钻、好漂移、难排采，与其他地区的原生煤相比，地质导向钻井施工难度非常大。

    淮南矿业集团公司引进国外的煤层气公司进行治理，但未能突破。煤层气的安全问题，一度成为该公司的发展瓶颈。

    2020年，淮南矿业集团与中原石油工程签署战略合作协议，淮南矿业负责出资和提出技术需求，中原石油工程承担综合地质研究、钻井工程、定测录导、压裂、排采一体化施工和技术服务。

    当年底，中原石油工程油气开发公司承接了淮南顾桥区块三维地质建模与动态导向模型构建科研项目。科研人员认真分析该区块的技术难点，系统梳理构造和岩相展布特征，建立构造约束、特殊岩性空间矢量预测的三维地质精细模型，以此指导水平井地质导向钻井施工，满足了顶板两米内施工的地质要求。

    经过不懈努力，他们先后形成了基于地质属性和实钻井约束的构造解释技术；基于地质属性和测井曲线形态的岩相半定量刻画技术；基于井震约束的煤层顶板构造和岩相三维表征模型；基于三维地质模型的煤层顶板开发井水平段地质导向模型。

    科研模型完成后，他们主动与钻井工程技术研究院、钻井施工单位沟通，了解钻井工程实际和施工难点，邀请多家单位参与讨论施工方案。

    他们以工程地质一体化服务的思维开展工作，在保证达到地质目的前提下，推进钻井提速提效、安全施工，最终实现储层保护到位、压裂收到预计效果的目标。

    在这一思路下，他们通过细化水平段井眼轨迹设计等技术环节，完成的两口科研井均收到良好施工效果。地质钻遇率提高近15个百分点，为压裂和排采工作筑牢了井筒基础。

    甲方一连给中原石油工程油气开发公司和各施工单位发来6封表扬信。项目的成功，证明了地质与工程一体化技术施工的高效性和优越性。由此，中原石油工程在淮南市场也从单井施工变为大包施工，成为甲方的战略合作伙伴。

    毛细血管里穿针：挑战“世界级”难题

    淮南的井极易出现煤层坍塌、井眼缩径，甚至卡钻、埋钻等事故，很多施工单位谈之色变。

    中原石油工程与淮南矿业在合作中采用全新的思路，通过L形钻井线路，让“钻头贴着煤层走”，最大波动范围1~3米。在这么小的空间内施工，相当于在毛细血管里穿针，难度大、危险性高，被业内专家称为“世界级难题”。

    淮南煤田断层多、起伏大，为了防止针在血管里走错路，定向技术人员在地质技术人员的指导下，精绘出钻井轨迹图，使之成为钻井的眼睛。

    借助这双慧眼，中原石油工程的钻井队在施工中，总是能够完美地避开煤层，在煤层上方相对稳定的砂岩质顶板中水平穿行。在实际操作中，他们做到了钻头距煤层不超过两米，优于设计要求。

    为确保“血管中的穿针”顺利完成，中原石油工程采用新型纳米钻头，收到很好效果，形成了特色技术。

    由于特殊的地质构造，淮南煤矿二开井段地层常出现软硬交互的情况，这让钻井人员不能有针对性地选择切削工具。通过现场攻关，他们将切削齿从单排改为双排，将齿尖上镶嵌的金刚石复合片换成兼具攻击性和抗击性的纳米复合片，并将复合片的仰角增大，形成“软硬通吃”的切削工具，钻头使用量节约一倍。

    以地质为龙头，中原石油工程坚持施工“一井一案”“一段一策”。尤其在收官阶段的固井环节，他们将配制特效水泥浆作为关键，通过提取井中返出钻井液研究泥浆的配伍性，并参考瓦斯治理井的相关资料，形成了适合不同井况的泥浆体系，为穿行在淮南煤层气田的“毛细血管”提供了合适的“稳定剂”。

    淮南煤田瓦斯治理井水平段都较长，套管要在“毛细血管”内稳定，难度很大。中原石油工程派地质工程专家组成“联合战队”，通过在套管上加装滚珠扶正器、弹性扶正器和刚性扶正器，确保了套管在“毛细血管”内顺利就位。

    目前，中原石油工程施工的瓦斯治理井固井合格率达到100%。

    鸡蛋壳上敲榔头：踢好“临门一脚”

    钻井成功，只是相当于修建了国道、省道，要把深藏在储层各个角落的煤层气开采出来，必须修县道、乡道、村道。

    这时候就需要压裂上场，踢好“临门一脚”，打通“气门”。

    然而，煤层气压裂和页岩气压裂的对象完全不同，淮南煤田具有典型的松软破碎煤层地质特性，这一特点让压裂施工好比在鸡蛋壳上敲榔头，既要把蛋壳敲出裂缝，又不能敲碎，这就需要高超的压裂工艺技术来完成。

    首先要了解难题在哪里？

    技术人员认识到这一区域煤层及顶板易破碎，形成水平缝、T型缝等多裂缝体系，导致裂缝延伸距离短、加砂难。加之很多井都存在水平井井眼距离煤层较远（3~6米），压裂裂缝不易击穿顶板沟通到煤层，导致压裂沟通煤层效果差，这让压裂施工难度进一步加大。

    压力大、砂比低、加砂难、易砂堵，压裂液对储层伤害大成为压裂施工的“拦路虎”。中原石油工程积极推进“研产服用”一体化建设，加大在特殊条件下的压裂技术攻关力度。

    他们通过试验研究，在压裂液方面优化采用低伤害酸性活性水体系；在工艺方面，优化工艺参数，采用“大排量、大粒径、大砂量，控液量强加砂”压裂思路，在淮南煤层气顾桥1平台顾桥2-1、顾桥3-1井进行实践。

    顾桥2-1、顾桥3-1井是淮南矿业部署在顾桥区块的两口瓦斯治理重点L型水平井，完钻垂深分别为949米、973米，水平段长分别为1072米、1000米，压裂目的煤层11-2 ，顶板岩芯为灰色泥岩；压裂段数分别为15段、14段，采用泵送桥塞—多簇定向射孔联作分段压裂工艺。

    以公司首席专家牵头的技术指导小组采用“一段一策”方案，根据施工情况及微地震实时裂缝监测数据，实时调整压裂参数；每一段压裂完成后，及时进行总结分析，并对下一段施工方案进行优化。8月11日~9月2日，他们顺利完成29段压裂施工任务。通过压裂，90%以上的井段沟通了煤层，同比压裂沟通煤层效果大幅增强，受到甲方好评。