煤层气多分支水平井定向施工要点分析

2022-10-27

我国煤层气地质研究始于20世纪80年代, 经过20多年的地质研究和勘探实践, 在煤层气成因、储层特性、成藏、区域展布规律、控气地质因素等方面均取得显著进展, 初步形成了一套煤层气富集地质理论和选区评价技术, 20世纪90年代初开始研究煤层气地面勘探开发技术, 经历了十几年来对国外技术设备的引进、消化、吸收和发展, 也取得了实质性的进展。

一、煤层气多分支水平井开采原理

煤层气多分支水平钻井是集钻井、完井与增产措施于一体的新的钻井技术。所谓多分支水平井是指在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道, 同时为了满足排水降压采气的需要在距主水平井井口200m左右处钻一口直井与主水平井眼在煤层内连通, 用于排水降压采气 (图1) 。

主水平井眼的一开钻表层, 并下表层套管封固地表易漏地层;二开钻至着陆点 (见煤点) , 下入套管封固煤层段以上地层;三开钻主水平井眼和分支井眼, 裸眼完井。

与常规直井的钻井、射孔完井和水力压裂增产技术相比, 多分支水平井开采煤层气的主要增产机理体现在以下几个方面:

(1) 提高了导流能力。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, 煤层割理与裂隙更畅通, 就提高了裂隙的导流能力。

(2) 减少了对煤层的伤害。采用多分支水平井钻井完井方法, 避免了固井和水力压裂作业, 而且水平井段采用清水、欠平衡钻进避免了对煤层的伤害。

(3) 增大解吸波及面积, 沟通更多割理和裂隙。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, 从而大大增加煤层气的供给范围。

二、水平井与洞穴连通技术

1. 连通技术简介

两井连通过程中采用的技术为近钻头电磁测距法, 国外通常称为Rotating Magnet Ranging Service, 英文缩写RMRS, 目前RMRS技术在CBM井、SAGD、控制井喷等领域得到广泛应用。其工作原理:在垂直井中下入磁信号接收装置, 在水平井的导向钻具组合中加入磁信号发生装置 (磁接头) , 磁接头与钻头一起旋转时将发射磁信号, 垂直井内的接收器接收到来自水平井磁发生装置发出的磁信号, 通过连接线缆传送至地表, 经信号解调后输出至电脑, 最终计算出磁发生装置与接收装置两点间的连线方位, 垂直深度差和两点当前距离。获取当前钻进参数后, 可利用水平井中置于无磁钻杆中的MWD系统, 及时纠正方向, 使其靠近靶点目标, 并使水平井与垂直井最终连通。

2. 连通技术在xxxxxx HH的的应应用用

该井连通段 (773m-826m) 下钻之前在直井中下入接收探管, 在钻头位置链接一个永磁短节, 该短节探测距离为65m左右。钻具组合为:152.4mm钻头+120mm强磁接头+120mm单弯螺杆 (1.5°) +浮阀+MWD短节+88.9mm无磁加重+88.9mm钻杆+88.9mm加重+88.9mm钻杆。本井二开方位控制较为理想, 与设计轨道基本吻合, 下入强磁仪器773m处校正方位偏差为1.5°, 后面每钻进3-5米校正方位一次, 通过MWD不断调整井斜方位, 确保连通成功, 调整钻进至821m时, 停止钻进, 待直井起出接收探管后, 转动钻进至井深826米, 直井井口向内吸气 (直井海拔比水平井高) , 确认连通成功。

三、悬空侧钻技术

悬空侧钻是指不需要填井打水泥塞作业而在老井眼中选择合适侧钻点直接进行定向侧钻的一种钻井方法。在打多分支水平井中, 这一技术会经常用到, 下面简单介绍一下本井的施工经验。

1. 悬空侧钻技术要点

选择侧钻点的原则

(1) 首先考虑侧钻点要满足甲方的控制面积需求, 每个分支的可控半径约100米, 因此两个水平分支侧钻点间距在200米以内为宜。

(2) 其次考虑侧钻点附近的井眼状况, 井下情况应该正常, 无掉块和垮塌, 钻具上提下放的摩阻较小。如选定的侧钻点摩阻较大, 先循环划眼处理, 摩阻正常后侧钻, 如果摩阻降不下来, 重新选择侧钻点。

(3) 侧钻点的位置和井斜, 侧钻点应位于煤层的中上部, 同时注意侧钻点下10m能避开夹矸。侧钻点的井斜最好高于地层倾角, 如果低于倾角1~2°以上, 应放弃该点。

(4) 侧钻点以下10m, 主井眼的井斜应是增斜或稳斜, 避免选在降斜的井段;主井眼的方位变化不能与侧钻的分支井眼方位一致。

划槽要点

划槽前注意摩阻情况, 符合要求后开始划槽操作。

(1) 划槽时的工具面角调整为120~130° (大方位侧钻时) 或230~240° (小方位侧钻时) , 也就是侧钻的工具面。

(2) 划槽长度3~5m, 下放速度1m/min。划槽次数2~4遍, 3遍为最优。

侧钻 (控时钻进) 要点

(1) 侧钻时要操作平稳, 送钻均匀, 保持1m/h的速度钻进2m, 保持2~3m/h的速度钻进4m, 是整个侧钻最关键阶段。

(2) 保持5~6m/h的速度钻进5m, 侧钻过程中注意观察仪器工具面和泵压变化, 若工具面反转, 泵压微增, 可逐步调整工具面到±90~100°。钻进11m后根据EM-MWD测斜数据能基本判断出井眼分离趋势, 侧钻基本结束, 可逐步加快钻进速度至正常速度。

(3) 定向侧钻的井段长度35~40m, 待分支井眼与主井眼间距分离出3.6~4.9m后, 可以旋转钻进。首先采用低转速方式钻进, 顶驱转速10rpm, 而后恢复正常转速。

(4) 侧钻过程中如出现泵压升高、加压困难等情况, 很可能是夹壁墙垮塌, 可考虑重新侧钻。

其它注意事项

(1) 钻进主井眼时充分考虑侧钻点的轨迹, 位置要在上部, 井斜和方位的变化方向与分支井眼相反。

(2) 侧钻施工前与地质导向师充分沟通, 了解导向师的意图, 导向师预测好待钻20~30m的地层倾角。

(3) 在分支井眼的前70m之内采用定向循环划眼, 尽量不旋转划眼。特别是侧钻后的前三个单根尽量不上提钻具, 打完后直接接单根, 要求井队操作平稳, 避免造成井下钻具转动。

(4) 起钻至侧钻点附近时, 缓慢上提, 遇阻不能硬提, 开泵循环后停泵起钻, 或定向 (高边与侧钻时相同) 划眼起出。

2. xxx H的侧钻实例

侧钻点选择在1075米, 准备小方位侧钻, 1064-1094米一直在复合钻进, 井斜由93.2°增至95°, 且方位由71.4°增至72°。通过EMWD伽马值判断, 此段应该是在好煤层当中, 成功避开了底矸和顶矸。

侧钻开始前, 先进行划槽作业, 先将工具面摆放在240°左右, 然后1070-1075米缓慢下放, 控制速度大概在1m/min, 划3遍后, 开始控时钻进, 1075-1077这2米保持1m/h的速度下放, 1077-1081米保持1m/40min, 如钻进过程中工具面显著变小, 可以将工具面调整至270-290之间。本井在钻进至1079时, 工具面变为220°, 将工具面转到280°后继续控时钻进。1081-1086将钻时提到到1m/10min, 钻进11米后, 测得井斜94.3°, 方位71.6度, 近钻头井斜为94°, 与M3的井斜方位都发生了显著的变化, 此时判断侧钻成功, 恢复正常速度钻进。

总结

多分支水平井目前在国内还不能算很成熟的技术, 目前还在摸索中前行, 对于地质状况的不够了解, 对目前的钻井施工造成了很大的影响, 钻井液的性能也影响着井壁的稳定和携沙能力的强弱。此外连通仪器和定向仪器的精度也影响着正常的连通。本文着重介绍了在沁水地区连通技术和悬空侧钻技术要点, 可能会存在地区的局限性, 希望对大家有所帮助, 不足之处希望指正。

摘要：针对近些年国内煤层气开采的状况, 结合xxxH井实钻工程资料及现场施工经验对煤层气开发过程中最为关键的多分支水平井钻井技术中关于定向施工难点进行整理和总结, 着重介绍了连通技术以及悬空侧钻, 希望能够为未来的煤层气多分支水平井的定向技术革新提供参考。

关键词：煤层气开发,多分支水平井,对接连通,悬空侧钻