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论文1
定向钻井技术在韩城煤层气井中的应用
王海涛袁东翔刘德发马秀民张幕文
(河北省煤田地质局第四地质队河北省宣化区075100)
(第一作者简介:
王海涛(1988.8-)河北省张家口市人,助理工程师,研究方向为煤田地质勘探。
)
摘要:
韩城煤层气开发区位于鄂尔多斯稳定地块东南缘,本区构造简单,断层稀少,煤层气资源丰富,含气饱和º较好,是理想的靶区。
为了提高该地区煤层气的勘探开发速º,加快煤层气的产业化步伐,中石油煤层气有限责任公司决定在该区域进行煤层气井定向开采。
定向钻井是从不同地层方向进行施工,全方位的对靶区进行钻探,大规模的对储层进行开采,被广泛用于煤层气的钻采中。
定向钻井工艺与常规钻井相比有着很大的差别,为了成功在韩城地区应用定向钻井技术,本文阐述了定向钻井的设备选用方法,根据地层情况如何进行定向钻井,最后分析了在定向钻井过程中的复杂情况和注意事项。
通过这次定向钻井工艺的合理设计与施工,使该项技术在韩城地区得以成功的应用。
关键词:
韩城地层概况设备选用方法定向钻井工艺复杂情况和注意事项
ThedefinitedirectionartesianwelltechniqueannoystheapplicationinthewellinHanCheng'scoalseam
Likuiguangliudefazhangmuwenwanghaitao
Abstract:
HanChengcoalseamspiritdevelopmentthenicheisattheEErmanySistabilitygroundpiecesoutheastgoodluck,thisareastructureissimple,break1Fscarcity,coalseamspiritresourcesabundant,containtoannoyasaturationdegreebetter,isanidealBaarea.Forraisinginvestigatingoftheregion'scoalseamspirittoexploretodevelopspeed,speedtheindustryofcoalseamspirittoturnastep,winpetroleumcoalseamspiritthelimitedliabilitycompanydecidetocarryonthecoalseamspiritwelldefinitedirectiontomineinthedistrict.Thedefinitedirectionartesianwelliscarryingonaconstructionfromthedifferentgeologicstratadirectionandall-directionslycarryingondrillingtotheBaareaandlarge-scalelycarryingonminingtowardskeepingalayer,beingextensivelyusedfordrillingofcoalseamspirittoadopt.ThedefinitedirectionartesianwellcraftcompareswithnormalregulationsartesianwelltohaveverybigdifferenceandappliesadefinitedirectionartesianwelltechniqueatHanChengregionforthesakeofthesuccess,thistextelaboratedtheequipmentschoiceofdefinitedirectionartesianwellmethod,accordingtogeologicstratacircumstancehowcarryondefinitedirectionartesianwell,finallyanalyzedinthedefinitedirectionartesianwellcomplicatedcircumstanceandregulationwithinprocess.ThereasonabledesignandconstructionthatpassesthisdefinitedirectionartesianwellcraftmakesthetechniqueintheapplicationthatHanChengregioncansucceed.
Key:
HanChenggeologicstratageneralsituationTheequipmentschoosesamethodDefinitedirectionartesianwellcraftComplicatedcircumstanceandregulation
一.工程概况
构造位置:
鄂尔多斯稳定地块东南缘
地理位置:
陕西省韩城市板桥乡峰源村,
井别:
开发井井型:
定向井
设计井深:
1080.90m;设计垂深:
995.21m;
井口坐标:
(X):
3929956.55(Y):
19437438.76
靶点坐标:
(X):
3929933(Y):
19437756
靶点垂深:
820.00m;靶区半径≤25m;磁偏角:
-4º;
地面海拔:
747.00m目的层:
太原组5#煤层
钻井目的:
建煤层气产能,获取目的煤层的埋深、厚º、煤层结构等参数
完钻层位:
奥陶系马家沟组
完钻原则:
钻穿太原组11#煤层,留足70m口袋完钻
完井方法:
套管完井
二.地层概况
本井位于韩城市境内,0-40m为第四系冲积层灰黄色粘土、亚粘土,粉砂质及钙质结核,40-280m为三叠系刘家沟组灰紫、灰红色中厚层状中粗粒砂岩及长石砂岩,下部夹紫杂色砾岩;280-460m为二叠系石千峰组上部为棕色细砂岩夹棕红色泥岩,下部为紫红色泥岩与浅灰色、灰绿色细砂岩呈等互层;460-710m为二叠系石盒子组黄绿、紫红、紫杂色粉砂岩、及中粒砂岩。
浅灰、灰白色中粗粒砂岩,底部砂岩有棱角状砾石;710-840m为二叠系山西组粗~细粒砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩组成,富含云母及菱铁矿结核,顶部具鲕状结构。
含煤3层,分别是2#、3#煤层,其中2#煤层不可采,3#煤层厚1.3m,与下伏整合接触;840-930m为二叠系太原组本组为主要含煤地层,岩性上部以灰、深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩,黑色煤(5#)为主;下部灰白色中、细、粉砂岩,薄层灰色灰岩与黑色煤(11#)组成,底部见浅灰色铝土质泥岩与本溪组分界;930-1000m为石炭系本溪组上部灰白色砂岩,灰黑色页岩,夹泥灰岩透镜体,下部灰色铝土岩;1000-1080m为奥陶系马家沟组灰岩,灰白色,灰黑色;岩石硬º达4-6级,可钻性4-9级。
三.钻井施工概况
本井采用φ311mm三牙轮钻头配用无固相钻井液钻进,在井深40.00m见基岩进入刘家沟组地层,钻至井深57.40m一开完,下入山东产表层套管5根,套管外径244.5mm,壁厚8.94mm,长圆扣,总长56.00m,下深57.20m,联入1.20m。
之后注入林州产G级水泥4.0t固井,水泥浆返至地面。
候凝两天后二开采用Φ215.9mm三牙轮钻头钻进,直井段:
57.40~145.00m;定向段:
145.00~414.00m;增斜段:
414.00~800.00m,稳斜段:
800.00~1080.00m,最大井斜34º,方位角108º,井底水平位移380.748m。
该井钻遇3#煤层,井深950.85~953.00m,厚2.15m。
钻遇5#煤层,井深965.70~970.80m,厚5.10m,钻遇11#煤层,井深997.90~1005.30m,厚7.40m。
之后按设计完钻,完钻井深1080.00m。
完钻后由华北石油局测井公司进行完钻电测,下入山东产生产套管102根,套管外径139.7mm,壁厚7.72mm,钢级N80,长圆扣,总长1074.86m,下深1075.81m,联入0.95m。
下管后进行固井作业:
注入林州产G级水泥11.0t进行固井,水泥浆平均密º1.63g/cm3。
候凝后测声幅完井,人工井底1059.70m,水泥返深596.00m,磁定位925.75~927.93m,按设计要求,套管接箍避开煤层,固井质量合格。
在现场监理的监督下进行了试压作业,生产套管试压20MPa,30min后压降为0Mpa,试压合格。
四.钻井设备
主要设备和器具配备表
名称
型号
名称
型号
钻机
GZ-2000
钻铤
φ159mm
井架
JJ65/29-A
钻杆
φ127mm
柴油机
12V-135
螺杆
C5LZ172*7.0D
12V-190
测斜仪
LHE1000
泥浆泵
NB1-350
振动筛
ZS4Z-280
五.定向钻井主要设备的选用
螺杆:
本井采用Ф165mm单弯螺杆,它的造斜能力是2º/100m。
它由旁通阀、防掉总成、螺杆钻具总成、万向轴总成和传动总成组成。
使用弯螺杆时必须加强对钻井液的管理,钻井液的固相含量必须予以限制,因为它会加速轴承、螺杆钻具的磨损而缩短螺杆钻具的使用寿命,在本井中固相含量控制在1%左右。
在螺杆入井前必须检查钻具扶正器的外径尺寸,螺杆钻具的拐点位置,拐点至螺杆钻具底端面的长º及螺杆钻具的直径,旁通阀上定位槽和弯壳体上定位槽是否在同一条线上(一个工具面内),并绘出草图做好记录。
接方钻杆后,下放螺杆钻具使旁通阀移至转盘面以下,开泵后逐渐加大流量直到旁通阀关闭,这时螺杆钻具应有明显的抖动。
上提钻具观察钻头是否转动,此时,旁通阀应处于关闭位置,钻井液不会从旁通阀流出。
停泵后注意观察旁通阀是否再次打开,应使钻井液从旁通阀孔排出。
下钻时要严格控制下放速º,防止损坏螺杆,如果速º过快还会使钻井液通过水眼进入螺杆使其转自反转,造成内部松扣。
开泵钻进时,先将螺杆提离孔底,待泵压稳定后方可钻进,同时严禁用螺杆扫孔。
扶正器:
本井采用Ф211mm扶正器×1.70m扶正器,它属三瓣螺旋扶正器,它的作用是增加下部钻具的刚性,达到稳定井斜和方位的目的。
稳斜钻具中,通过减少钻头与扶正器之间的距离,限制钻头受压变形的程º,达到稳斜的效果。
同时还有修正井眼的的作用,它下井前必须测量其外径,否则会严重影响稳斜效果。
无磁钻铤:
本井采用φ159mm无磁钻铤×7.59m。
在钻井过程中,钻具往往易被磁化,直接导致磁性测量仪器测量井眼轨迹数据失真。
所以只有采用无磁钻铤才能实现对磁性测量仪器的屏蔽,避免测量仪器测取参数时的失真,同时它还可以发挥普通钻铤的作用。
根据磁性单点仪器探棒的长º为3.2m,选用无磁钻铤的长º为7.59m。
定向钻井的设备是成功应用定向钻井技术的基础,正确的对该类设备进行使用是定向成功的关键,如果使用不当,会造成定向的失败,严重的可能会造成事故。
在使用中,应严格按照设备的操作规程,对定向设备有足够的认识,仔细检查每次钻进后钻具的使用情况,保证下次成功的定向。
六.定向钻井轨迹设定与施工工艺
在钻井施工过程中,通过采用合理的措施(包括下部钻具组合,操作参数及测控系统等)强制钻头沿着设计的井眼轨道破碎岩石的定向钻进过程就是井眼轨迹的控制。
本井采用长庆定向井软件进行轨迹设定,根据靶点位置和造斜点位置,选用了直-增-稳的井身结构。
其中在造斜点的选择上我们主要考虑地层的因素,钻进效率和井身狗腿º的变化,通过分析得知在140米往上的地层主要为第四系冲积层和三叠系中粗粒砂岩,地层不稳定易坍塌,易漏失,给定向工作带来困难同时影响钻进效率,若造斜点选的太深,则地层变硬,影响定向的效果同时狗腿º会增大,井身质量就会变差,给后期的下管工作造成隐患,容易造成事故。
所以经过岩屑录井得知,140m以下的地层以泥岩为主,较软同时地层稳定性较高,可以满足定向的需要。
本井采用单点定向法,此法只适用于造斜点较浅的情况,通常井深在1000m左右。
因为造斜点较深时,反扭角的大小很难控制,且定向时间长。
单点定向法的施工过程是先下入定向造斜钻具至造斜点位置,然后再单点测斜,测量造斜点的井斜角,井斜方位角和弯接头的工具面;在测斜照相的同时,在方钻杆和钻杆上做标记,并把井口钻杆的印痕投影到转盘面的外缘上,以此作为定向的基准点;调整工具面(调整后的工具面=设计井斜方位角=反扭角),锁住转盘、开泵钻进;每钻进2根单点测斜一次,根据测量的井斜角和井斜方位角及时修正反扭角的误差;当井斜达到20º以上时,起钻换增斜钻具,用转盘钻进。
每次接单根时,钻杆可能会转过一定的角º,此时应转动钻杆的打印位置至预定位置;如果需要调整的工具面较大(大于90º),调整后应活动钻具2-3次(停泵状态),以便释放钻具上的扭矩。
定向造斜时选用的钻具组合是:
Ф215.9mm钻头×0.25m+Ф165mm单弯螺杆×7.89m+φ159mm无磁×7.59m+φ159mm钻铤×32.89m+钻杆;
钻进参数:
钻压为5t,泵压设为5Mpa,流量为40L/s,转速为螺杆。
本井造斜段为145-414m,该段地层以二叠系泥岩为主,夹杂细砂岩,长石砂岩,可钻性为4—5级较软,适合定向。
螺杆在井内受到的地层阻力较小,反扭矩较小,可以朝着设计的方位钻进,全力增井斜的效果较好。
经过测斜得知在414m处的井斜为20º,造斜情况较好,所以在414m以下的井段为了节省螺杆消耗和满足中靶要求,选用了以扶正器代替螺杆进行增斜段钻进。
当井斜达到20º时,起钻换增斜钻具:
Ф215.9mm钻头×0.25m+Ф212mm扶正器×1.5m+φ159mm无磁×7.59m+φ159mm钻铤×103.3m+φ127mm钻杆;
钻进参数:
钻压在12-14t,转速80-100r/min,流量20L/s。
本井增斜段为414-800m,该段地层以二叠系浅灰、灰白色中砂岩,砂质泥岩为主,夹杂粉砂岩,炭质泥岩,岩石可钻性为6-8级,该段地层较硬,根据现阶段离靶点的位置得知,井斜只要增加到34º时,便可满足要求,所以选用了具有一定增斜效果的扶正器,扶正器只能增斜,不能扭方位,在使用中比螺杆消耗小。
同时选用扶正器作为增斜工具时,它的增斜效果使狗腿度慢慢变化,可以保证井身质量,为后期下管工作打下了基础。
在每钻进完5根后,使用磁性单点测斜仪进行井斜角和井斜方位角的测量,及时分析该钻具组合的造斜效果,该井在700米处井斜已达到了34º,但是方位角也有了一定程º的增加,根据本井段的地层情况和造斜规律得知,钻头会朝着地层的倾向方向钻进,使用扶正器时井斜角和方位角均会有一定程º的增加,所以在700-800m井段用螺杆进行了扭方位,将方位角比设计方位小10º,之后起钻更换稳斜钻具。
当井斜和方位角达到设计要求后,起钻更换稳斜钻具:
Ф215.9mm钻头×0.25m+430×410双母×0.43m+411×4A10接头×1.20m+Ф211mm扶正器×1.70m+φ159mm无磁×7.59m+φ159mm钻铤+φ127mm钻杆;
钻进参数:
钻压在12-14t,转速80-100r/min,流量20L/s。
本井段为800-1080m,该井段以二叠系泥岩、奥陶系灰岩为主,夹杂煤层、二叠系白色砂岩和黑色页岩,岩石可钻性为6-9级。
该段地层主要影响稳斜钻具的方位角,会使方位角增大,井斜由于受扶正器和前端的1.63m的接头影响不会增大。
由于之前进行了扭方位的工作,方位角进行了修正,所以在该井段稳斜时效果较好,当井深达到1080m时,井斜为34º,方位角为108º,距靶点8m,满足施工要求。
该类钻具组合扶正器是关键,所以下井前要对其外径进行测量。
在钻至900米时,井斜突然下降,随即提钻处理,提上的扶正器经过准确丈量,发现外径变小,原因是扶正器上的合金被磨掉,造成其强度下降,失去了稳斜的效果。
所以提钻更换扶正器。
各施工段下的钻进参数:
序号
施工段名称
钻压(t)
转速(r/min)
泵量(L/s)
泵压(Mpa)
1
造斜段
5
螺杆
40
5
2
增斜段
14-20t
80-100
20
2
3
稳斜段
12-14t
80-100
20
2
各段地层对井斜和方位角的影响:
井深(m)
地层
定向井段
地层对井斜的影响
地层对方位角的影响
145-414
二叠系泥岩
造斜段
地层可满足螺杆增斜的效果
螺杆造斜时方位角不受影响
414-800
二叠系浅灰、灰白色中砂岩,砂质泥岩
增斜段
地层可满足扶正器增斜效果
钻头会朝着地层的倾向钻进,方位角会增大
800-1080
二叠系泥岩、奥陶系灰岩
稳斜段
地层对井斜不产生影响
方位角受到地层影响会逐渐增大
经过合理的对该井进行定向设计和施工,完钻井底距靶点8m,满足甲方对靶区半径的要求25m之内,同时准确的钻遇3层主要可采煤层。
在施工中,首先根据定向设备的特点,严格按照操作规程进行使用,在各定向井段,根据岩屑录井的情况,准确的判断各地层的岩性;根据各钻进时的反应和测斜情况,准确的判断地层的软硬、可钻性以及地层的倾向,分析出地层对各定向井段的影响,合理的采用钻具组合,进行井斜和方位角的控制,最终钻至靶点。
七.泥浆的配置与使用
泥浆在定向钻进过程中是十分重要的,除了冷却钻头、携带岩粉、润滑钻具等作用外,还具有推动螺杆转动的作用,所以对于泥浆的处理是根据不同的定向井段进行处理的,在造斜段,主要是泥浆能够推动螺杆转动同时对螺杆的损害要最小、携带岩粉、防塌,所以
选用钠土、中粘CMC、聚丙烯晴铵盐、防塌润滑剂为主的泥浆材料,配置后的泥浆性能要满足粘º18~20S;pH值7~9;比重1.02~1.05;失水量10—20L/30min;含砂<1%,同时钻进时要保证至少两级除砂,振动筛除砂和旋流除砂器除砂。
在增斜和稳斜段,由于定向钻井时钻具与井壁的间隙较小,会影响进尺,同时若泥皮较厚还会因操作不当而粘钻,提钻时井内的阻力也较大,所以配置泥浆时主要是将重点放在防塌、润滑、低固相上,选用的泥浆材料是钠土,高粘CMC、防塌润滑剂、水解聚丙烯晴钠盐。
泥浆性能满足粘º25~35S;pH值7~9;比重1.10~1.25;失水量10—20L/30min;含砂<3%.在此井的泥浆配置中,我们尝试使用了聚丙烯晴钠盐来代替聚丙烯晴铵盐,水解聚丙烯腈-钠盐是以腈纶丝废丝为原料,经氢氧化钠水解而得,分子中含腈基、酰胺基及羧甲基等。
水解聚丙烯腈-钠盐为一种聚丙烯腈页岩抑制剂,有较强的降低钻井液的滤失量的作用,抗盐性能好,耐高温,使用范围广。
实践证明,聚丙烯晴钠盐的降失水效果与保持孔壁稳定性上要好的多。
八.定向井施工中复杂情况及注意事项
1.定向钻井中的复杂情况
造斜不成功:
可能的原因是地层太软,钻头水眼相对太小,在钻头产生侧向切削力,靠水力射流的冲蚀作用就已形成新眼;合理的做法就是更换大水眼,泵适当减少泵的流量。
钻具刚性太大,不能产生足够的侧向力,如马达上钻铤根数太多。
马达性能不好,可能的原因是马达不工作,马达本体太长,轴承处横向间隙太大,扶正器磨损严重等。
与邻井相碰:
在从式井中这种情况发生的几率很大,所以在设计时,尽量把碰井的几率减到最小;实际作业时,严格控制井眼轨迹。
卡钻:
定向井卡钻主要包括机械卡钻和压差卡钻:
其原因可能是井眼不干净,岩粉排不上来;在狗腿º大的情况下形成键槽;井壁坍塌,埋死钻具;大块的水泥块掉落,造成扶正器等处被卡。
压差卡钻的原因主要是,钻井液比重太大,固相含量高,失水大,泥饼厚等,入钻遇高孔隙º和高渗透性地层,将进一步加剧卡钻的形成。
所以从工艺上讲,为避免压差卡钻,必须保持良好的钻井液性能。
2.定向钻井中的注意事项
定向井施工,钻井液的含砂量要求控制在0.2%以下;定向井施工中,进行单点测斜时,应上下大幅º活动钻具,钻具静止时间间隔不超过3min,以防止卡钻。
定向井施工中形成键槽后应及时采取有效的措施破坏键槽,防止出现键槽卡钻。
九.效果总结
定向钻井技术是当今钻井市场中被广泛应用的技术,这次在韩城地区成功的运用定向钻井技术,主要是正确的使用了定向钻井设备,加强了对设备的维护和保养,为定向打下了良好的基础。
重要的是根据韩城当地的地层特点,合理的进行定向轨迹设定,及各定向井段的选择。
根据不同的定向井段,正确的选用定向钻井设备,优选钻进参数,合理的对钻具组合进行配置,加强对泥浆的管理,严格控制泥浆的固相含量,保证定向钻进的顺利进行,减少发生事故的几率。
该井完钻测井后,距靶点8m,钻遇了设计要求的三层可采煤层,狗腿º符合甲方要求,≤15º/25m,为今后的下管、固井工作打下了良好的基础。
为今后普及这项技术奠定了重要的技术基础。
七.参考文献
【1】韩志勇.定向井设计与计算.北京:
石油工业出版社,198
【2】李世忠.钻探工艺学,中册,钻孔冲洗与护壁堵漏.北京.地质出版社.1999
【3】陈庭根.钻井工程理论与技术.东营:
石油大学出版社.2000
【4】毛建华.王清江.MWD磁干扰的分析判断方法讨论.钻采工艺.2008,31(3)
【5】徐同台,崔茂荣,王允良.钻井工程井壁稳定新技术.北京:
石油工业出版社.1999
【6】王清江,毛建华,韩贵金,曾明昌.定向钻井技术.北京:
石油工业出版社.2009
【7】大港油田集团钻采工艺研究院.国内外钻井与采油设备新技术.北京:
中国石化司.2005
【8】唐大鹏,石江鹏.长裸眼大斜º多目标定向钻井技术.石油钻采工艺.2001,23(5):
12-14
【9】沈忠厚.现代钻井技术发展趋势.石油勘探与开发.2005,32
(1):
90-92
【10】祖峰.大斜º双靶定向井钻井技术.西部探矿工程.2003,81
(2):
74-75
【11】GrayK.EandArmstrongF.Two-DimensionalStudyofRockBreakageinDrag-BitDrillingataimosphericPressure,JPT,Jan.1962,P93-98
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