RMRS在延6-4-28UP连通井组中的应用

2023-02-13

一、引言

煤层气的开发利用对于缓解我国能源紧张局势、优化能源结构, 减少温室气体排放、减轻大气污染, 保证煤矿安全生产, 以及实现我国国民经济可持续发展具有重大的现实意义。山西省煤层气资源丰富, 近年来在沁水、河东、西山、霍西、宁武等煤田均进行了煤层气的开采施工, 而利用水平连通井开发煤层气资源在实际施工中取得了良好的成效。

延6-4-28UP水平井连通井组为典型的煤层气开发连通井, 其构造位置位于鄂尔多斯盆地东缘延川南气田万宝山构造带, 目的层位为山西组2号煤层。该井组具有连通水平段长、直井井底位移较大, 并且可开发有效煤层薄的特点。在对接施工中, 主要利用RMRS旋转磁铁测距仪进行对接测量工作, 依据测量数据对井眼轨迹精确控制, 最终实现顺利连通。RMRS测距仪在山西煤层气开发连通水平井组的施工中, 起到了重要的作用。

二、延6-4-28UP井组情况

延6-4-28UP井组设计由水平井延6-4-28UP井和直井延6-4-28U井连通组成。在井组施工中, 先进行直井延6-4-28U井的施工, 直井设计采用二级井身结构, 由Φ177.80mm套管完井, 套管串位于山西组2号煤层段位置处加入1根长8m左右玻璃钢套管。固井后, 下入扩孔器破碎煤层段的玻璃钢套管和水泥环, 扩大2号煤层段的井眼直径至500mm。在直井施工工作完成后, 再进行水平井的施工, 水平井采用三级井身结构, 前部直井段和造斜井段施工钻进至距离直井100m左右下入RMRS测距仪, 并在直井的2号煤层位置处采用电缆方式下入强磁接收器, 实施连通钻进工作, 精确控制轨迹直至连通完钻。

三、RMRS连通仪工作原理

RMRS测距仪是由一个安装在钻头上端的强磁短节, 利用有线绞车放置于目标井中的探管以及进行电源供应和数据传输的地面接口箱组成。在连通作业时, 通过螺杆马达带动下部强磁接头旋转, 进而产生交变磁场, 再由位于目标井中的探管进行测量, 探管中的磁场传感器能够感应出磁场强度的变化, 通过磁场变化感应进行相关的数据采集。

采集数据后, 根据测点数据计算出当前的钻头位置, 以及相对连通点位置偏移量及偏移角度, 通过连续测量实时计算轨迹的闭合方位, 及时调整工具面以修整轨迹。如图1所示, 图中横坐标代表测点, 纵坐标代表测点垂深, 两条曲线分别是测点垂深和反推出的钻头位置垂深, 两条虚线代表扩孔区域垂深, 当钻头位置垂深进入到扩孔区域, 表示按照当前轨迹趋势可以实现连通。

两井连通时采用RMRS测距仪与YST-48R随钻测斜仪配合使用, 在直井下入RMRS探管, 施工水平井钻头上部加强磁接头, 当旋转的强磁接头到达直井附近区域时, 探管可采集强磁接头产生的磁场强度信号, 接收仪器就可以不断地收到当前磁场的强度值 (Hx、Hy和Hz) 。当检测到磁信号以后, 通过测得数据进行钻头位置反推计算, 再根据计算数据算出实钻轨迹相对连通点偏移量。随着不断接近连通位置, 测得的数据可信度也越来越高, 不断调整轨迹, 最终实现精确连通。

四、井眼轨迹控制

延6-4-28UP连通井组采用YST-48R随钻测量仪和RMRS旋转磁铁测距仪组合使用的方式, 为连通作业轨迹调整提供数据。钻至距离连通点80m时, 仪器测得数据错误率低于60%, 通过计算数据判断可以实现连通, 连通施工中主要采取了以下措施进行数据测量及轨迹调整:

1.在连通作业开始后, 每钻进3m后, 根据YST-48R测斜数据, 预测出井底钻头位置井斜和方位, 输入landmark软件计算出井底南北、东西位置和垂深。再将数据输入RMRS计算软件, 开始进行磁信号测量工作;

2.在进行磁信号测量时, 上提钻具静止, 待RMRS测距仪开始工作时匀速下放钻具, 位于目标直井中的探管测量强磁接头产生的磁信号, 将测得数据输入RMRS计算软件, 结合之前的YST-48R测量数据, 计算出轨迹相对连通点的偏移角和偏移量;

3.根据RMRS软件计算出的数据, 进行轨迹调整, 使其满足连通要求;

4.为了确保连通精度, 每钻进3~4m重复上述步骤, 及时调整轨迹, 直至最终连通。

五、RMRS连通作业中遇到的问题及解决

在钻进距连通位置5m时, 根据RMRS测距仪测出数据得出当前趋势钻进可以连通, 将探管从目标直井中取出后, 继续钻进, 但钻至连通位置后目标直井并未反出泥浆, 表示未连通成功。分析后怀疑可能存在两方面问题:首先, 在仪器测量和数据计算时也有一定的误差, 可能是误差同方向累积导致钻头实际位置未进入连通位置, 但是这种情况几率很小;另外主要怀疑目标直井玻璃钢套管及水泥环破碎不够彻底。在讨论后决定先采用在连通位置反复循环作业, 试图扩大井底井径的方法实现连通, 在连通位置进行反复循环划眼作业后, 目标直井依然没有反出泥浆。于是采用在目标直井进行加压作业, 试图依靠增加目标直井连通位置压力实现连通, 在压裂作业开始后, 压裂作业车压力表显示没有升高迹象, 此时施工水平井井口已开始反泥浆, 证明连通成功, 同时也验证了之前的推测。

在延6-4-28UP井完钻电测后, 测得数据与YST-48R随钻测量仪得出数据基本一致, 这证明了在施工中随钻测量仪和RMRS测距仪数据的准确性, 连通作业中遇到的问题并非由于仪器误差累积导致, 说明RMRS在连通井作业中, 测量数据是可靠的。

摘要：在山西煤层气开发中, 连通井组的施工方式成为煤层气开发有力措施, 而RMRS在连通井中的使用也越来越广泛。通过RMRS精确定位技术, 为延6-4-28UP井组连通作业提供了有力保障, 提高了施工效率, 缩短了全井组的建井时间, 提高了经济效益。同时也为今后该区块RMRS同类井施工提供了宝贵经验。

关键词：RMRS,连通井,煤层气开发,水平井对接