岚M1_1煤层气多分支水平井充气钻井技术

:1000-7393(2006)01-0015-04M1-1*龚志敏段乃中(华北石油管理局钻井二公司,河北任丘062552)摘要:为开采煤层气提高煤气产量,设计钻探了岚M1-1煤层气多分支水平井,该井煤层气储量大,埋深在900m处左右。钻进时,先钻一口直井并在煤层段造洞穴,在距200m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10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。直井和水平井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500m处打悬塞,直井洞穴上部悬挂127mm割孔尾管进行完井。结果为,总进尺7993m,生产时效100%,全井组平均机械转速8.69m/h,锻铣造洞穴成功率100%,水平井与洞穴直井一次连通,悬空侧钻分支一次成功率100%,电测一次成功率100%,完井一次成功率100%。结果表明,岚M1-1多分支水平井工艺技术先进,10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:TE243;TE242.6:A煤层气的开发是21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110-3m2时,其水平井的产气量比垂直井的产气量可提高3~10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M1-1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5043m的成果。1岚M1-1井位于山西省岚县东南方向400m,构造位置为宁武盆地南部斜坡带上,钻探目的层为二叠石炭系9#煤层,钻探目的为二叠石炭系的山西组、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岚M1-1直(洞穴)井的设计:一开311.15mm钻头70m,244.5mm表层套管65m,水泥返至地面;二开215.9mm钻头960m,177.8mm技术套管958m。岚M1-1多分支水平井直井眼和分支井眼设计:一开311.15mm钻头70m,244.5mm表层套管65m,水泥返至地面;二开215.9mm钻头980m,177.8mm技术套管975m(煤层顶界深度,井斜角85~90,垂深890m),水泥返至3#煤顶400m;三开152.4mm钻头井深2100m(及10分支)裸眼完井。10个分支水平井段进尺6137m,直(洞穴)井井深950m,多分支水平井主井眼井深2000m,总进尺8500m。第28卷第1期石油钻采工艺Vo.l28No.12006年2月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYFeb.2006*:名称煤层气钻井完井技术研究,编号:051101K。:龚志敏,1957年生。1986年毕业于大庆石油学院,现从事技术与装备管理工作,公司副经理。电话:[phone],E-mai:[e-mail]。33.12台钻机地面井口距离是200m,由ZJ20K钻机和ZJ30B钻机完成直(洞穴)井和多分支水平井的作业。配有250t顶部驱动装置和沃尔沃发电机组;循环系统由1台3NB-1000泵和1台3NB-1300泵组成;钻井液达到4级净化处理;井控装置有1台FZ35-14防喷器和1台2FZ35-35防喷器;多分支水平井配有Grant旋转防喷器(静压6.7MPa、动压1.76MPa)和1.2m液气分离器装置;欠平衡钻井设备由4台EnricS-10/250-B空气压缩机和充气管汇组成。3.2M1-1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2005年7月30日1000第1次开钻,311.15mm钻头钻至井深62m(见基岩30m完钻),244.5mm套管下至井深59.85m,固井水泥返至地面。2005年8月2日1700采用215.9mm钻头进行第2次开钻,2005年8月14日2300钻至井深950m完钻,钻井周期15d,平均机械钻速3.75m/h。177.8mm套管下至井深946.5m,玻璃钢套管下入井段875.31~883.64m,2005年8月18日1100测声幅完,固井质量合格。2005年8月22日1200采用152.4mm钻头钻至人工井底944m试压合格完井。8月28日000造穴完,造穴井段878~883m,洞穴直径大于500mm。2005年10月14日下127mm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2005年8月21日2100第1次开钻,311.15mm钻头钻至井深53m,244.5mm套管下至井深51.44m,固井水泥返至地面。2005年8月24日1800采用215.9mm钻头进行第2次开钻,2005年9月3日1830钻至712m造斜点位置。2005年9月13日1420钻至井深951m二开中完。177.8mm套管下至井深949m。2005年9月18日1800采用152.4mm钻头进行第3次开钻,2005年9月20日304水平井与直井连通。井深1009.67m,垂深879.5m,水平位移201.81m。2005年9月25日1500主井眼钻完(951~2000m)。2005年9月26日1330开始钻进10个分支井,2005年10月10日1100完钻。钻井周期49.58d。平均机械钻速8.07m/h。3.2.3其它主要技术指标(1)总进尺7993m;(2)设备使用运转率达到100%;(3)生产时效100%;(4)纯钻时效48%;(5)全井组平均机械钻速8.69m/h;(6)锻铣造洞穴成功率100%;(7)水平井与洞穴直井一次连通率100%;(8)悬空侧钻造分支一次成功率100%;(9)煤层钻遇率大于95.19%;(10)井下事故时效0%,复杂时效0%;(11)电测一次成功率100%;(12)固井质量合格率100%;(13)127mm尾管作业一次成功100%。3.33.3.1二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50~60m时,在直(洞穴)井气举掏空450m,下入强磁接收仪,入洞穴0.5m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:152.4mm钻头(HA517G,103)+125mm强磁距离测量仪0.39m+120mm马达(1.5)+120mm无磁钻铤2.91m+120mm无线随钻测量工具+120mm无磁钻铤+120mm浮阀+89mm加重钻杆21根+89mm钻杆。复合导向钻进至预计距洞穴4m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1009.67m,垂深879.5m,井斜92.25,闭合方位252.6,水平位移201.81m(两井地面相距199.06m)。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885m,闭合位移15.89m,闭合方位177.31,考虑直井井底位移向反向发生15.89m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712m。(2)井段712~951m,进尺239m井段完成了0~83的造斜。下入可调试单弯螺杆(1.76),钻进16石油钻采工艺2006年2月(第28卷)第1期参数:钻压20~80kN,转速DN+25r/min,排量30L/s,泵压9MPa,由于山西组砂泥岩可钻性较差,机械钻速只有1.33m/h,钻头偏磨严重,钻至813m造斜率只有28~35()/100m,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80~100kN,造斜率为47()/100m左右,基本满足了施工要求。(3)三开152.4mm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:152.4mmHA517G钻头(103)+120mm马达(1.5)+120mm无磁钻铤2.91m+120mm无线随钻测量工具+120mm无磁钻铤+120mm浮阀+89mm加重钻杆5柱+89mm钻杆15柱+89mm加重钻杆8柱+89mm钻杆。钻井参数:钻压20~40kN,转速DN(螺杆)+30r/min,排量15~16L/s,泵压12~15MPa。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1434m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PDC钻头并加入减阻器,钻具结构为:152.4mmM1653MSS钻头(W12,W12,W13)+120mm马达(1.5)+120mm无磁钻铤2.91m+120mm无线随钻测量工具+120mm无磁钻铤+120mm浮阀+89mm加重钻杆2柱+2.57m减阻器+2.55m减震器+89mm加重钻杆3柱+89mm钻杆30柱+89mm加重钻杆8柱+89mm钻杆。自1434m下入了一只M1653MSSPDC钻头,钻完主井眼和10个分支井眼,累计进尺5609m,平均机械钻速25.47m/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,将工具面摆至左150或右150,保持工具面不变,开泵慢慢上提下放钻具6~8m,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1~2m控制钻速为1m/h,3~4m控制钻速为2m/h,5~7m控制钻速为3m/h,8~12m控制钻速为4m/h,然后正常速度钻进。钻进参数为:钻压0~50kN,排量15L/s,转速DN+35r/min。3.4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1.08g/cm3。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10个分支井累计进尺6000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。钻进过程中每打完一柱泵入1m3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1.08g/cm3,黏度42s,失水5mL,含砂0.1%。4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M1-1井多分支充气钻井示意图17龚志敏等:岚M1-1煤层气多分支水平井充气钻井技术三开水平主井眼与直井洞穴连通后,关直(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