煤层气多分支井身结构设计模型研究

煤层裂缝系统由众多不同类型的裂纹组成,原始裂纹与应力变化产生的新裂纹形成网状结构。煤层气多分支井增产机理在于实现广域面的效应,可以大范围地沟通煤层裂隙系统,扩大煤层降压范围,降低煤层水排出时的摩阻,大幅度提高单井产量和采收率。根据流体管路串联和并联原理,建立了层流和紊流条件下的分支井眼长度与直径的约束方程,推导出多分支井身结构协调方程,建立了多分支井身结构设计的理论基础。根据不同的煤层地质条件,设计出2类紊流型和3类层流型的多分支井身结构模型,可用于煤层气田多分支井优化设计。     

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。     

南海流花超大位移井井身结构设计方法

超大位移井井身结构复杂,为合理设计其井身结构,从垂直井井身结构设计的压力平衡原理出发,针对大斜度井段垂深变化小且裸眼井段很长、大斜度裸眼井段最容易在测深最大处被压裂的特点,通过计算钻井液的当量循环密度,研究了超大位移井大斜度裸眼井段的地层压力、破裂压力和环空压耗之间的关系,得出套管最大下深及允许最大环空压耗的计算公式。研究结果表明,在一定的地质条件下,超大位移井井身结构设计的重要可控因素是环空压耗。采用文中推导的公式分析一个超大位移井井身结构设计及当量循环密度监控的案例,验证了该公式的正确性,为大位移井的井身结构设计提供了理论依据。     

煤层气水平分支井轨迹设计新方法

煤层气水平分支井技术已成为科学、高效开发煤层气资源的重要手段,而轨迹设计作为该技术的关键组成部分,直接影响到后期的钻完井作业的成败以及煤层气开发效果。煤层气水平分支井轨迹设计涉及多约束条件下的三维轨迹设计问题,目前国内对这方面的研究虽取得了一定的进展,但仍有待于发展和完善。为此,基于空间圆弧轨道理论,建立了一套适合煤层气水平分支井的三维轨迹设计模型,应用矢量分析理论求得了约束变量间的解析表达式,并提出了配套的轨迹设计计算流程,可以在分支爬高高度和现场工具造斜率约束下,准确、快速地设计出合理的煤层气水平分支井井眼轨迹。根据以上模型,采用现代可视化编程技术开发了煤层气水平分支井井眼轨迹设计软件和井眼轨迹三维可视化软件,并完成了一口双分支煤层气水平井的设计。     

煤层气分支井轨迹控制技术

煤层气分支井轨迹控制技术包括钻分支井眼、地质导向等技术,是一项技术性强、施工难度高的系统工程。煤层气分支井钻井作业的难点主要有:煤层的稳定性差,易发生坍塌、卡钻等故障;煤层厚度只有3~4 m,个别地区会更薄,井眼轨迹控制难度大;水平段摩阻、扭矩大,加压困难,钻具易失效;工艺复杂,配套成本高。通过优化施工轨道设计,完善施工方案,可以实现轨迹圆滑、安全钻进。中国石化中原石油工程有限公司自2004年开始施工煤层气分支井,屡破中国石化钻井分支纪录,分支最多的一口井是1个主井眼23个分支。     

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。      

煤层气压裂直井与多分支井经济评价对比研究

压裂直井和多分支井是目前煤层气增产所采用的主要井型。基于这两种井型,采用净现值法对不同渗透率和不同厚度储层进行了经济评价研究,比较了两种井型在不同条件下的开发技术经济潜力。计算结果表明:多分支井在单井产量方面具有巨大的优势,在经济效益方面,仅在渗透率较低、厚度较薄的储层中优于压裂直井。因此,压裂直井在今后一段时间内仍将是煤层气开发的主力井型,多分支井可以作为压裂直井在特低渗透薄层中的重要补充。     

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。     

高平1井井眼轨道与井身结构设计

高平1井是胜利油田部署的一口大位移水平井探井,主要目的是利用水平井技术钻探平面3 km范围内不整合面下的多套目的层,具有垂深浅、水平段长的特点。合理的井身结构、轨道优化设计和摩阻分析是保证该井顺利施工的重要技术措施。在分析摩阻、扭矩的基础上,进一步分析了该井轨道设计中的造斜率、造斜点和靶前位移,确定了剖面类型及延长技术套管的井身结构,设计结果在现场进行了工程应用,应用效果良好,达到了设计目的。      

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。     

多分支井开采X煤田2区煤层气数值模拟研究

煤层气的特殊性决定了开发方式不能等同于常规天然气,20世纪90年代后期发展起来的多分支井技术,以其独有的特点成为高效开发煤层资源的有效手段。研究选用CMG软件中的GEM模拟器对多分支水平井开发煤层气合理分支间距、煤层渗透率、煤层含气量以及煤层厚度等参数对开发效果的影响等进行模拟预测。结果表明,多分支井分支间距是影响开采效果的关键因素,间距增加产气量增加,增加幅度会逐渐变小,研究区合理分支间距为200m左右。煤层气渗透率是产气量的主控因素,与产气峰值、累计产气量都呈正相关关系。煤层含气量及煤层厚度对产气量均产生较大影响,都与单井产气量成正比。不同井型进行生产预测时,多分支井比U型井的采收率提高3.8%,在单井产量和生产时间上都表现出明显的优势。     

鱼骨型分支井井眼轨迹设计方法

稠油黏度大，向井流动困难，目前多使用蒸汽驱的方法进行开采，而鱼骨型分支井能显著增加油层裸露面积，扩大蒸汽驱波及范围，提高采收率。为此，提出了鱼骨型分支井井眼轨迹设计的思路和步骤，以及鱼骨型分支井的实施工艺和开采方式，建立了鱼骨型分支井井眼轨迹设计的数学模型。采用该模型设计了一口四分支鱼骨型分支井，结果表明所建立的鱼骨型分支井的数学模型符合低渗气藏和稠油油藏开发的需要，兼顾了鱼骨型分支井钻井、完井工艺的要求，在该类型井井眼轨迹设计中具有重要作用。     

西湖1井井身结构优化设计研究

西湖1井是在南缘地区西湖背斜上布置的一口风险探井,钻探西湖1井能够深入认识西湖背斜地层,加快南缘山前冲断带下部成藏的油气勘探步伐.但是,受到山前构造应力影响,钻井工程施工困难、钻井成功率低、钻井速度慢、钻井成本高,影响南缘地区勘探进程.针对该井地质特点,对地层压力系统、构造应力引起的井壁失稳、地层岩盐蠕变、岩石理化特性进行了分析,同时对邻井井下复杂和事故等情况进行了研究,得出了3个必封点和1个风险点,以此为基础进行了井身结构设计,优化了套管程序.实钻分析表明,优化后的井身结构能够大幅度降低复杂事故时效、提高钻井速度.西湖1井在钻井工程上取得成功,为该区块后续钻井设计和施工提供了宝贵经验和技术参考.     

南海西江大位移井井身结构与套管柱设计研究

井身结构与套管柱设计对于大位移井钻进是非常重要的。阐述了在大位移井井身结构设计和套管柱设计的过程中所考虑的各种因素,以及在南海西江大位移井工程施工中所采取的具体措施。介绍了XJ24-1油田的工程地质数据,阐明了井身结构设计中采用的主要原理及在工程实践中采用的井身结构,利用自主开发的大位移井套管载荷分析及强度设计软件,给出了南海新建大位移井套管柱结构方案的设计结果,该软件在西江大位移井工程中得到成功应用。     

煤层气多分支水平井分支结构参数优化

多分支水平井是一项高效的煤层气开采技术,选择合适的分支结构参数对于获取理想产气量至关重要。利用数值模拟方法,在分析布井方位、分支数目、分支长度及分支角度对产气量影响的基础上,对煤层气多分支水平井布井方位及结构参数进行了优化研究。结果表明,分支数目和分支角度不是越大越好,均存在一个极限值,该值可通过钻井、完井成本来确定。在渗透率各向同性与各向异性的储层中,分支角度对多分支水平井产气量的影响有所不同。当渗透率各向同性时,将分支角度设计为45°～60°;当渗透率各向异性时,将分支角度设计为45°左右,多分支水平井均能获得比较理想的产气量。部署分支井方位时要尽量使各分支呈均匀的发散状,当渗透率各向异性程度较严重时,尽量使井筒与主渗透率方向成一定的夹角。     

气田水回注井井身结构完整性评价方法初探

气田水回注井井身结构的完整性是影响气田水回注安全风险的重要工艺因素。通过井身结构的完整性评价,可预先避免气田水向其他地层渗漏或者返出地表,引发环境污染或者影响邻井生产的安全环保事故发生。文章从回注井固井质量、套管结构、腐蚀状况及剩余强度等几个方面,探讨了回注井井身结构完整性的评价方法,为回注井的选井以及新钻回注井井身结构要求提供参考。利用这种评价方法,对川东气田回注井井身结构完 整性进行了评价,并基于这些评价结果,加强了对可能存在挤毁风险井段的腐蚀状况检测,加强了对这些井段的防腐措施,并采取封隔环空加保护液、套管补强等措施,预防套管发生挤毁。实践表明,这些措施对维护回注井井身结构的完整性起到了很好的作用。     

新疆油田LuHW301Z双分支水平井钻井技术

分支井技术是提高采收率及油气开采经济效益的有效技术手段.新疆油田应用自主研发的分支井钻井完井工具,在陆梁油田成功钻成了TAML 4级难度的LuHW301Z双分支水平井.以该分支井钻井完井工具和LuHW301Z井为例,介绍了TAML 4级分支井钻井、完井的技术关键,分支井设计及施工的关键技术环节,为今后国内油田实施和推广TAML 4级分支井技术提供了借鉴,积累了经验.     

渤海油田科学探索井井身结构优化设计

要实现科学、优质、经济、安全的钻井作业,取得预期的钻探目的和经济效益,一个重要的前提就是要有合理的井身结构。科学探索井设计井深5355m,是渤海湾目前为止最深的一口预探井,同时也是一口高温高压井,该井的钻探对今后渤海湾向深层进军具有重要的指导意义。通过分析该井地震层速度及周边已钻井的钻井、测井等资料,得出了该井的3个地层压力剖面：通过收集处理邻近油田已钻井起下钻等数据,给出了该井进行井身结构设计时所需的6个井身结构系数：并以此为基础,结合周围区块已钻井在钻井过程中出现的复杂情况,以确保钻井成功率为首选目标,设计了合理的井身结构．优化了套管层次．进一步减少了钻井过程中复杂情况的发生。     

煤层气水平羽状分支井的综合录井

利用水平羽状分支井来开发利用煤层气，是一项新的钻探技术，它有别水平钻井,有其独特性。在录井过程中既存在常规煤层气井的共性问题，又有在分支钻进过程中确保井眼轨迹符合设计要求的问题，同时还存在样品气基值不稳定的问题。如何确保地质录井取得完整资料，顺利解决上述问题，是录井技术人具面临的崭新课题。介绍了煤层气水平羽状分支井的基本录井方法，并针对施工过程中存在的问题，寻找出有效的解决办法．为应对新的钻探技术下的录井难题提供借借鉴。