QK-岚M1—1煤层气多分支水平井充气钻井技术.pdf

第2 8 卷 第 l 期 2 0 0 6年 2月 石 油 钻 采 工 艺 OI L DRI L L I NG P RO DUC T I ON T E CHNOL OGY Vo 1 2 8 No 1 F e b 2 0 0 6 文章编号 1 0 0 0 7 3 9 3 2 0 0 6 0 l 一 0 0 1 5 0 4 岚 M1 1煤层气多分支水平井充气钻井技术 龚 志 敏 段 乃 中 华北石油管理局钻井二公司 河北任丘0 6 2 5 5 2 摘要 为开采煤层气提高煤气产量 设计钻探 了岚 Ml l煤层气多分支水平井 该井煤层气储量大 埋深在 9 0 0 m处左右 钻进时 先钻一口直井并在煤层段造洞穴 在距 2 0 0 m处钻一口水平井 水平段连通洞穴 再在水平 段上对称侧钻 出1 0个分支井眼 钻进中 采用欠平衡钻井技术 直井眼充气 钻井液与气体在洞穴处混合 形成负 压钻井 直井和水平并的上直段采用钟摆钻具组合 水平井的主井眼和分支井眼均采用导向钻具组合 无线测量 技术 井壁稳定技术采用高黏度钻井液 造洞穴采用液压伸臂式扩眼器 水平井上直井段 5 0 0 m处打悬塞 直井洞 穴上部悬挂 0 1 2 7 mm剖孔尾管进行完井 结果为 总进尺7 9 9 3 m 生产时效 1 0 0 全井组平均机械转速 8 6 9 m h 锻铣造洞穴成功率 1 0 0 水平井与洞穴直 井一次连通 悬空侧钻分 支一次成功率 1 0 0 电测一次成功率 1 0 0 完井一次成功率 1 0 0 结果表明 岚 Ml l多分支水平井工艺技术先进 l 0个分支数量在 国内最多 控制 面积在国内最大 为今后国内煤层气井钻进技术提供了宝贵的经验 关键词 煤层气井 多分支水平井 空气钻井 洞穴 中图分类号 T E 2 4 3 T E 2 4 2 6 文献标识码 A 煤层气的开发是 2 1 世纪的发展方向 在近十 几年里用常规开采工艺对煤层气的开发利用还没有 突破 主要是单井采气量低 不能形成规模经济市 场 山西省的煤炭资源十分丰富 国家的西气东输 能源大动脉经过山西省境内 因此开发煤层气具有 深远的战略意义 经研究和实践证明 当煤的渗透 率在 1 1 0 一 m 时 其水平井的产气量比垂直井 的产气量可提高3 1 0倍 国外近几年对煤层气的 钻探在采用 了新工艺后加快 了煤层气 的开发 并取 得了社会效益和经济效益 岚 M 1 1 井就是应用 先进技术在煤层 里先钻 一个 主水平井 眼 然后 在 主水平井眼里再钻出多个分支水平井眼 在钻进 时应用充气方法降低井筒液柱压力 保护煤气层 从而完成了多分支水平井充气钻井工艺 取得 了 地面施工占地少 地下煤层水平进尺达 5 0 4 3 m的 成果 1 地质概况 岚 M 1 1 井位于山西省岚县东南方向4 0 0 m 构造位置为宁武盆地南部斜坡带上 钻探 目的层为 二叠一石炭系9 煤层 钻探 目的为二叠一石炭系的 山西组 太原组主力煤层钻多分支水平井 开采煤气 并提高煤气产量 2 工艺设计 岚 M1 1直 洞穴 井 的设 计 一 开 0 3 1 1 1 5 m m钻头 7 0 m 0 2 4 4 5 m m表层套管 6 5 m 水泥 返至地面 二开 0 2 1 5 9 mm钻头 X 9 6 0 m 0 1 7 7 8 m m技术套管 9 5 8 m 岚 M1 1 多分支水平井直 井眼和分支井眼设计 一开 0 3 1 1 1 5 m m钻头 7 0 m 0 2 4 4 5 m m 表层套管 6 5 m 水 泥返 至地面 二开 0 2 1 5 9 m m钻 头 x 9 8 0 m 0 1 7 7 8 mm技术 套管 x 9 7 5 m 煤层顶界深度 井斜角 8 5 9 0 垂 深 8 9 0 m 水泥返至 3 煤 顶 4 0 0 m 三 开 01 5 2 4 m m钻头 x 井深2 1 0 0 m 及 1 0分支 x裸眼完井 1 0 个分支水平井段进尺 6 1 3 7 m 直 洞穴 井井深 9 5 0 m 多分支水 平井主井 眼井深 2 0 0 0 m 总进尺 8 5 00 m 华北石油 管理局科技攻关项 目 名称 煤层 气钻井完井技 术研 究 编号 0 5 1 1 0 1 K 作者简介 龚志敏 1 9 5 7 年生 1 9 8 6年毕业于大庆石油学院 现从事技术与装备管理工作 会司副经理 电话 0 3 1 7 2 7 8 8 1 4 1 E ma il g z m 6 5 1 s o h u c o rn 维普资讯 1 6 石油钻采工艺2 0 0 6 年 2月 第2 8 卷 第1 期 3 多分支水平井钻井技术 3 1 钻井装备 2台钻机地面井口 距离是2 0 0 m 由Z J 2 0 K钻机 和Z J 3 0 B钻机完成直 洞穴 井和多分支水平井的 作业 配有2 5 0 t 顶部驱动装置和沃尔沃发电机组 循环系统 由 1台 3 N B一1 0 0 0泵 和 1台 3 N B一1 3 0 0 泵组成 钻井液达到4级净化处理 井控装置有 1 台 F Z 3 5 1 4防喷器和 1 台2 F Z 3 5 3 5防喷器 多分支 水平井配有 G r a n t 旋转防喷器 静压 6 7 M P a 动压 1 7 6 NP a 和 1 2 m液气分离器装置 欠平衡钻井 设备由4台E n fi c S 一 1 0 2 5 0一 B空气压缩机和充气 管汇组成 3 2 岚 N I一1多分支水平井简介 首先钻 1口直 洞穴 井 在煤层位置下入玻璃 钢套管 然后利用专用工具将玻璃钢套管敲碎并进 行造洞穴 再钻 1口水平井利用磁定位专用工具使 水平井与洞穴连通 连通完成主井眼钻进再进行分 支井钻进 3 2 1 直 洞 穴 井基本数据2 0 0 5年 7月 3 0日 1 0 0 0 第 1 次开钻 3 l 1 1 5 m m钻头钻至井深 6 2 m 见基岩 3 0 m完钻 0 2 4 4 5 m m套管下至井深 5 9 8 5 m 固井水泥返至地面 2 0 o 5年 8月 2日1 7 O 0采用 2 1 5 9 m m钻头 进行第 2 次开钻 2 0 0 5年8 月 1 4日2 3 O 0 钻至井深 9 5 0 m完钻 钻井周期 1 5 d 平均机械钻速 3 7 5 in h 0 7 7 8 m m套管下至井深9 4 6 5 m 玻璃钢套管 下入井段 8 7 5 3 1 8 8 3 6 4 m 2 0 0 5年 8月 1 8日 1 l O 0 测声幅完 固井质量合格 2 0 0 5年 8月 2 2日 1 2 O 0 采用 1 5 2 4 m m钻头钻至人工井底9 4 4 m试 压合格完井 8月 2 8日O O 0造穴完 造穴井段 8 7 8 8 8 3 m 洞穴直径大于 5 0 0 m m 2 0 0 5年 1 O月 1 4 日 下 1 2 7 m m割孔尾管悬挂封隔煤层洞穴井段 3 2 2 多分支水平井基本数据2 0 0 5年 8月 2 1 日2 1 O 0第 1 次开钻 3 1 1 1 5 m m钻头钻至井深 5 3 m 2 4 4 5 m m套管下至井深 5 1 4 4 m 固井水泥 返至地面 2 0 0 5年 8月 2 4日1 8 O 0采用 0 2 1 5 9 m m钻头进行第 2次开钻 2 0 0 5年 9月 3日1 8 3 0 钻至7 1 2 m造斜点位置 2 0 0 5年9月 1 3日 1 4 2 0 钻至井深 9 5 1 m二开中完 1 7 7 8 m m套管下至 井深 9 4 9 m 2 0 0 5年 9月 1 8日 1 8 O 0采用 0 1 5 2 4 m m钻头进行第 3次开钻 2 0 0 5年 9月 2 0日3 0 4 水平井与直井连通 井深 1 0 0 9 6 7 m 垂深 8 7 9 5 m 水平位移 2 0 1 8 1 m 2 0 O 5年 9月 2 5日1 5 0 3主 井眼钻完 9 5 1 2 0 0 0 m 2 0 0 5年9 月2 6日1 3 3 0 开始钻进 1 0个分支井 2 0 0 5年 1 O月 1 0日1 1 O 0完 钻 钻井周期4 9 5 8 d 平均机械钻速 8 0 7 m h 3 2 3 其 它主要技 术指标 1 总进尺 7 9 9 3 m 2 设备使 用运转率达 到 1 0 0 3 生产时效 1 0 0 4 纯钻时效4 8 5 全井组平均机械钻速 8 6 9 m h 6 锻铣造洞穴成功率 1 0 0 7 水平 井与洞穴直井一次连通率 1 0 0 8 悬空侧钻造分 支一次成功率 1 0 0 9 煤层钻遇率大于9 5 1 9 1 0 井下事故时效 O 复杂时效 0 1 1 电测一 次成功率 1 0 0 1 2 固井质量合格率 1 0 0 1 3 1 2 7 m m尾管作业一次成功 1 0 0 3 3 多分支水平井钻进技术关键 3 3 1 二开中完井深的确定为确保二开中完下 套管 固井安全 钻至煤层顶板泥岩下入技术套管 3 3 2 造洞穴技术玻璃钢套管下入煤层后 用套 管段铣工具将玻璃钢套管磨铣掉 然后下入液压伸 臂式超大直径扩眼器进行造洞穴 3 3 3 水平井与洞穴的连通水平井钻至距洞穴 5 O 6 0 m时 在直 洞穴 井气举掏空 4 5 0 m 下入 强磁接收仪 入洞穴0 5 m左右 水平井下入强磁发 射工具 由磁定位跟踪两井 眼的连通 钻具结构 1 5 2 4 m m钻头 H A S I 7 G 1 0 3 1 2 5 m m强磁 距离测 量仪 0 3 9 m 1 2 0 m m 马 达 1 5 1 2 O m m无磁钻铤 2 9 1 m 1 2 0 m m无线随钻 测量工具 1 2 o m m无磁钻铤 0 1 2 0 m m浮阀 8 9 m m加重钻杆 2 1 根 8 9 m m钻杆 复合导 向钻进至预计距洞穴 4 m时 直 洞穴 井起出仪器 关封井器 水平井继续钻进 至出现泵压下降 井口 不返钻井液 并有放空现象表示连通成功 连通斜 深 1 0 0 9 6 7 m 垂深8 7 9 5 m 井斜9 2 2 5 闭合方位 2 5 2 6 水平位 移 2 0 1 8 1 m 两井地面相距 1 9 9 0 6 m 3 3 4井眼轨迹控制技 术 1 直井 水平井上直段均采用钟摆钻具结构 水平井实钻造斜点选择 根据洞穴直井测陀螺数据 直井井深 8 8 5 m 闭合位移 1 5 8 9 m 闭合方位 1 7 7 3 1 考虑直井井底位移向反向发生1 5 8 9 m偏 移 水平井造斜点提前 根据地层的可钻性和钻头 使用情况造斜点选择在7 1 2 m 2 井段7 1 2 9 5 1 m 进尺2 3 9 m井段完成了0 8 3 的造斜 下入可调试单弯螺杆 1 7 6 钻进 维普资讯 龚志敏等 岚 M 1 1 煤层气多分支水平井充气钻井技术 l 7 参数 钻压2 0 8 0 k N 转速 D N 2 5 r m in 排量 3 0 L s 泵压 9 MI a 由于山西组砂泥岩可钻性较差 机 械钻速只有 1 3 3 m h 钻 头偏磨严重 钻至 8 1 3 m 造斜率只有 2 8 3 5 1 0 0 IT I 满足不了施工要 求 进入太原组通过强化钻井参数 钻压改为 8 0 1 0 0 k N 造斜率为 4 7 1 0 0 IT I 左右 基本满足 了 施工要求 3 三开 0 1 5 2 4 mm井眼轨迹控制 为了有利 于水平井主井眼轨迹控制 首先使用牙轮钻头钻进 钻具结构 0 1 5 2 4 m mH A 5 1 7 G钻头 1 0 3 01 2 0 mm马达 1 5 0 1 2 0 mm无 磁钻铤 2 9 1 m 01 2 0 m m无线随钻测量工具 01 2 0 m m无磁钻铤 0 1 2 0 mm浮阀 0 8 9 m m加重钻杆 5柱 0 8 9 IT I IT I 钻杆 x 1 5柱 0 8 9 133 133 加重钻杆 8柱 0 8 9 m m钻杆 钻井参数 钻压 2 0 4 0 k N 转速 D N 螺 杆 3 0 r mi n 排 量 1 5 1 6 I Js 泵压 1 2 1 5 M P a 根据无线随钻测量工具测井曲线数据分析对 井眼轨迹实施控制 确保中靶和在煤层中穿越 主井眼牙轮钻头钻至 1 4 3 4 m出现 明显托压现 象 为解决传压问题及考虑井下安全问题和加快钻 井速度 保护煤气层 在钻具组合上换 P D C钻头并 加入减阻器 钻具结构为 0 1 5 2 4 m m M1 6 5 3 MS S钻 头 W1 2 W1 2 W1 3 0 1 2 0 mm 马 达 1 5 01 2 0 IT I IT I 无磁钻铤 2 9 1 m 0 1 2 0 m m无线随钻 测量工具 l 2 0 m m无磁钻铤 0 1 2 0 m m浮阀 0 8 9 m m加重钻杆 2柱 2 5 7 m减阻器 2 5 5 m 减震器 0 8 9 m m加重钻杆 3柱 0 8 9 m m钻杆 3 0柱 0 8 9 m m 加重钻杆 8柱 0 8 9 m m 钻杆 自 1 4 3 4 m下入 了一 只 M1 6 5 3 Ms s P D C钻头 钻完主 井眼和 1 0 个分支井眼 累计进尺 5 6 0 9 IT I 平均机械 岚M1 1 水平井 岚M1 1 井 钻速 2 5 4 7 m h 3 3 5 分支井眼侧钻点的选择侧钻点所选择 的 地层要 比较稳定 井径规则 所选择的井段全角变化 率最低 如果允许尽可能将侧钻点选择在增斜井 段 侧钻点选择后 将下具 面摆至左 1 5 0 或右 1 5 0 保持工具面不变 开泵慢慢上提下放钻具 6 8 1 1 3 划槽 3 5次 以利于侧钻成功 然后将钻头放 置侧钻点 开始控制钻时侧钻 前 1 2 IT I 控制钻速 为 1 m h 3 4 IT I 控制钻速为2 m h 5 7 rtl 控制钻 速为 3 m h 8 1 2 IT I 控制钻速为 4 m h 然后正常 速度钻进 钻进参数为 钻压 0 5 0 k N 排量 1 5 L S 转速 D N 3 5 r ra i n 3 4 井壁稳定与井眼净化 为配合充气欠平衡钻井 保持井壁稳定 三开采 用钾基无固相钻井液体系 根据地层压力和充气欠 平衡作业技术 确定合理的钻井液密度是关键 密度 确定为 1 0 8 g c m 使用降失水剂及防塌润滑剂 控制失水 改善滤饼 降低摩阻 由于主井眼及 1 0 个分支井累计进尺 6 0 0 0多米在煤层中穿行 进尺 快 单位时间内返出的煤屑很多 钻井液必须具备较 强的携砂能力和悬浮能力 钻进过程巾每打完一柱 泵入 1 IT I 的高黏钻井液 清洗净化井眼 加强净化 设备的使用 严格控制含砂量小于等于0 1 钻 井液性能 密度 1 0 8 g c m 黏度 4 2 s 失水 5 m L 含砂 0 1 4 充气钻井技术 充气钻井是将一定量气体 空气 氮气 天然 气 连续不断注入钻井液内 使其呈均匀气泡分散于 钻井液中 形成充气钻井液 充气钻进流程见图1 图 1 岚 Ml l井多分支充气钻井示意图 维普资讯 l 8 石油钻采工艺2 0 0 6年 2月 第2 8卷 第 1 期 三开水平主井眼与直井洞穴连通后 芙赢 洞 穴 井防喷器 在直 洞穴 井的井口连续注气 从两 井的连通处与水平井段的上返钻井液混合后返井 口 经旋转防喷器和节流管汇 液气分离器控制 使 液气分离 并实现多分支水平井环空充气欠 平衡钻 井工艺 为了确保煤层实现欠平衡安全钻进 其调 节控制多分支水平井 的井 口套压值最好 为零 欠压 值不宜过大 欠平衡作业参数为 钻进时泥浆泵的 排量 l 4 一 1 5 L