煤層氣可控水平井鉆完井方式優(yōu)化與應(yīng)用

【摘? 要】沁水盆地是我國煤層氣開發(fā)的主力地區(qū)，擁有眾多煤層氣勘探和開發(fā)公司。近年來，煤層氣水平井鉆完井技術(shù)在該地區(qū)大量推廣應(yīng)用，取得了很好的效果。本文通過優(yōu)化可控煤層氣水平井鉆完井方式，在華北油田煤層氣區(qū)塊推廣試驗(yàn)70余口，鉆井成功率100%，其中套管分段壓裂改造鉆井和壓裂總成本較裸眼多分支井降低45%，產(chǎn)量是裸眼多分支井的1.89倍，整體實(shí)現(xiàn)了煤層氣低成本高效開發(fā)的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】煤層氣;可控水平井;低成本;二開井身結(jié)構(gòu);半程固井

為了從根本上解決早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、無法疏通作業(yè)、無法增產(chǎn)改造等問題，提出了可控水平井設(shè)計(jì)理念，通過全通徑二開井身結(jié)構(gòu)、免鉆塞半程固井、穩(wěn)定井壁低傷害鉆井液體系、鉆井方式以及完井工藝的優(yōu)化完善，實(shí)現(xiàn)了“井眼可控、利于改造、快速高效、廣泛適應(yīng)”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)，該類井水平段無論上傾還是下傾均可下入無桿泵實(shí)現(xiàn)工程井直接排采，無須打排采洞穴井，大幅度節(jié)省了鉆井投資，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)水平井井組工廠化高效開發(fā)。煤層氣水平井技術(shù)集鉆井、完井和增產(chǎn)于一體，具有單井覆蓋面積大、開采速度快、采收率高、占地面積小等特點(diǎn)和優(yōu)勢，是開發(fā)低壓、低滲煤層的重要手段。

1煤層氣水平井鉆完井方式優(yōu)化

1.1設(shè)計(jì)理念

為了從根本上解決早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、無法疏通作業(yè)、無法增產(chǎn)改造等問題，提出了可控水平井設(shè)計(jì)理念，可控水平井是指水平段主井眼下入管串支撐，具備主井眼穩(wěn)定、可上傾下傾、可分段增產(chǎn)改造、可重入作業(yè)、可下泵排采等特點(diǎn)的一類水平井。其總體設(shè)計(jì)理念為：井眼可控、利于改造、快速高效、廣泛適應(yīng)。

該類水平井主井眼設(shè)計(jì)為套管完井，從根本上解決了早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、無法疏通作業(yè)、無法增產(chǎn)改造等問題。同時(shí)，該類井水平段無論上傾還是下傾均可下入無桿泵實(shí)現(xiàn)工程井直接排采，無須另打排采洞穴井，不僅大幅度節(jié)省了鉆井投資，而且有利于實(shí)現(xiàn)水平井井組工廠化高效開發(fā)。

1.2井型確定

裸眼多分支水平井大多是由1口工程井與1口排采井構(gòu)成的1個(gè)井組，工程井在煤層內(nèi)與排采井洞穴連通，并在煤層內(nèi)延伸至設(shè)計(jì)長度，在水平段兩側(cè)鉆若干分支，裸眼完井。煤層氣U型井亦由1口直井和1口或多口水平井組成的井組，一般由小尺寸的PE篩管或玻璃鋼篩管完井。這兩種井型都存在井眼易垮塌、易堵塞、無法疏通作業(yè)、無法增產(chǎn)改造等問題。

1.3井身結(jié)構(gòu)優(yōu)選

井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆井工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，它不但關(guān)系到鉆井工程的整體效益，而且還直接影響施工井的質(zhì)量和壽命。早期的裸眼多分支水平井及U型井均采用三開井身結(jié)構(gòu)，一開Φ244.5mm表層套管座入基巖，二開Φ177.8mm技術(shù)套管封固煤層以上地層，三開采用Φ152.3mm鉆頭煤層段鉆進(jìn)主井眼并逐段回退鉆各分支井眼，水平段裸眼完井。

可控水平井如果仍沿襲三開井身結(jié)構(gòu)，上部采用Φ177.8mm技術(shù)套管，水平段下入114.3mm管串，則存在水平段井眼通徑小，后期大排量大規(guī)模增產(chǎn)改造措施作業(yè)困難、下傾井無桿泵難以下入三開管串內(nèi)，影響排水產(chǎn)氣等問題。

根據(jù)前期大量直斜井鉆井資料分析認(rèn)為，沁水盆地鉆遇煤層上部地層均相對穩(wěn)定，不存在異常壓力系統(tǒng)，煤層埋深相對較淺，可控水平井可考慮優(yōu)選二開井身結(jié)構(gòu)。一開下入Φ244.5mm表層套管封固上部疏松層、漏失層和地表水層，二開直接鉆完煤層水平段下入Φ139.7mm完井管串，封固煤層以上斜直井段。二開井身結(jié)構(gòu)與三開井身結(jié)構(gòu)相比，具有鉆井周期短、節(jié)省費(fèi)用、全井眼通徑、利于分段增產(chǎn)改造、利于水平段下泵、上傾下傾均可、利于大規(guī)模井組開發(fā)等優(yōu)勢，具有廣泛的適應(yīng)性。

1.4二開井身結(jié)構(gòu)固井方式的選擇

由于煤層巖石力學(xué)強(qiáng)度低，煤層段固井水泥漿容易漏入煤層，水泥返高難以控制，常常造成固井質(zhì)量不合格。此外煤層與固井水泥力學(xué)強(qiáng)度差異大，即使固井質(zhì)量合格，也無法保證后期改造時(shí)能全部有效封隔。因此，對于二開井身結(jié)構(gòu)，選用半程固井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層上部固井，水平段不固井，固井水泥返高易控制，不污染煤層，篩管、套管井均適合。同時(shí)，針對煤層氣水平井開發(fā)特點(diǎn)，優(yōu)選并改進(jìn)了免鉆塞半程固井工具，固井完成后下入打撈工具一趟打撈，井眼通徑利于后期作業(yè)。對于半程固井的套管井，后期分段增產(chǎn)改造時(shí)，采用噴砂射孔工藝，依靠噴射射孔期間管外煤粉及細(xì)砂混合堆積、壓實(shí)形成段間封隔。

1.5魚骨狀可控水平井鉆進(jìn)方式選擇

前期裸眼多分支水平井鉆進(jìn)方式是先完成主支鉆井，然后采用逐段回退式側(cè)鉆各個(gè)分支井眼。這種鉆進(jìn)方式完鉆后，主井眼不再是一個(gè)光滑的井眼，因此無法下入完井管串。

1.6鉆井液體系優(yōu)選

由于煤層巖石力學(xué)強(qiáng)度低，割理裂隙較發(fā)育，在構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)煤層容易碎裂，因此，鉆井過程中井壁穩(wěn)定性差，常伴有井眼垮塌卡鉆等復(fù)雜事故。

通過優(yōu)選防漏防塌鉆井液類型，調(diào)整各材料配比、泥漿密度、粘度、失水等性能，優(yōu)選的鉆井液體系分兩種：①絨囊、聚膜等無固相可降解鉆井液體系;②低成本聚合物防濾失鉆井液體系。上述兩種鉆井液體系均能滿足井壁穩(wěn)定性和攜巖效果要求，確保二開鉆進(jìn)過程中各類巖層井壁穩(wěn)定，含水層不涌水、煤層段不漏失、不坍塌，實(shí)現(xiàn)二開安全快速鉆井，同時(shí)減少鉆井液損失，避免煤層深部污染。

1.7完井方式

篩管完井管串組合：引鞋+D139.7mm篩管串+免鉆塞半程固井工具（球座+封隔器+分級(jí)箍）+D139.7mm套管串。套管完井管串組合：引鞋+1根短篩管+D139.7mm套管串+免鉆塞半程固井工具（球座+封隔器+分級(jí)箍）+D139.7mm套管串?？煽厮骄疄榉侄卧霎a(chǎn)改造提供了可行條件，煤層滲透較差的地區(qū)，應(yīng)采用套管完井，之后逐段噴砂射孔壓裂改造，能夠大幅度提高單井產(chǎn)量，相對均勻的動(dòng)用儲(chǔ)量，提高資源采收率，使產(chǎn)量及效益最大化。煤層滲透性好的地區(qū)可考慮篩管完井，直接投產(chǎn)。

2現(xiàn)場應(yīng)用效果

目前，某油田在山西沁水盆地已實(shí)施了75口井可控水平井鉆井試驗(yàn)，其中單支可控水平井67口，魚骨狀可控水平井8口，鉆井成功率100%，鉆井周期大幅度縮短，鉆井費(fèi)用顯著降低。篩管完井的可控水平井目前已投產(chǎn)并解吸45口井，流壓在1MPa以下井單井平均日產(chǎn)氣量可達(dá)3527m3/d;套管分段改造井已投產(chǎn)并解吸井15口，流壓在1MPa以下井平均日產(chǎn)氣量達(dá)6051m3/d，生產(chǎn)效果顯著。

3結(jié)論

可控水平井從根本上解決了早期裸眼多分支水平井裸眼段井眼易垮塌、易堵塞、無法疏通作業(yè)、無法增產(chǎn)改造等難題。二開井身結(jié)構(gòu)可控水平井具有鉆井周期短、節(jié)省費(fèi)用、全井眼通徑、利于分段增產(chǎn)改造、利于水平段下泵、上傾下傾均可、利于大規(guī)模井組開發(fā)等技術(shù)優(yōu)勢，具有廣泛的適應(yīng)性。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)施證明，可控水平井鉆井、分段改造、無桿泵排水采氣均能夠成功實(shí)施，鉆井成功率100%，增產(chǎn)改造有效率100%。煤層氣可控水平井在山西、河北、內(nèi)蒙等地區(qū)的各類煤層均成功實(shí)施，為我國煤層氣的高效開發(fā)提供了一個(gè)新的技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

毛志新，男，漢，1979年出生，高級(jí)工程師，中國石油大學(xué)（北京）博士后，鉆井工程專業(yè)，主要從事石油天然氣工程鉆完井技術(shù)研究和服務(wù)，現(xiàn)任東營志程石油技術(shù)有限公司總經(jīng)理。

（作者單位：東營志程石油技術(shù)有限公司）