（石油与天然气工程专业论文）樊庄煤层气多分支水平井开采技术跟踪研究.pdf

摘要 樊庄区块位于沁水煤层气田南部，煤岩储层物性差，低压、低渗、低饱和现象突出， 前期对1 1 口常规直井进行了排采试验，试采效果不理想，传统的井筒技术不适用于沁 水盆地的高煤阶煤层气藏的开发利用；煤层气多分支水平井技术集钻井、完井和增产措 施于一体，可增大解吸波及面积、提高煤层导流能力、单井产量高、有利于环境保护， 在国外煤层气的开采中发挥了重要作用。为了提高单井产量及经济效益，推动煤层气向 产业化、规模化发展，华北油田公司通过前期分析论证，决定在樊庄区块引进国外多分 支水平井技术丌采本区煤层气。本文以晋平2 井组为研究对象，通过对该井组环接井和 抽排直井钻完井技术评价、排采设备的适应性分析、排液速度的分析和井底压力监测技 术的研究，总结煤层气多分支水平井钻完井和排采技术的成功经验和失败教训，为下一 步合理有效地开采沁水盆地煤层气提供可借鉴的经验及技术支持。 研究结果表明晋平2 井组钻遇的煤层结构复杂，渗透率低，限于地质认识程度，煤 层钻遇率低，使排水降压不能有效地传到更大范围；在钻完井过程中，钻机选择、洞穴 交汇、分支侧钻、钻头选用等方面都比较合理，但限于井问距离、当时对地质构造的认 识、钻进事故、复杂预见及处理方面存在不足，最终导致该井组未能达到预期效果；晋 平2 井组进行的多次冲砂洗井作业，对煤层产生了污染，在一定程度上影响了产气量； 井下压力计对保证排采过程中液面的平稳下降起到了很好的作用，为形成良好的压降漏 斗创造了条件。 关键词：煤层气；多分支水平井；钻完井技术；排液速度 t r a c k i n gr e s e a r c ho fm u l t i b r a n c hh o r i z o n t a lw e l lt e c h n o l o g y a tf a n z h u a n gc o a l b e dm e t h a n er e g i o n b a ij i a n m e i ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rl ia i f e n a b s t r a c t f a n z l l u a n gb l o c kl o c a t e di nt h es o u t ho fq i n s h u ic o a l b e dm e t h a n ef i e l d s t h ec o a lr o c k r e s e r v o i rh a sv e r yp o o rr e s e r v o i rp r o p e r t i e s t h ep r e s s u r e ，p e r m e a b i l i t ya n ds a t u r a t i o no ft h e f i e l di sv e r yl o w i nt h ep a s t11c o n v e n t i o n a lv e r t i c a lw e l l sh a v eb e e nt e s t e da b o u tp r o d u c t i o n t h et e s tr e s u l ti sn o ts a t i s f a c t o r y t r a d i t i o n a lt e c h n o l o g yi s n ta p p l i c a b l et oq i n s h u ib a s i n h i g hr a n kc o a l - b e dm e t h a n er e s e r v o i r s c o a l - b e dm e t h a n em u l t i b r a n c hh o r i z o n t a lw e l ls e t so f d r i l l i n g ，c o m p l e t i o na n d s t i m u l a t i o ni no n e ，i tc a ni n c r e a s et h ed e s o r p t i o ns w e e pa r e a ，e n h a n c e c o a lb e df l o wc o n d u c t i v i t y , a d ds i n g l ew e l lp r o d u c t i o n i ta l s oi sb e n e f i tt oe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n d i tp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h eu n i t e ds t a t e sc o a l b e dm e t h a n ep r o d u c t i o n i no r d e rt oi n c r e a s et h es i n g l e - w e l lp r o d u c t i o na n de c o n o m i ce f f i c i e n c y , p r o m o t et h e i n d u s t r i a l i z a t i o no fc o a l b e dm e t h a n et o l a r g e - s c a l ed e v e l o p m e n t ，n o r t hc h i n ao i lf i e l d d e c i d e dt or e c o m m e n dm u l t i - b r a n c hh o r i z o n t a lw e l lt e c h n o l o g yt od e v e l o p m e n tf a n z h u a n g b l o c k sc o a l b e dm e t h a n ea f t e rl o t so fp r e - f e a s i b i l i t ys t u d i e sa n da n a l y s e s i nt h i sp a p e r , t h e j i n g p i n g 一2w e l lg r o u pw a ss t u d i e d ，t h r o u g hd r i l l i n ga n dc o m p l e t i o nt e c h n o l o g ya s s e s s m e n t ， a d a p t i v e n e s sa n a l y s i s o fp r o d u c t i o ne q u i p m e n t ，t h e s p e e do fp r o d u c t i o na n a l y s i s a n d b o t t o m - h o l ep r e s s u r em o n i t o r i n gt e c h n o l o g yf o rt h eg r o u pl i n kw e l l sa n dc a v i t yw e l l s i nt h i s p a p e r ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e de x p e r i e n c e sa n dl e s s o n si nt h ep r o c e s so fd r i l l i n g ，c o m p l e t i o n a n dp r o d u c t i o no fc o a l b e dm e t h a n em u l t i b r a n c hh o r i z o n t a lw e l l i tp r o v i d e se x p e r i e n c ea n d t e c h n i c a ls u p p o r tf o rr a t i o n a l l ya n de f f e c t i v e l ye x p l o i t i n gq i n s h u ib a s i nc o a l b e dm e t h a n e m i n i n gi nt h ef u t u r e a tt h es a m et i m e ，i ts u m m a r i z e dt h es u c c e s s f u le x p e r i e n c e sa n df a i l u r e s o fi m p l e m e n t i n gm u l t i b r a n c hh o r i z o n t a lw e l l t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o a lb e do fj i n p i n g 一2w e l lg r o u pw h i c hw a sd r i l l e di sc o m p l e x ， w i t hl o wp e r m e a b i l i t ya n dl a c ko ft h eg e o l o g ya w a r e n e s s a sar e s u l tt h er a t eo fd r i l l i n gi sl o w a n dt h ed r a i n a g er e l i e fc a n n o te f f e c t i v e l ys p r e a d i nt h ec o u r s eo fd r i l l i n ga n dc o m p l e t i o n ，t h e s e l e c t i o no fd r i l l i n gr i g ，c a v e si n t e r s e c t i o n ，b r a n c hs i d e t r a c k i n ga n dd r i l lb i t sa r er e a s o n a b l e b u tr e s t r i c t e db yw e l l s p a c i n g ，a w a r e n e s so fg e o l o g i c a l s t r u c t u r ea tt h a tt i m e ，d r i l l i n g a c c i d e n t s ，u n p r e d i c t a b i l i t yo fc o m p l e xc a s e sa n dp r o c e s s i n gm e t h o d ，t h ew e l lg r o u pf a i l e dt o a c h i e v et h ed e s i r e dr e s u l ti nt h ee n d s a n d f l u s h i n go p e r a t i o n so fj i n p i n g 一2w e l lg r o u p c o n t a m i n a t e dt h ec o a lb e d ，t h i sa f f e c t e dt h eg a sp r o d u c t i o nt os o m ee x t e n t b o t t o m h o l e p r e s s u r eg a u g ep l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei ne n s u r i n gt h ef l u i dl e v e lt od e c l i n es m o o t h l y , a n di t c r e a t e daf a v o r a b l ee n v i r o n m e n tf o r t h ef o r m a t i o no fp r e s s u r ed r o pf u n n e l k e yw o r d s ：c o a l b e dm e t h a n e ，m u l t i b r a n c h e dh o r i z o n t a lw e l l s ，d r i l l i n gt e c h n i q u ea n d c o m p l e t i o n ，r a t eo fp r o d u c t i o n 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 鱼訇鱼耍 同期： 汐7 年多月矿同 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：鱼蕉巫 指导教师签名： 本袋蕴 1 己期： p 年 冠? r 日期： b7 年月矽日 中国石油大学( 华东) 工程硕上学位论文 第一章前言 1 1 课题来源及选题依据 煤层气作为非常规天然气资源的重要组成部分，是最现实的接替常规天然气的后备 资源，我国煤层气目i j 己探明的总储量约为3 0 x 1 0 1 2 m 3 3 5 1 0 1 2 m 3 ，因此开发和利用丰 富的煤层气资源对我国的能源储备起到至关重要的作用【1 1 。 樊庄区块位于沁水煤层气田南部，前期先后对1 1 口常规直井进行了排采试验，试 采效果不理想，主要原因是煤岩储层物性差，传统的井筒技术不适用于沁水盆地的高煤 阶煤层气藏，为了推动煤层气向产业化、规模化发展，引进国外先进技术多分支水 平井技术，以提高单井产量、煤层气采收率及经济效益，但该项技术国内无自主知识产 权，其中的多项关键技术受制于国外，成本高，风险大，因此通过本项目研究分析多分 支水平井技术在在樊庄区块的适应性，提出合理高效开采樊庄区块煤层气臧的配套技术 和方法，为煤层气藏的大规模开发提供指导性意见和建议。 1 2 煤层气多分支水平井开发技术 1 2 1 煤层气多分支井增产机理 多分支水平井技术特别适合于开采低渗透煤层气藏，与采用射孔完井和水力压裂增 产的常规直井相比具有不可替代的优越性。煤层裂缝系统由众多不同类型的裂纹组成， 产状各异的裂纹将煤层分割成形状不同的晶体，即煤岩基质。煤层段分支或水平井眼以 张性与剪切变形形成的裂纹为主，并且由于钻采过程中煤层应力状态的变化，导致原始 闭合的裂纹重新开启，原始裂纹与应力变化产生的新裂纹形成网状结构，所以煤层气多 分支水平井的增产机理在于突破了原来直井点的范围与单一水平井的线或窄面的局限， 实现了广域面的效应，可以大范围沟通煤层裂隙系统，扩大煤层降压范围，降低煤层水 排出时的摩阻，从而大幅度提高单井产量和采收率【2 1 。多分支水平井技术的优点主要有 以下几方面： ( 1 ) 增加有效供给范围。水平钻进4 0 0 m 6 0 0 m 是比较容易的，然而要压裂这么长的 裂缝几乎是不可能的，而且造就一条较长的支撑裂缝要求使用大型的压裂设备。多分支 水平井在煤层中呈网状分布，将煤层分割成很多连续的狭长条带，从而大大增加了煤层 气的供给范围。 ( 2 ) 提高煤层导流能力。压裂的裂缝无论长度多长，流动的阻力都是相当大的，而水 平井内流体的流动阻力相对于割理系统要小得多。分支井眼与煤层割理的相互交错，煤 第一章前言 层割理与裂隙更畅通，就提高了裂隙的导流能力。 ( 3 ) 减少对煤层的伤害。常规直井钻井完钻后要固井，完井后还要进行水力压裂改造， 每个环节都会对煤层造成不同程度的伤害，而且煤层伤害很难恢复。采用多分支水平井 钻井完井方法，就避免了固井和水力压裂作业，这样只要在钻井时设法降低钻井液对煤 层的伤害，就能满足工程要求p j 。 ( 4 ) 单井产量高，经济效益好。采用多分支水平井开发煤层气，单井成本比直井高， 但在一个相对较大的区块丌发，可大大减少钻井数量，降低钻井工程、采气工程及地面 集输与处理费用，从而降低综合成本，而且产量是常规直井的2 1 0 倍，采出程度比常 规直井平均高出近2 倍，既提高经济效益，又充分地开发了煤层气资源。 ( 5 ) 有利于环境保护。同样的开采面积，由于钻井数量少，地面建设占地面积少， 对地面环境伤害最小【4 1 。 1 2 2 多分支水平井开采技术现状 1 2 2 1 国外煤层气多分支井开采技术现状 国外煤层气开发起步较早，特别是美国，技术最为成熟，煤层气开发钻井完井工艺 技术比较先进、完善，如煤层气欠平衡钻井、水平井、多分支水平井、空气泡沫钻井、 空穴完井等，均处于国际领先水平【5 1 。 根据美国煤层气开发实践，适应低、中、高煤阶的典型开采技术大致有以下三种： a 空气( 泡沫) 钻井裸眼或洞穴完井大井组长期抽排采气技术；b 直井大井 组水力压裂抽排采气技术；c 多分支水平井技术。其中，适应低煤阶的开采技术是空气 ( 泡沫) 钻井裸眼或洞穴完井，国外代表地区为美国的粉河盆地，国内的代表地区为吐哈 瓮地沙尔湖地区；适应中煤阶的开采技术是直井大井组水力压裂抽排采气技术，国外代 表地区为美国圣胡安和黑勇士盆地，国内的代表地区为大宁吉县地区；适应高煤阶的 开采技术定向羽状水平井技术，国外代表地区为美国中阿巴拉契亚，国内的代表地区为 沁水盆地【6 】。 羽状分支水平井是一种特殊的多分支水平井，羽状分支水平井技术是美国公司注册 的一项煤层气多分支水平井专利技术，是针对于高煤阶煤层气储层一种行之有效的钻井 完井技术，适于低渗透( 2 5 0 中细粒 2 0 0 0 2 5 0 细粒 2 5 0 7 4 大孔2 5 0 5 0 超细粒 7 4 4 4 中孔 5 0 2 微粒 4 4 2 胶体颗粒 2 微孔 2 微孔隙占煤层总孔隙容积的6 0 以上。从下表可以看出，钻井液固相颗粒与煤层裂 隙和孔隙在量值上非常接近，极易进入煤层裂隙和孔隙中造成产气通道被堵塞。钻遇煤 层时，钻井液中岩屑等粗颗粒充填和堵塞裂隙，而大量胶体颗粒则进入煤层基质微孔隙， 致使产能降低。因此，钻井过程中尽量采用无固相或低固相钻井液体系钻进i 堪】。 钻进压力对储层的伤害 实验表明，煤的渗透率随压力的增加而降低。图2 3 显示，当围压达到6 m p a 时， 渗透率降低5 5 - - 8 3 。卸压后渗透率只能得到8 - - - 3 2 的恢复。由此可知，煤样岩 经多次加压、卸压过程后，加压会使渗透率降低，而卸压时渗透率只能得到一定程度的 恢复，从而造成渗透率的损失( 即所谓渗透性滞后现象) 。钻井过程中的压力变化，很 可能引起煤层发生这种变化1 9 。2 0 1 。 钻井压力变化对储层的伤害，通常有两种因素造成：一种是钻井液压力有变化；第 二是钻柱压力有变化；下钻时引起的压力激动，也会加剧这种伤害。因此，钻井过程中 应尽量避免压力突变，采用平衡钻进。 ( 2 ) 煤层气多分支水平井井壁稳定技术分析 保持煤层井眼稳定是多分支水平井钻井的前提条件。钻井过程中煤岩坍塌可能带来 三个方面的危害： 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕十学位论文 率。 影响钻井安全，造成起下钻遇阻卡事故。 井径直径严重扩大，在煤岩局部形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼，严重影响带砂效 图2 3围压与煤层渗透率的关系曲线 f i g 2 - 3t h er e l a t i o nc u r v e f o rc o n f i n e m e n tp r e s s u r ea n dc o a l b e dp e r m e a b i l i t y 煤系地层坍塌主要原因是割理、裂隙发育，岩石脆性大、强度低，在地层应力作用 或其他外界因素影向下很不稳定【2 1 1 。 另外由于煤岩微裂隙发育，比表面积巨大，并含有较多亲水、亲油表面，吸液能力 强，同时，钻井液向煤岩的滤失不可避免，滤液进入煤岩后对煤岩的影响有以下几方面： 毛细管效应：煤岩节理、微裂隙和孔洞极其发育，比表面巨大，毛细管效应突 出，对亲水表面，水在毛细管力作用下深入裂缝和孔洞，削弱了煤岩大分子之间的氢键 和范德华力，并润滑了裂缝，引起煤岩内聚力降低，裂缝张开，使煤岩破坏。 水化膨胀作用：煤岩吸水后产生膨胀，煤的抗拉强度低，弹性模量小，煤中丝 质体和镜质体各自独立，非均质性强，水化膨胀导致局部应力集中，引起剥落掉块。 钻井液密度对井壁稳定有较大的影响。若钻井液密度过低，因煤岩抗拉强度和弹性 模量小，会引起构造应力释放，使煤层沿节理和裂缝崩裂和坍塌。若钻井液密度过高， 水在压差作用下楔入煤层，将裂缝撑开使煤层坍塌。 稳定煤岩井壁钻井液技术对策： 合理的钻井液密度。煤岩强度低，钻井液的密度不要过大，大了会压裂煤层， 也不要过小，小了会造成应力释放，使煤层沿节理和裂缝崩裂坍塌。 钻井液应具有强封堵能力及优良造壁性。钻井液滤液进入煤层层理和裂缝中易 】3 5 3 5 2 6 5 0 m 仉 _ m 加 0 o o 0 、j名_【薜嘲爨 第二章多分支水甲井钻完井技术跟踪研究 引起煤岩强度降低，良好的封堵能力是液柱压力有效支撑、减少滤液进入煤层的先决条 件。 优化钻井液流变参数。钻井液粘切不宜太低，否则在井眼内形成紊流，对井壁 冲刷能力增强，容易造成煤层坍塌，携砂能力减弱。粘切太高，井下波动压力增大，又 容易引起井壁煤块的松动，不利于井壁稳定。合理的流变性既满足携砂要求又能减少对 井壁稳定的不利影响【2 3 1 。 2 3 2 2 晋平2 井组完井液体系评价 ( 1 ) 完井液使用情况及效果分析 综上所述，从储层保护的角度考虑，钻井液首选清水，其次是无粘土钻井液，这两 种钻井液可以有效地保护煤层气，但容易造成井壁不稳定，发生阻卡等井下复杂事故。 为最大程度地保护煤储层，晋平2 井组采用了这两种钻井液体系。 在晋平2 - 0 造洞穴直井的钻进中，为预防井漏等复杂事故的发生，采用低密度低固 相聚合物钻井液钻进，使用的处理剂有：土粉、h v - c m c 、k p a m 、n p a n 。其中，土 粉、n p a n 具有迅速形成泥饼，降低滤失的作用，h v - c m c 、k p a m 具有调整流变性能， 携带岩屑的作用。施工过程中，由于该井处于河道中，地层中有大小不均的鹅卵石，施 工难度较大，并且由于井眼大，携砂困难。该井在增大排量的基础上，积极调整钻井液 的性能参数，确保井下安全。 在晋平2 - 0 2 水平井的钻井施工中，进入煤层水平段以后，为保护煤层，一直使用 清水钻进，密度1 0 1 9 c m 3 ，马氏粘度2 7 s 。由于钻井周期相对较长，而且煤层较脆弱， 易坍塌，致使井下频繁发生阻卡事故，在8 9 5 m 处因井壁坍塌严重，导致了仪器落井事 故。为此，在备用罐罩配制h v - c m c 稠浆，在每打一个立柱或井底岩屑携带不干净的 情况下，泵入l m 3 3 m 3 的稠浆( 粘度约7 5 s ) ，以利于岩屑的携带，但在实际施工过程 中，效果不是很好。 晋平2 - 0 4 井前期采用清水钻进，根据岩屑上返情况判断井壁稳定状况，发现井壁 不稳定时，及时加入大分子胶液携砂，如羧甲基纤维素( c m c ) 或羟乙基纤维素( h e c ) 。 前期采用清水钻进，持续发生井塌卡钻的复杂情况。为解决井塌问题，本井开始侧钻1 0 天后采用h e c + 石灰石粉配制钻井液钻进，由于提高了钻井液粘度，钻井液中固液相分 离较慢，钻井液中固相含量相应上升，配合加入超细c a c 0 3 封堵和支撑煤层，降低了钻 井液固相侵入对地层所造成的损害。钻分支井完毕后，注入柠檬酸液酸洗井壁，连通地 层，达到保护储层的目的。该井使用的羟乙基纤维素( h e c ) ，溶解速度较h v - c m c 迅 1 4 中国石油人学( 华东) 工程硕士学位论文 速，并且在溶解和充分水化后可产生大量的气泡，并会始终伴随在整个的循环过程中， 从而起到降低钻井液密度的作用，有利于保护煤层。使用h e c 以后，发生阻卡事故的 频率大大降低，提高了钻井效率。 晋平2 - 0 4 井也发生了三次坍塌卡钻事故，在处理卡钻过程中，因提高泵压，憋漏 地层，又发生了三次井漏事故，说明该钻井液体系对井壁稳定的效果上依然存在着一定 的缺陷，在今后的钻井工作中应针对具体情况采取相应有效措施改进。 ( 2 ) 晋平2 井组完井液对煤层的伤害分析 晋平2 4 井在排采初期返出大量灰黑色液体，且返出的液体具有一定的粘度，出气 量较小，与设计要求相去甚远。 取地层返出液进行室内实验分析，采用对比粘度的方法，确定了地层返出液粘稠状 物质应为h v - c m c 或( 和) m v - h e c ，从地层大量返出液体的情况说明，煤储层受到了 来自钻井液滤液较为严重的污染，且影响半径较大，对煤储层的伤害也比较大。聚合物 类钻井液侵入煤层，会因胶体颗粒进入煤层的基质孔隙而影响气体的解吸、扩散和运移。 为分析钻井液、完井液等工作液对煤层的伤害，开展了室内试验，实验过程中用真 实煤岩进行了h e c 胶液的伤害实验评价，用气体作为流动驱臂介质，克服了由于煤岩 渗透率低用液体作为驱替介质流动困难的问题。 实验结果表明，l 群样品接触钻井液前和接触钻井液后渗透率分别为o 0 0 4 8 3 x 1 0 。岬2 和o 0 0 0 7 3 9 1 0 。m 2 ，伤害率为8 4 7 0 ，2 4 样品接触钻井液前和接触钻井液后渗透率分 别为0 0 0 5 0 3 6 x 1 0 。3 9 m 2 和0 0 0 0 6 9 1x l o 3 9 m 2 ，伤害率为8 6 2 8 ，h e c 胶溶液对两块煤岩 的平均伤害率为8 5 4 9 。 综合以上分析可以看出，钻完井液对维持煤层段井壁稳定起到很好的作用，但对煤 层也造成很大的伤害。 ( 3 ) 国内部分多分支水平井钻井液技术 由华北油田钻井二公司承钻的武m 1 1 井是一口多分支水平井，因该井是一口欠平 衡井，要求钻井液具有良好的防塌性、润滑性和快速封堵地层的能力，以下是该井组钻 井施工中采取的一些针对性措施： 武m 1 1 井、武m 1 1 v 井在煤层段以上均采用低密度聚合物钻井液体系钻进， 配制p a c l 4 1 胶液使钻井液具有良好的流变性，用h m p 2 1 控制钻井液保持较低的滤失 量，用f t 3 4 6 维持井壁稳定。二开地层为古生界，地层岩石坚硬，研磨性强，岩屑很细 小，易造成钻井液固相含量的升高，加强固控设备的管理，严格控制密度的变化。 1 5 第二章多分支水平井钻完井技术跟踪研究 武m 1 1 v 洞穴井进入煤层段后，为保护储层，提高出气率，钻井液体系转换成 钾基无固相钻井液。配制p a c l 4 1 胶液使钻井液具有良好的流变性，用h m p 2 1 控制钻 井液保持较低的滤失量，f t 3 4 6 维持井壁稳定。用超细c a c 0 3 封堵地层，减少钻井液滤 液对地层的损害。 武m 1 1 井三开后进入煤层水平段，为配合充气欠平衡钻井，保持井壁稳定，三 丌采用钾基无固相钻井液。y d - n f 、n p a n 降低失水，控制滤失量，调整流变性，防止 煤层水化坍塌或扩径；f t - 3 4 6 降失水，保持井壁稳定；r h 5 2 5 、y g r 增加井壁润滑性， 降低钻井液摩阻系数。同时加强四级净化设备的使用，降低钻井液中的固相含量，确保 钻井施工的顺利进行。 2 3 3 地质导向技术应用效果分析 晋平2 井组现场应用了目前比较先进的e m w d ，并可随钻测量地层的自然伽马值。 国内占主导地位的泥浆脉冲随钻测量系统采用水力信息通道，通信的结果可靠，但 对钻进液有严格的要求，且对含气量特别敏感，当使用可压缩性钻井介质时，会导致压 力波信号变形，在地面上很难检测出j 下确的信号，无法为欠平衡钻井传输可靠的地质导 向信息和地质测井资料。气基流体的随钻测量：因流体含气，故常规m w d 不能再用， 进而引进了电磁m w d ( e m w d ) ，在不利于泥浆脉冲传输的空气、泡沫或充气泥浆欠 平衡钻井过程中能使用电磁传输系统 2 4 】。 e m w d 随钻测量技术的特点：电磁波随钻测量仪能将反映井底轨迹方向、地层特性 参数的低频电磁波信号传输到地面。电磁波随钻测量系统( e m w d ) 主要包括井下发射 部分和地面接收部分。井内仪器安装在井下钻具中的2 根无磁钻挺中，井内传感器将井 内物理量转变为模拟电信号，再经过井内随钻测量组件处理转换为数字信号，这些数字 信号被传输到中央处理器( c p u ) ，经编码、压缩后由电磁波发射器发射出去。电磁波 沿着传输通道传输到地表，并由距井口一定距离插人地下的专用天线接收。电磁波传输 的最大优点是不需要钻井液作为信号载体，无需机械接收装置，系统稳定性好，数据传 输速度快。对随钻测量随钻测井( m w d i ，w d ) 的数据传输到地面而言，e m w d 系统 是对钻井液脉冲测量的一种革新。电磁测量速率要比钻井液测量速率快得多【2 5 】。 e m w d 是通过发射电磁波进人地层来传输井下数据的。它不受井斜角大小、钻井液 ( 介质) 、钻井方式( 旋转钻或滑动钻) 等条件的限制。钻井过程中，钻杆、裸露的井 壁和它们之间的空间以及周围的地层共同组成了e m w d 的电磁波传输通道【2 6 1 。它是一个 开放式的通道，电磁波在发射源处向周围的无限空间辐射，随着信号的吸收、衰减而逐 1 6 中嘲石蛐太学( 毕来) 工程硪上学位论文 渐减弱甚至消失。但通道的信息传输速度比水力通道更快，对钻井液的质量和泥浆泵的 不均匀性要求更低，发送信息与钻井液的含气量无关，没有钻井液性能方面的要求，能 以很高的信息发送速率来监测2 4 个参数，适用于欠平衡钻井工艺，有较好的发展1 i i 景。 伽岛测量是m w d 无线随钻仪在完成井眼井斜、方位、工具面等定向参数测量的基 础上，对m w d 仪器的g a m m a 测量功能加以开发应用，地质人员利用测量的地层自 然伽马值可以及时分析地层岩性变化，进行地层对比，为地质决策提供科学的参考。晋 平2 井e m w d 随钻测量的自然伽马是岩层的自然放射性强度。地层中的放射性元素主 要有钾、钍、铀。钾和钍存在于页岩和粘土矿物( 伊利石、高岭石、蒙脱石) 中。岩层 的自然放射性强度主要取决于钾、钍、铀的含量。地层发射的伽马射线，把能量传递给 m w d 测最短节并转换成电子脉冲，脉冲压力信号传到地面并解码转换成伽马值，单位 为a p i 。 l | | i ，每甄| ll ；囊釜：爹孽剥芝劳 鬻套蛩l i mm m t 图2 _ 4 晋平2 o o 井地质导向分析图 f i g 2 - 4 t h ea n a l y t i c a l m a p o f g e o s t e e r l a g f o r j i a p i a 9 2 - 8 - 2 w e l l 在晋平2 井组实钻过程巾，由于井深较浅，且循环流体中含有气体，因此与泥浆脉 冲m w d 相比，e m w d 具有明显的优势，但由于国外公司的e m w d 工具质量上存在一 定问题，在施工过程中出现过几次仪器入井后无信号及起钻后发现有工具涨扣等问题， 影响了施工进度。 从地质导向效果来看，晋平2 井组使用e m w d 进行地质导向并没有发挥出应有的 效果，一方面是由于晋平2 井组所采用的e m w d 所测量的参数较少，除几何参数( 井 斜角、方位角、工具面角) 外，只测量了自然伽马这一项地质参数，而所测的自然伽马 又不具有方向性；另一方面，在实钻过程中，由于对地层构造掌握的不够准确，仅靠 1 7 第二章多分支水、i j i ：钻完j l ：技术跟踪研究 e m w d 所测鞋的地层自然伽马值、综合录井所汜录的钻时资料和全烃含量，以及后期 晋1 i2 - 0 4 井刁。进行跟踪对比的岩屑录井来对地质导向进行指导。由于地质导向中具有 以卜_ 两个方l i i i f l , j 缺陷，因此导致在实际的施工中，大部分主支及分支由于钻出煤层之外 而被迫r 1 1 止。 从总体来看，在主支及分支钻进过程中，煤层段钻速3 0 m h - - 一5 0 m h ，而煤层外钻 速l m h ，4 m h 丘右，在钻出煤层之后，钻进时间大幅度增加，时间延长必然导致煤层 垮塌等复杂情况的发生。因此，从根本上分析，地质导向钻井技术没有得到成功应用是 晋平2 片：纠【没自成功完成的一个重要原因。 为了今后能够更好的进行多分支水平井施工，应在对所钻储层构造准确把握的基础 l ：。史施，脱场地质人员在钻进过程中应能够及时确定地层( 特别是煤层) 构造情况、卡 准脎位，为地质导向钻井施工做好准备，以便实钻中尽可能少地钻出煤层之外，做到以 伙取胜。行f 1 建议施工中采用可以测量更多地质参数的l w d 作为随钻测量工具。 2 3 4 多分支水平井完井技术对比 2 3 4 1 武m 1 1 井组完井工艺 与晋、i ，2 井组棚比较，廊坊分院的武m 1 一l 井组完井工艺较为复杂，下面简要介绍 一下武m i 1 井组的) 艺井工艺。 洞八，( - t j t ：采j _ jt b 2 1 5 9 m m 钻进完钻后，下入巾1 7 7 8 m m 套管至井底，其中在煤层位 置采川( i ) l8 4 m m 玻璃钢套管，用m 1 5 2 4 m m 钻头通井循环后，用套管段铣工具将玻璃 钢愈僻磨铣拌，然后下入液压仲臂式大直径扩f i 艮器进行造洞穴，抽排直井造洞穴及固井 完j 1 况如表2 4 ，井身结构如图2 5 所示。 表2 - 4 武m i 1 井组抽排直井造洞穴及固井完井概况 l a b l e 2 4w e l lc a v i t a t i o n ，c e m e n t a t i o na n dc o m p l e t i o no f w u m l - 1w e l lg r o u pa n dv e r t i c a l p u m p w a t e rw e l l s 完钻完钻套管套管 9 “煤层深度 玻璃钢套管下深洞穴深度 割孔尾管位置 j l ：l t l 尺、j 片深外径 卜深 mmmm l n i nl ni t l mm 2 1 5 99 5 01 7 7 89 4 6 5 8 7 7 4 - - 一8 8 9 2 8 7 5 3l - 一8 8 3 6 48 7 8 8 8 38 4 7 3 7 - - 一9 4 0 n ：武m i 1 井身【丰支及各分支水平井眼钻进完成后，循环清洗洞穴直井洞穴位置至 人j r ：，f 二底( 9 4 4 m ) 的煤屑。冲沈过程为在洞穴直井中下光钻杆至人工井底，在主井眼中 下光钻朴伞井深1 0 3 0 m ( 洞穴交汇处井深1 0 0 9 6 7 m ，垂深8 7 9 5 m ) ，两井眼的钻具连通 交义，两ll 升二同时j i ：泵进行冲洗作业。 1 8 中周石油大学( 华束) i 程硕1 。学位论空 冲洗完成后在直井( 洞穴井) 洞穴位置的上方悬挂割孔尾管封隔煤层洞穴井段，采 气作业将在直井进行，见圈2 - 6 。 盟 图2 - 5 武m i i v 井( 直井) 实钻井身结构图 f i 9 2 5a c t u a l d r i l l i n g w e g p r o f i l e f o r w u m l l v w e l l ( v e r t i c a l w e l l ) 必i - i $“i - - t # 圈2 6 武m 1 1 井组完井井身结构图 f i g 2 - 6c o m p l e t i o n w e l l p r o f i l e f o r w u m i 一1 w e l l 第二章多分支水甲井钻完井技术跟踪研究 2 3 4 2 晋平2 井组完井技术分析 ( 1 ) 洞穴直井下套管固井方面的技术差异：晋平2 井组采用填砂后在煤层以上固井的 方法，而武m 1 1 井组采用的是采用玻璃钢套管隔离煤层井段后全井进行注水泥固井的 方法固井。 晋平2 井组由于采用填砂固井方法，可以减轻在洞穴直井固井施工过程中对煤储层 的污染，并且施工工艺相对简单，但由于煤层以下井段没有进行封固，对后期排采作业 有两个方面的影响： 有利方面是：煤层以下井段为裸眼，具有较大的井眼容积； 不利方面是：由于下部为裸眼井段，未进行封固，井壁稳定性难以保障。 武m 1 1 井组由于进行全井固井，保障了煤层上、下部井段的井眼畅通，但在固井 过程中易造成煤层段的污染。 ( 2 ) 造洞穴方面的技术差异：晋平2 井组在固井、候凝并采用( i ) 1 5 2 4 m m 钻头钻开水 泥塞及套管附件，循环携砂、清洗井底后采用造穴工具进行造穴，施工工艺相对简单。 而武m i 1 井组在固井、候凝并用( 1 ) 1 5 2 4 m m 钻头通井循环后，用套管段铣工具将玻璃 钢套管磨铣掉，然后下入造穴工具进行造洞穴，施工工艺相对繁琐。 ( 3 ) 完井方面的技术差异：晋平2 井组在完成各主支及分支钻进后在进洞穴前6 0 m - - 8 0 m 下桥塞并注水泥塞封固洞穴i j 造斜井段，水泥返至造斜点上部2 0 m 以上。而武m 1 。1 井组在主支及各分支水平井眼钻进完成后，在洞穴直井中下光钻杆至人工井底，在主井 眼中下光钻杆穿过洞穴2 0 m 左右，两口井的钻具连通交叉、同时开泵循环清洗洞穴直井 洞穴位置至人工井底的煤屑；冲洗完成后在直井洞穴的上方3 0 m 悬挂( i ) 1 2 7 m m 割孔尾 管至人工井底封隔煤层洞穴井段，而主井眼则在井深3 0 0 m 处打悬空水泥塞完井。 晋平2 井组主井眼完井方法是在裸眼井段且离洞穴较近的位置下桥塞后注水泥塞， 这是由于晋平2 井组采用1 个主井眼与4 口洞穴井进行交汇连通的施工工艺，4 个方向 的造斜点比较接近( 都在3 5 2 m - - - - 3 8 2 m 之间) 因此重点封固井段为3 5 2 m 至交汇点之间 的井段。而武m 1 1 井组采用1 个主井眼与1 口洞穴井进行交汇连通的施工工艺，因此 采用了简便可靠的主井眼在套管内打水泥塞的完井方法。 晋平2 井组完井时在洞穴井未采取措施，而武m i 1 井组循环清洗洞穴直井后