煤層氣井多煤層擴(kuò)孔篩管完井工藝

袁明進(jìn) 劉海蓉 韋 富 徐 騫

(中國(guó)石化集團(tuán)華東石油局工程技術(shù)設(shè)計(jì)研究院,江蘇 210000)

織金區(qū)塊位于貴州省西部,面積7302.06km2,含煤面積4648.55km2,含煤地層主要為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M,區(qū)塊內(nèi)發(fā)育2個(gè)相對(duì)完整的大型含煤向斜-黔西向斜和巖腳向斜。華東分公司2008年啟動(dòng)該區(qū)塊的勘探評(píng)價(jià)工作以來(lái),在優(yōu)選出巖腳向斜和黔西向斜的基礎(chǔ)上進(jìn)行了勘探部署,已實(shí)施了7口煤層氣參數(shù)井。其中,珠藏次向斜的織2井通過(guò)壓裂排采,最高日產(chǎn)氣量達(dá)2800m3,穩(wěn)產(chǎn)1000m3以上達(dá)200多天,取得了織金區(qū)塊的煤層氣勘探突破。

1 區(qū)塊煤層特點(diǎn)

織金區(qū)塊煤層多而薄,埋深較淺,分布在216～737m范圍內(nèi)。從構(gòu)造上來(lái)看,珠藏次向斜可采及局部可采煤層有 10層,分別為 6#、6-1#、7#、16#、17#、20#、21#、23#、27#及 30#。單煤層厚度大于0.5m的煤層累計(jì)厚度在3.41～25.95m,大部分大于15m;單層厚度大于1m的煤層的累計(jì)厚度在10m以上。從儲(chǔ)層特征來(lái)看,參數(shù)井取心煤層均呈現(xiàn)較好的碎裂煤特征,割理和裂隙系統(tǒng)發(fā)育較好,珠藏次向斜面割理密度統(tǒng)計(jì)達(dá)到19.9～35.8條/5cm;外生裂隙密度18.53條/5cm,無(wú)充填和部分充填的比例達(dá)93%;微裂隙密度可達(dá)5000～6000條/5cm,微裂縫寬0.1～0.6μm。且測(cè)試顯示處于低應(yīng)力狀態(tài),預(yù)示著較好的原始滲透性。

織2井20#、23#煤層擬合滲透率達(dá)6～8mD,進(jìn)一步證實(shí)該地區(qū)碎裂煤的煤體結(jié)構(gòu)、極好割理裂隙發(fā)育程度和低應(yīng)力狀態(tài),煤層具有較好的滲透性。

圖1 織試1井多煤層擴(kuò)孔篩管完井示意圖

2 完井方式的確定

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)煤層氣井基本采用直井/定向井+套管完井+壓裂排采的方式進(jìn)行生產(chǎn),織2井嘗試采取了2層煤合壓合采的方式進(jìn)行排采,并取得了成功,最高日產(chǎn)氣量達(dá)2800m3。為提高單井產(chǎn)量,擴(kuò)大縱向煤層資源動(dòng)用規(guī)模,探索工程工藝技術(shù)的適應(yīng)性,對(duì)織2井進(jìn)行了多煤層多段分壓合采試驗(yàn),完成2段,7層煤,共計(jì)6.8m的分壓合采,目前日產(chǎn)氣量已達(dá)650m3,并保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

后期部署實(shí)施的織4、織5井,也都獲得了較好的評(píng)價(jià)參數(shù),顯示該次級(jí)向斜具有有利的煤層氣地質(zhì)條件。因此,為進(jìn)一步探索工程工藝技術(shù)的適應(yīng)性,在織2井采用套管完井,分段壓裂,多煤層合采取得成功的基礎(chǔ)上,優(yōu)選有利目標(biāo)區(qū)部署織試1井 (圖1),采用多煤層擴(kuò)孔篩管完井工藝技術(shù)先導(dǎo)性試驗(yàn),以期單井在相對(duì)較低的成本下獲得較高的產(chǎn)量。

3 多煤層擴(kuò)孔工藝

3.1 擴(kuò)孔層位的選取

織金區(qū)塊已鉆井取心資料顯示該區(qū)塊煤層均以碎裂煤為主,其中只有6#煤層以粉煤為主,30#煤底板為灰?guī)r含水層,為保證工藝工程技術(shù)試驗(yàn)的成功,綜合考慮周邊鉆孔煤層發(fā)育情況 (厚度、穩(wěn)定性)、地層含水性以及周邊參數(shù)井實(shí)測(cè)含氣性情況、煤體結(jié)構(gòu)狀況及煤層電阻特征等,織試1井?dāng)U孔層位選取 30#、27#、23#、21#、20#、19#、18#、17#、16#、15-3#、15-1#、14#、10#、7#等煤層進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。

3.2 擴(kuò)孔工具

煤層氣井?dāng)U孔是指在煤層氣井鉆井完井后,下入專用工具擴(kuò)大目標(biāo)煤層段井徑至一定尺寸,此種工藝在煤層氣水平連通井中應(yīng)用較為廣泛。主要是排采直井在目標(biāo)煤層位置下入預(yù)定的玻璃鋼套管,固井完井后,下入擴(kuò)孔工具破壞煤層段的水泥環(huán)和玻璃鋼套管,擴(kuò)大煤層段井徑至設(shè)計(jì)尺寸,為水平連通做準(zhǔn)備?？椩?井為裸眼完井,完鉆后不需下套管固井,直接下擴(kuò)孔工具擴(kuò)大煤層段井徑,為排采提供更大面積的泄流通道。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外擴(kuò)孔工具的調(diào)研,目前比較常用的擴(kuò)孔工具主要是液壓式擴(kuò)孔工具。該擴(kuò)孔工具連接在鉆具底部,工具內(nèi)有一個(gè)活塞筒,活塞在水力或泥漿的泵壓作用下,向下?lián)纬鲋糜跀U(kuò)孔器體內(nèi)的兩個(gè)或三個(gè)翼片,根據(jù)泵壓的大小,翼片撐開(kāi)的角度不一樣。利用鉆具帶動(dòng)翼片旋轉(zhuǎn)刮削井壁達(dá)到擴(kuò)大井徑的目的。泵壓減除后,翼片在彈簧作用下收回體內(nèi)。

3.3 循環(huán)介質(zhì)

煤層本身由于孔隙裂隙割理比較發(fā)育,且煤儲(chǔ)層一般是低壓儲(chǔ)層,具有應(yīng)力敏感性,容易吸附外來(lái)大分子等特征,這就決定了煤層氣井采用裸眼完井,必須選擇低傷害或無(wú)傷害的鉆井循環(huán)介質(zhì)。目前,大多數(shù)煤層氣鉆井使用KCL清水溶液。織試1井采用3%KCL水溶液作為擴(kuò)孔循環(huán)介質(zhì)。同時(shí)根據(jù)煤層水呈堿性的特征,在加入 KCL之前,用NaOH或Na2CO3調(diào)整水的PH值到9～10,最大限度的保護(hù)好煤儲(chǔ)層。

3.4 擴(kuò)孔工藝

3.4.1 擴(kuò)孔方案

采用水力或液壓式擴(kuò)孔工具,從井深269.00m開(kāi)始擴(kuò)孔,主要對(duì)煤層進(jìn)行擴(kuò)孔,直至井深486.00m,擴(kuò)孔段擴(kuò)孔直徑不小于350mm。

3.4.2 鉆具組合

擴(kuò)孔鉆具組合為：導(dǎo)向鉆具/鉆頭+擴(kuò)孔器+SUB短接+鉆鋌+鉆桿。

導(dǎo)向鉆具或鉆頭的作用主要是用來(lái)引導(dǎo)擴(kuò)孔器。若使用鉆頭,應(yīng)使用略小于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鉆頭,以降低擴(kuò)孔過(guò)程中的額外扭矩;擴(kuò)孔器采用液壓式井下擴(kuò)孔器,該擴(kuò)孔器本體直徑為 5.75″(146.05mm),可將井眼直徑擴(kuò)至14″(355.6mm);SUB為變徑短接,主要是使鉆鋌與擴(kuò)孔器之間成功連接。

3.4.3 擴(kuò)孔作業(yè)

擴(kuò)孔作業(yè)前配制2%～3%KCl鹽水泥漿,然后組合擴(kuò)孔鉆具：PDC鉆頭 (未裝水眼)+擴(kuò)孔器+鉆鋌+鉆桿,下鉆至井底。用2%～3%KCl鹽水循環(huán)清洗井筒,并把所替換出的井筒內(nèi)的泥漿導(dǎo)入泥漿池。將鉆頭上提至井深269.00m,開(kāi)始擴(kuò)孔。根據(jù)所用工具類型和井下實(shí)際情況確定合理的鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量、扭矩等作業(yè)參數(shù),出現(xiàn)異常情況及時(shí)采取處理措施。對(duì)擴(kuò)孔返出的煤/巖屑進(jìn)行收集、標(biāo)記。擴(kuò)孔結(jié)束后,上提擴(kuò)孔鉆具組合,下入常規(guī)鉆具循環(huán)洗井,清理擴(kuò)孔煤屑。

4 完井管串

擴(kuò)孔施工作業(yè)完畢后采用井口懸掛完井管串的方式完井。管串結(jié)構(gòu) (由下至上)為：引鞋+篩管管串 (485～268m)+177.8mm×8.05mm×J55套管串+套管懸掛器。篩管直徑為177.8mm,孔型為圓孔,孔密為每米60孔,孔徑1/2″。完井管串下到預(yù)定位置后,井口接聯(lián)頂節(jié),開(kāi)泵循環(huán)洗井2周,采用清水作為循環(huán)介質(zhì)。

5 結(jié)論

織試1井于11月30日完井管串下至預(yù)定位置后順利完井,目前正在進(jìn)行排采。該井織金區(qū)塊第一口采用多煤層擴(kuò)孔篩管完井的煤層氣井,從工程工藝的角度來(lái)看,多煤層擴(kuò)孔篩管完井工藝不僅能夠滿足該區(qū)塊地質(zhì)要求,而且豐富了煤層氣井的勘探開(kāi)發(fā)手段。但從地質(zhì)的角度來(lái)看,該完井方式是否適應(yīng)該區(qū)塊的煤層特點(diǎn),還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。

[1] 孫建平.煤層氣井鉆井液特點(diǎn)的探討 [J].中國(guó)煤田地質(zhì),2003,15(4)：61～62,71.