煤层气仿树形水平井的探索与实践

多分支水平井是目前煤层气开发的主要井型之一,传统的煤层气多分支水平井主支、分支追求最大限度穿越煤层,其结果可能是煤层垮塌,进尺达不到设计要求,主支不可监测、不可重入、不可冲洗。为此,提出了"主支疏通、分支控面、脉支增产"的仿树形水平井设计理念,将多分支水平井的主支建在稳定的煤层顶板或底板上,分支由主支侧钻进入煤层,再从分支侧钻若干脉支。一个主支与若干分支以及每个分支上的若干脉支,构成了主支长期稳定并可监测和重入维护的仿树形多分支水平井。已在山西沁水盆地成功钻成了该类井型,试验井ZS1平-5H井主支全部在煤层顶板泥岩内,该井顺利完成1个主支、13个分支、26个脉支的钻进工作,总进尺12 288m,见煤后总进尺9 512m,纯煤进尺9 408m,实现了单井万米进尺无事故,并成功实现了主支洗井,为我国煤层气高效开发提供了一种新的井型。     

岚M1-1煤层气多分支水平井充气钻井技术

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900 m处左右。钻进时,先钻一口直井并在煤层段造洞穴,在距200 m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500 m处打悬塞,直井洞穴上部悬挂?127 mm割孔尾管进行完井。结果为,总进尺7993 m,生产时效100%,全井组平均机械转速8.69 m/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。     

煤层气多分支水平井钻井工艺研究

基于沁水盆地郑庄区块3#煤层的地质和力学特征,其适于采用多分支水平井钻井技术开发煤层气。但由于煤层较脆,且存在互相垂直的天然裂缝,钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故的发生,更严重的甚至会使井眼报废。郑1平-3H井是渤海钻探在沁水盆地郑庄区块的一口科学实验井,为解决煤层气多分支水平井钻井难题,首先将郑1平-3H井的排采直井"洞穴"置于稳定的煤层顶板上,与水平井主支实现硬穿针,从而根除排采洞穴垮塌和上下井眼错位的问题;其次使主井眼在煤层顶部延伸,钻主支时优化钻井液,解决井眼稳定和井眼重入问题,确保形成稳定的排水输灰通道。煤层气多分支水平井井眼轨迹控制技术、U型井联通技术及悬空侧钻技术的采用较好地解决了煤层气多分支水平井钻井的上述难题,具有重要实践意义。     

山西煤层气仿树形科学试验井顺利完井

正2016年8月8日,备受关注的山西煤层气仿树形科学试验井——沁试12平1-H井顺利完井。该井由中国石油渤海钻探工程公司30603钻井队承钻,完成多项国家级科学试验项目,创出单井进尺13 270 m、15个分支33个脉支、水平位移1 403.42 m等多项国内行业新纪录。沁试12平1-H井是在郑试1平-5H井的基础上进一步开展仿树形水平井现场试验的科学试验井,钻井工艺是在煤层顶板底部泥岩段钻探主支,同时主支与近端洞穴及远端洞穴井连通,在主支上钻进分支,在分支上钻进脉支,形成仿树形水平井,利用仿树形水平井     

侧钻双分支水平井井眼轨迹控制

静31-59井是1口侧钻水平井,完钻井深2425 m,水平段垂深2131 m,悬挂器喇叭口位置2126.22 m。为充分挖潜老区产量,在静31-59井开窗侧钻双分支水平井。通过精心设计、组织与施工,静31-59FP井仅用15d纯钻时间成功钻完2个分支井段,累计裸眼长度768 m。该井由辽河油田工程院自行设计、施工,无经验可借鉴。静17块地层坚硬,钻进时加压困难,目的层薄,倾角变化明显,施工时轨迹控制难度很大。通过转盘钻进与滑动钻进相结合,控制钻进参数、调整轨迹,防止井眼轨迹忽起忽落,为完井创造了良好的条件,该井是国内第1口侧钻双分支水平井,为其它油田的侧钻双分支水平井成功实施提供了丰富的经验。     

煤层气多分支水平井井身结构优化

煤层气多分支水平井能有效增加控制面积,降低表皮因数,其井身结构优化对获得最经济有效的产能至关重要。为此,分析了煤层倾角、储层保护和井身结构对煤层气水平井产能的影响。采用数值模拟的方法,以沁水盆地南部某区块3#煤层为例,对多分支水平井的井身结构参数进行优化。优化结果表明:主支走向对产能影响较大,适宜的方向为垂直主渗透率方向;产能随着主支长度和分支长度的增加而增加,结合经济性和增产效果,主支长度宜控制在900~1 300 m之间,分支长度宜控制在250~400 m之间;分支间距和主分支夹角在一定程度上影响产能,分支间距宜控制在200~300 m之间,主支和分支夹角宜控制在36°~53°之间。研究结果可为煤层气多分支水平井的井身结构设计提供参考。     

煤层气分支水平井地质导向实践与认识

为满足低成本开发煤层气的需要,渤海钻探公司首次尝试采用综合录井与MWD结合实施煤层气羽状分支水平井钻探。通过分析煤层特点,优选导向参数组合,建立水平段地质导向工作流程,研究实践近钻头围岩识别与轨迹控制技术,保证了2口先导试验井的顺利完成。ZP02井MWD钻进井段见煤进尺3105 m,煤层钻遇率88.08%;ZP05井见煤进尺3169 m,煤层钻遇率89.40%。2口试验井的钻探成功表明应用综合录井与MWD结合实施煤层气羽状分支井钻探是切实可行的。     

CB3-1双分支水平井钻井实践与认识

CB3-1井是长庆钻井总公司在长北气田承担的第一口双分支水平井,每一个分支设计水平段为2000m,钻探目的层为山西组山2段。文章介绍了该井井身剖面优化设计、套管开窗及裸眼侧钻等新技术,提出井眼轨迹控制、长裸眼段施工的技术措施及分支井所面临窗口再入等关键技术。总结出煤层段钻进的技术要点及适合长北区块的双分支水平井钻井液体系,PBL循环接头、AgitatorSub等先进井下工具的应用确保水平段穿越在最有价值的产层中,CB3-1井的开发对提高该区块的产能具有重要的作用。     

WuM1-1羽状分支水平井充气钻井液技术

WuM1-1井由1口多分支水平井和1口采气的直井组成。该井斜井段短,井斜率在30°/100 m以上,主井眼和10个分支井段总进尺6182 m,98%以上在煤层中钻进,煤层脆、压实性较好,更易发生掉块。为满足钻井对井壁稳定性、润滑性、井眼净化以及煤层保护等的要求,采用钾铵基聚合物防塌钻井液进行充气欠平衡钻井,在钻进中保持钻井液有合适的粘度、切力,选用合适的注气压力和注气量以及当量钻井液密度;每钻完一个立柱坚持循环几分钟,上下划眼一次,并泵入CMC高粘钻井液,配合有效使用固控设备,尽量使井眼干净;复配使用粉末状固体润滑剂和液体润滑剂。该钻井液性能稳定,易于维护,悬浮携岩能力强,润滑性好,井眼畅通,保证了WuM1-1井安全、快速、优质施工。该井在煤层钻进中无阻卡现象,井壁稳定,没有出现井壁掉块或井垮现象,水平连通一次成功,10口分支井悬空侧钻一次成功,只用57 d即顺利完井,比该地区常规钻井快49倍。     

柳林地区多煤层多分支水平井斜井连通工艺

柳林位于鄂尔多斯盆地东缘,区内中煤阶煤层含有丰富的瓦斯气资源,但由于黄土垣地貌沟壑纵横,限制了常规多分支水平井的应用。为了提高煤层气钻井开发效率,创新采用了斜井连通工艺,实现了工程井和排采斜井井口间距10 m的小井场部署,并针对3+4号煤储层与5号煤储层压力相同、适合合采的地质特点,采用多煤层多分支水平井的钻完井技术同时开发3+4和5号煤层,完井下入塑料筛管。目前已经完成4口斜井连通的多煤层多分支水平井,4口井的日产气达到5万m3/d。多煤层多分支水平井钻完井技术成为鄂尔多斯东缘中煤阶煤层气高效开发的示范技术,经济和社会效益显著。     

韦5径向水平井钻井技术

江苏油田施工的第一口高压水射流超短半径水平井——韦5径向水平井创造了国内同类径向水平井单井眼长度最长(19.55m)、三个水平分支井眼总长度最长(41.93m)、钻井时问最短(11d21h)的3项国内纪录。从井位的选择、工程设计、套管锻铣及扩孔、水平段喷射钻进和钻井液技术等多方面详细介绍了径向水平井技术在韦5井的现场应用，并得出几点认识与结论。     

杏平1水平分支井钻井液技术

杏平1井为一口多分支（7分支）水平井。为了该井的顺利完成和对低压低渗透油层的保护，研究应用了低摩阻、低伤害无固相钻井液。现场应用证实，该体系有效控制了易塌层直罗组、富县组和煤层、炭质泥岩的井壁坍塌，在主水平井段钻完后静止浸泡达6d的情况下顺利下钻；钻井液性能稳定，API滤失量可控制在2mL以内，3.5MPa、60℃下的滤失量不大于20mL，对水基无固相钻井液滤失量的有效控制进行了一次成功的尝试；钻井液润滑系数为0．065-0．15，摩阻扭矩小，井壁稳定，为长水平井段多分支井的顺利钻进提供了安全保证，水平及分支井段平均机械钻速达到6．84m／h；该钻井液无初失水，滤饼渗透率低，pH值小于8．5，滤液对杏河区块长6油层岩心的伤害率小于20％，渗透率恢复值达到70％。     

煤层气开采定向羽状水平井井身结构优化

井的总长度相同,不同方式的主支、分支排列会得到不同的开采效果,一般说来,在同样区域范围内,呈对称、发散状均匀分布的多个主支比单一主支开采的效果要好.当主支和分支排列方式相同时,考虑分支间距的影响,若从哪种井网井距方案能获得最高平均日产量或总产量来衡量,存在最佳的分支间距.对纵向非均质韵律性地层,羽状水平井垂向上的位置会影响开采的效果.对正韵律地层井的垂向位置在整个煤层的下部效果更好,对反韵律地层井的垂向位置在上部效果更好.     

CB3-1双分支水平井钻井工艺

CB3-1 井是长庆钻井总公司在长北气田承担的第1 口双分支水平井,每个分支设计水平段为2000 m,钻探目的层为 山西组山２段。介绍了该井井身剖面优化设计、套管开窗及裸眼侧钻等新技术,针对表层大井眼井壁稳定性差、“双石层”易垮 塌、裸眼侧钻、气层深度不一、轨迹调整频繁、摩阻扭矩预测及分支井所面临窗口再入等一系列技术难题,制定了一整套合理的 技术措施。总结出煤层段钻进的技术要点及适合长北区块的双分支水平井钻井液体系,PBL 循环接头、Agitator Sub 等先进井 下工具的应用确保水平段穿越在最有价值的产层中。CB3-1 井的开发对提高该区块的产能具有重要作用。     

页岩气长水平段水平井钻完井关键技术

针对长水平段水平井钻完井依然存在井壁稳定风险，钻进过程中摩阻、扭矩高，下套管载荷不足等问题。采用井身设计结构、轨道剖面优化设计，轨迹控制中提高复合钻进比列，结合油基钻井液、固完井工具等技术应用，实现3500m长水段水平井钻完井施工。     

分支井钻井技术在新疆陆梁油田的试验和应用

分支井钻井技术作为水平井技术的延伸和发展,其在降低钻井成本、解决特殊油藏开采问题以及提高新老油田采收率方面产生的显著作用和经济效益已经得到普遍的认可。详细介绍了新疆克拉玛依油田第一口TAML4级完井的LUHW301Z双分支水平井分支井在主井眼钻进、主井眼完井、Φ244.5mm技套开窗、分支井眼钻进、完井、主副井眼完井作业时作业管柱的选择性重入等施工过程。     

杏平1鱼骨状水平分支井钻井试验

杏平1井是集团公司2006年在安塞油田部署的一口重点试验井，钻井中形成了7个鱼骨状水平分支，累计钻井总进尺5068m，主水平段长1206m，目的油层内水平钻进总进尺3503m，首次突破了水平段1200m的长庆钻井记录，水平位移与垂深之比达到了1：1，16，多项指标达到全国领先水平，实现了主水平井眼及鱼骨状分支井眼重入等多项新技术，钻井实验取得了圆满成功。     

煤层气羽状水平井井身结构优化设计

为了优质、快速、低成本地完成羽状水平井钻井作业,最大限度地提高羽状水平井单井产量,需要进行钻前井位优选及井身结构优化设计研究。结合沁水盆地南部地区地质特征,分析了影响羽状水平井单井产量的地质因素,指出了断层、陷落柱等破碎地层对煤层气开发和钻井工程的影响;同时,对羽状水平井的主要井身结构参数进行了数模优化,得到了2主支6分支井型的最优井身结构:主支夹角12~18°,主分支夹角39~50°,分支间距150m,水平段进尺4500~5000m。研究结果已在沁南煤层气开发中应用并取得较好的效果。     

煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术

为了解决煤层气多分支水平井分支井眼因重入困难、不能下入筛管、无法实现筛管完井的问题,研制了空心结构的筛管完井重入引导工具,优选了煤层气多分支水平井完井方式,给出了分支井眼重入筛管完井施工步骤,形成了煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术。该技术在沁试12平1井的现场试验结果表明,对比重入引导工具与钻进时MWD测得的井眼轨迹数据可判断是否重入成功,筛管能顺利通过筛管完井重入引导工具下至分支井眼,实现分支井眼筛管完井。研究结果表明,煤层气多分支水平井分支井眼重入筛管完井技术,解决了煤层气水平井分支井眼无法重入、不能实现筛管完井的问题。      

国内首口双主眼11分支鱼骨水平井边台-H3Z井顺利完井

2008年7月28日，国内首口双主眼11分支鱼骨水平井边台-H3Z井顺利完井。该井于2008年1月26日开钻，钻井周期171d，比预期提前45d，2个主眼的完钻井深分别为3248m和3110m。全井总进尺6658m。该井在2个水平主眼内钻成11个分支井眼。施工工艺为国内首创；产层水平段总进尺4885m。为全国第一；第2个主眼的第2分支单支进尺224m，是国内目前鱼骨水平井所有分支中最长的一个。