樊庄区块晋平2

1、樊庄区块晋平2-0-4井煤层气钻井实践晋平20-4井是沁水盆地南部晋城斜坡樊庄区块上的一口煤层气羽状水平井的 分支井。1关键技术的提出通过对晋平井组J P2一04井钻井现场实施概况进行分析，可以知道在煤层中实施羽状水平井钻井技术主要有以下2个方面的关键技术：井眼轨道控制技术晋平井组采用的是羽状水平井钻井技术，也就是通常所说的多分支水平井钻井技 术，再加上煤层可钻性好、钻速快、煤层单层厚度薄(5米左右)，因此如何在厚 度为5米左右的煤层中实施多分支水平井技术，井眼轨道控制难度相当大。洞穴穿越技术中央的环井(JP2-O)向洞穴井(JP24)如何完成洞穴的交汇，此技术目前在国内还 相当不成熟，在国外

2、被称为近钻头电磁测距技术(RMRs)，很多先进的石油公司 已经拥有，并提供服务。晋平井组正是运用了这个技术，其中的关键就是信号接 受和发送使用的仪器。2井眼轨道控制的技术难点井眼轨迹控制过程中遇到的问题突出表现在以下几个方面：实钻地质情况复杂多变，油层深度与设计变化较大，井眼轨迹需要随地质情 况变化进行调整。水平段油层深度在横向上变化不一，有从低部位到高部位的，也有从高部位 到低部位的，还有先从低部位到高部位再下降的。不同区块工具造斜能力和地层对井眼轨迹的影响不同。测量数据的相对滞后对地质导向和井眼轨迹的预测和调整带来困难。山西沁 水樊庄区块晋平井组煤层气羽状水平井在井眼轨迹控制中所表现的技术

3、难点主 要为：该井是一口在厚度为5米左右煤层中施工的、难度较大的多分支水平井，控制 难度大对井斜的控制提出了更高的技术要求。设计主水平井段长超过1000m，侧钻分支段超过500米，大段裸露煤层井段所 造成的钻具摩阻和扭矩增大，使得在水平段滑动钻进的定向工具的工具面控制难 度增大，钻速快难以控制，煤层又有易坍塌的特点，所以对井下安全也提出了更 高的要求。由中央环井向周围四个抽排井裸眼洞穴的对接，采用了信号发送和接收的原 理，对井眼轨道控制的技术要求非常高。3井眼轨道控制技术的实践应用煤层气多分支水平井定向控制的主要参数包括：井斜角、方位角、垂深。水平井 主井跟垂直段重点控制井斜，所以常用塔式钻具

4、组合，如果井斜较严重，应使用 钟摆钻具等纠斜钻具组合。主井眼造斜段一般使用“导向马达+MWD”的常用 定向钻具组合，施工过程中要确保工具的造斜率能够达到设计要求，使井眼轨迹 在煤层中顺利着陆。水平主井眼及分支一般采用“单弯螺杆钻具+LWD+减阻器” 的地质导向钻具组合钻进，通过连续滑动钻进的方式实现增斜、降斜；通过复合 钻进的方式稳斜，既达到了连续钻进的目的，又可随时根据需要调整井眼状态， 有效地提高了钻井速度和轨迹控制精度。为了很好地将井眼轨迹控制在煤层中， 采用地质导向技术进行井眼轨迹实时监测与控制。首先利用前期地震的资料建立 区块的地质模型，然后利用从LWD随钻监测到的储层伽马、电阻率参

5、数来修正 地质模型并调整井眼轨迹。另外，定向井工程师可以结合综合录井仪实时监测到 的钻时和泥浆返出的岩屑，判断钻头是否穿出煤层。晋平井组在主水平井眼及造分支段采用“无线MWD+泥浆动力马达”技术，利 用MWD发出的脉冲信号及时传输井下参数（方位、井斜，工具面、伽马值等）。 通过MWD随钻监测地层伽马值，判断钻头是否在煤层中钻进，从地面实时改变 工具面、钻井参数及钻进方式，确保在煤层中钻进。根据对羽状水平井井眼轨道 控制技术的分析，可知该技术在实际应用中的难度非常大。通过在山西沁水樊庄 区块晋平井组煤层气定向羽状水平井钻井的现场实践调研，该井组的晋平20 一4的设计采用如下的技术方案：1）上直段

6、上直段既要保证打直的同时，也要保 证钻井的速度，确保最低限度降低由于直井段控制不好而导致对接主水平井眼和 分支井眼轨迹控制造成的不良影响。现场具体实施如下：用牙轮钻头钻进，339. 7mm导管施工采用的钻具组合:0 444.5mm钻头+6 203mm 钻铤X3根由于鹅卵石的存在，在钻井过程中极易发生井斜，第一次开钻施工采用轻压吊打 的方法。钻具组合：0 311.15mm钻头+0 203珊无磁钻铤+0 203m钻铤X6根52.82m+0 127m 钻杆。钻井参数：钻压为50100kN、转速为74r/min、泵压为8MPa、排量为49 L/s。 第二次开钻采用钟摆钻具：0 215.9m钻头+6 1

7、59mm无磁钻铤+6 159mm钻铤x 1 根+6 159m钻铤X12根+6 127mm钻杆。钻井参数：钻压为50100kN、转速为74r/min、泵压为8MPa、排量为30 k/s。 该地区300400m地层倾角较大，井斜很难控制，该井在井深286m时，井斜达到 1.33o,为了保证井身质量，钻压采用4050kN吊打，钻至352m完钻，井眼最大 井斜控制在了 1.33 o以内。2)主水平井眼造斜段采用的导向钻井技术，即“无线MWD+泥浆动力马达”，通过MWD对井眼 轨迹进行监测。钻具组合：6 155.6mmD.D.I偏心旋转钻头+6 121mm低速可调泥浆马达(2. 38)+ 0 121mm

8、回压凡尔+6 121mm无磁导向短节+6 121mm无磁钻铤+6 121mm空隙 短节+6 121mm电池短节+6 96mm无磁加重钻秆+6 88.9mm钻杆。钻井参数：钻压为1O20kN、转速为滑动钻进、排量为16L/s、泵压为67MPa。 水平段采用PDC钻头(5喷嘴)和1. 83。的泥浆马达钻具，通过无线MWD随钻监测 地层伽马值，判断钻头是否在煤层中钻进，从地面实时控制改变工具面、钻井参 数及钻进方式，确保钻具在煤层中顺利钻进。钻具组合：6 155.6mm PDC钻头+6 121mm中速可调螺杆(1.83。)+6 121mm回压凡 尔+6 121mm无磁导向短节+6 121mm无磁钻铤

9、+6 121mm空隙短节+6 121mm电 池短节+6 96mm无磁加重钻杆+6 88.9mm钻杆。钻井参数：钻压根据实际情况而定，转速为滑动钻进/复合钻进30r/min，排量 为 16+18L/s，泵压 6 8.5MPa。2)主水平井眼穿越裸眼洞穴技术方案先往裸眼洞穴中填沙，再过裸眼洞穴在抽排并裸眼洞穴以下井段填沙子，将裸眼洞穴下部并眼封住，然后再进行穿越 洞穴施工，这样钻头通过裸眼洞穴时就不会因重力而进入下部井眼，就可以避免 发生复杂情况。也可实施打水泥塞将裸眼洞穴下部井眼封住的方案，但是相比而 言，填沙方案的费用会更低一些。利用信号发送和接收穿越洞穴将洞穴井放在水平段前端设计时将洞穴井放

10、在水平段前端，水平井眼穿越洞穴，提早有效解决了主水平井眼穿越洞穴的难题。3）分支井眼钻分支井眼需要进行侧钻，石油钻井中常用的侧钻技术有3种：打水泥塞进行 侧钻；使用可回收式裸眼封隔器/斜向器侧钻；悬空侧钻。煤层中的各个分支是在裸眼中侧钻完成的，裸眼侧钻是煤层气多分支井钻井中的 难点。由于煤层比较脆，所以煤层气多分支井的侧钻不同于油井的侧钻，具体的 侧钻工艺如下（见图）：图1：裸眼侧钻垂直剖面示意图（1）起钻至每一个分支的设计侧钻点上部，然后开始上提下放，将钻柱中的扭力 释放 后开始悬空侧钻。侧钻时采取连续滑动的方式，严格控制ROP30S参数（30s的平均机械钻速），新 井眼进尺的l2m内ROP

11、30S控制为0.81.2m / h，23m内控制为1.22.5m / h， 310m,内控制为3m / h，整个侧钻工序预计需要5个小时。侧钻时将工具面角摆到140150o，首先向左/右下方侧钻，形成了一条向 下倾斜的曲线，如上图所示。因为钻柱处于水平井眼的底部，而不是中心线部位， 140150o的工具面角能够让钻头稳定地和井眼接触，以防止振动引起煤层 的跨塌。（4）滑动侧钻至设计方位和井斜后开始复合钻进，钻进过程中要密切注意摩阻扭 矩的变化。钻完每一个分支后，至少循环一周，然后起钻至下个分支的侧钻点位 置。重复上述步骤，完成其余分支井眼的作业。山西沁水樊庄区块晋平井组煤层气定向羽状水平井钻井

12、同样采用悬空侧钻，采用 这种技术施工工艺较为简单，易于实现。实施中，通过调节泥浆马达的角度及交 替运用滑动钻进和复合钻进的方法来完成。侧钻钻具组合：0 155.6mm PDC钻头+6 121mm中速/低速可调泥浆马达(1.83o / 2.38o)+ 0 121mm回压凡尔+0 121mm无磁导向短节+0 121mm无磁钻铤+0 121空隙短节+0 121mm电池短节+0 96mm无磁加重钻杆/ 0 121mm螺旋钻铤+ 0 88.9mm钻杆(侧钻钻具组合根据钻进中所遇到的实际情况而改变)。钻井参数：钻压为3040Kn、转速为滑动钻进/复合钻进4050r/min、排量 为 16+18L/S,泵压

13、67MPa。由于各种事故的频繁出现，导致了 JP2-0-4羽状水平井井眼轨迹的多样性，轨 迹的俯视平面图如下：0*04D0 网* KO 0QO晋平井组的设计是中间打一口环接井(晋平2O),在环接井的周围钻四口洞穴井 (晋平21、晋平22、晋平2-3，晋平2-4)。如何从环接井顺利的与洞穴井交汇 是定向羽状水平井钻井中的一个关键技术。洞穴交汇的具体实施步骤如下：利用测井车在洞穴井中下入一个用电缆连接的电磁发射装置，该装置的作用 是发出一个忽强忽弱的电磁信号。在钻具上的MWD前面加上一个寻迹短节。当电磁发射装置发出信号时，寻迹短节接收到磁信号后将其转化为电信号传 送给MWD，由MWD向钻井液中发出脉冲信号。在钻台立管上接有脉冲信号探头，在地面把接收到的脉冲信号转变为电信号 并传入电脑。施