胡向志-大倾角地层煤层气钻井施工中的防斜工艺

收稿日期:2010-07-22
作者简介:胡向志(1963 ),男,北京人,高级工程师,长期从事石油及煤层气钻井施工管理工作,现任豫中地质勘察工程公司副总经理。

技术经验
大倾角地层煤层气钻井施工中的防斜工艺
胡向志
(河南豫中地质勘察工程公司,河南郑州 450053)
摘要:大倾角地层煤层气钻井施工中易发生井斜现象。

针对这一问题,在安徽省宿州市埇桥区芦岭井田 102区W LG 02煤层气井施工中,采用了石油钻井在大倾角地层中的钟摆、螺杆复合钻进的防斜工艺,达到了预期效果,保证了完井质量,取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词:钟摆、螺杆复合钻进;大倾角地层;煤层气钻井
中图分类号:P634.7 文献标识码:A 文章编号:1003-0506(2010)09-0048-03
Anti deviation Craft in Construction of Large Angle Strata
Coal bed G asW ell D rilling
H u X iangzh i
(H enan Yuzhong Geology Exp lora tion and Engineer i ng Co mp any,Zhengzhou 450003,Ch i na)
Abstrac t :H o l e dev iati on pheno m enons o ften appear i n the construction o f l arge ang l e strata coa l bed gas w e ll drilli ng .A i m m ing a t this prob l em,expe ri m en tal researches w ere carried out .The anti dev iati on craft of pendulu m and screw compound drilling m ethods were ap p lied i n t o field drilling construction on W LG 02coa l bed gas we ll i n 102district of L uli ng M i ne F ield i n Y ongq i ao F i e l d ,Suzhou C ity ,A nhui P rovince .A bove m ethods ach i eved t he desired results ,gua ranteed t he qua lity of the w ell com pleti on ,and got good econo m ic and soc i a l bene fits .
K eywords :pendulu m and scre w co m pound dr illi ng ;large ang l e stra ta ;coa l bed gas w e ll dr illi ng
淮北矿业(集团)有限责任公司芦岭煤矿!一井三用∀地面煤层气压裂井示范工程项目,是国家科技重大专项!大型油气田及煤层气开发∀之!两淮矿
区煤层群开采条件下煤层气抽采示范工程∀的研究内容,由淮北矿业(集团)有限责任公司和煤炭科学研究总院西安研究院强强联合,进行技术攻关。

河南豫中地质勘察工程公司通过招标取得了安徽芦岭井田 102区W LG02、W LG05两口煤层气生产井的钻井施工任务,先期施工W LG02井。

1 地层概况
该区构造位置属于徐宿弧形构造宿东向斜西南翼东南段,自老到新发育的地层依次有上古生界、下古生界、中生界和新生界,其中上古生界为主要含煤地层。

下古生界主要包括寒武系和奥陶系,为浅海
碳酸盐沉积,主要由深灰色、灰色隐晶 细晶质石灰岩组成。

地层厚1000~2000m 。

上古生界地层主要为石炭系、二叠系。

石炭中
统本溪组和石炭上统太原组,属典型的海陆交互相沉积,主要由暗色灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和薄煤层组成,沉积厚度120~180m 。

二叠下统山西组、下石盒子组和二叠上统上石盒子组为主要含煤地层,属陆相或过渡相沉积,主要由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成,沉积厚度大于1000m 。

新生界为新近系、第四系。

新近系为河流相、湖泊相碎屑岩沉积,地层厚度变化大,为0~2000m 。

第四系为河流相砾石、砂和黏土组成,厚度为50~200m 。

根据附近煤田地质孔的资料来看,该区块地层以泥岩为主,且软硬互层较多,岩层倾角为20#~25#、倾向N,在钻进施工过程中很容易造成钻孔的偏斜。

因此在施工中,为确保钻孔的垂直度,技术人员开展了专题研究,改进了钻进工艺,运用防斜工艺进行试验性施工,取得了较好的效果,保证了钻孔的垂直度。

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2 主要钻井技术要求
(1)钻井一开井径311 1mm,下入244 5mm 表层套管,封固至井口,封固良好。

二开井径215 9 mm,下入139 7mm技术套管,封固至煤层以上250m,封固良好。

(2)井身质量要求。

钻井施工作业及质量要求按Q/CUCB M0301 2002%煤层气钻井工程作业规程&及%钻井工程合同&要求执行,钻井工程质量必须达到Q/CUCB M0305 2004%煤层气钻井工程质量验收评级标准&中的优良级别。

井身质量要求见表1。

∋钻井过程中,每50m进行1次单点测斜,以控制井斜,单点测斜照片随原始资料上交保存。

(以转盘面为基准,校核钻具实长后确定钻井深度;每钻进100m校核钻具长度1次。

)全角变化率要求为连续3个测点的计算不超过表内值。

∗井斜计算以完钻电测连续测斜资料为准,测斜间距25m,特殊情况要加密,最后一测点距井底小于1m。

+测斜数据采用计算机进行处理,采用平均天顶角法或平均孔段法。

表1 井身质量要求
井段/ m 井斜/
(#)
水平位
移/m
全角变化率/
(#∃(25m)-1)
井径扩大率/%
一般地层煤层段
0~944,2 0,10,1 2<15<25
注:井身质量以完钻电测数据为准。

3 设备及机具配置
(1)设备配置。

钻塔为27mA型/75T;钻机为GZ 2600型;水泵为QZ NB350型,排量10~20L/s;动力配备:12V135/380H P、6135/150H P。

(2)机具配置。

钻具:127mm钻杆,159 mm钻铤,203mm钻铤。

工具:75T四轮大钩,三吊一卡等。

(3)防斜机具配置。

单点照相测斜仪;165 mm无磁钻铤;165mm螺杆;214mm扶正器。

4 钻井工艺
4 1 井身结构
钻井一开采用311 1mm钻头钻至完整基岩,下入244 5mm表层套管,封固至井口并候凝48 h。

二开采用215 9mm钻头钻至煤层以下50m 完井,下入139 7mm技术套管,封固至煤层以上250m[1]。

4 2 泥浆工艺
一开采用黏土浆,以防垮、防漏为主,密度、黏度范围不受限制,可根据现场实际情况进行调整。

在泥浆的调配中要适量加入部分降失水剂和稀释剂,以确保施工的顺利进行,指标:泥浆密度1 10~ 1 40g/c m3,黏度20~30s,失水量10~20mL,泥饼,2mm,p H值8~9,含砂量,4%;二开采用低固相,在确保安全钻进和井身质量的前提下用优质低固相钻井液进行钻进,指标:密度1 05g/c m3,黏度18~25s,失水量10~15m L,泥饼,2mm,p H值8 ~9,含砂量,2%,进入下石盒子组后采用清水钻进,钻井液密度不超过1 03g/c m3。

4 3 钻具使用
127mm钻杆接头加耐磨带,提高接头使用寿命,采用紧扣力矩,加强紧扣。

159mm钻铤采用紧扣方法防止扣磨损。

5 钻井防斜
5 1 一开防斜
由于该区第四系表土层较厚,因此钻孔在一开钻进段保持钻井的垂直度非常关键。

该孔一开钻进采用311 1mm牙轮钻头开孔,在选用钻具组合上,底部加入203mm的粗径加重钻具,以保持钻具在钻孔时的稳定性。

钻具组合为:311 1mm牙轮钻头+203mm钻铤(6根)+165mm接头+ 159mm钻铤(8根)+165mm接头+127mm 钻杆+方钻杆;钻井参数为:钻压25~35kN,转速60~75r/m in,排量100~120L/s,泵压0 5~1 0 M Pa,从该孔的一开井段的井斜数据上看,选用该钻具组合及钻井参数,钻孔防斜效果较好。

5 2 二开防斜
从该地区的附近的钻孔资料及2009年在此施工的3口钻孔(CLG09V 01井、CLG09V 03井、CLG09V 04井)资料上看,在二开钻进中井斜的增长速度较快,由于2009年在施工CLG09V 03井及CLG09V 04井时采用钟摆钻具,在800m深的钻孔中基本能把孔斜控制在3#以内,但W LG02井井深达1000m,在施工中仅使用钟摆钻具控制井斜已经不能满足WLG02井的井身质量要求,因此在使用钟摆钻具的基础上再使用螺杆复合钻进纠斜。

5 2 1 钟摆纠斜
(1)施工措施。

二开钻进使用钟摆钻具钻至井
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深约500m,井深可根据井斜而定,井斜控制在1#以内,根据以上2口井施工经验,500m前井斜不大于1#,如果井斜大于1#,则起钻下入螺杆钻具。

(2)钻具组合。

215 9mm牙轮+165mm 接头+159mm钻铤2根+214mm扶正器(1 67m)+159mm钻铤8根+165mm接头+
127mm钻杆+方钻杆;钻进中加强钻井液性能维护,提高防坍落性能和携砂能力,充分清洁井眼,并提高钻井液的护壁效果,防止钻孔坍塌及掉块,保证钻孔的安全钻进。

(3)钻井参数。

钻压50~70kN,转速52~84 r/m in,排量14L/s,泵压1 2~2 5MPa。

(4)结构特征。

这种钻具组合一般是在距钻头一定位置的钻铤上加1只或多只稳定器,由于稳定器距钻头的位置远近又分为大钟摆和小钟摆。

由于钟摆钻具的降斜机理是!钟摆效应∀,所以它在大井斜下使用比小井斜下使用要好。

又因钻压可使钟摆钻具产生增斜力,故在应用中必须!轻压吊打∀。

(5)防斜机理。

由于在钻头上一定位置加有扶正器,扶正器下方钻铤的自重可以防斜,这样在施加较大钻压时,不会造成切点下移而导致钟摆力下降;相反,因稳定器下部具有足够长的钻铤长度从而保证有较大的钟摆力。

稳定器到钻头间的距离不宜过大,否则,在钻压和钻铤自重的作用下该钻铤会和井壁产生新的接触点或接触段,从而使降斜力减小[2]。

5 2 2 螺杆纠斜
(1)施工措施。

使用钟摆钻具钻至井深约500 m,下入螺杆钻具,复合钻进至井深约700m时,可根据钻孔倾斜方位把井斜控制在反方位1#以内,然后起钻下入常规钻具钻至终孔,根据在W LG02井的实践,井深在1000m之前井斜在1 8#左右。

(2)钻具组合。

215 9mm牙轮(或PDC)+
165mm螺杆+165mm无磁钻铤+159mm 钻铤5根+165mm接头+127mm钻杆+方钻杆;通过在W LG02井的实践,在该区有几段石英砂岩,胶结致密,螺杆下部用牙轮钻头进尺较缓,螺杆下部使用PDC钻头较为合理。

(3)钻井参数。

钻压为30~50kN,转速为40 r/m in,排量14L/s,泵压1 5~2 5MPa。

(4)结构特征。

对目前国内外煤田、石油钻井中的此种钻具组合直井防斜新技术的现场试验与应用进行了对比分析,认为偏重钻铤、偏轴组合、偏心接头等离心力防斜打直技术基本上能解决小倾角地层钻井情况下的井斜问题,偏轴组合应用在大尺寸井眼的防斜上已有一定效果;动力钻具导向钻进是一种能很好解决大倾角地层井斜问题的技术手段,其中闭环自动导向钻井系统是最有效的。

(5)防斜机理。

WLG02井由于地层倾角大,用常规防斜措施难以保证井身质量。

在该井的施工中,应用了螺杆导向系统防斜打直技术和高效PDC 钻头,利用其定向控制井眼轨迹能力强的技术特点,可以随时监控井斜、方位,并可根据井斜、方位变化情况及时采取如定向纠斜或开动转盘导向钻进等技术措施,既保证了井身质量,又提高了机械钻速,缩短了钻井周期。

6 技术及经济效果
6 1 技术效果
(1)在钻井的防斜方面,避免了钻井的轻压吊打及反复起下钻纠斜,提高了钻效,保证了钻孔的垂直度,提高了钻孔的井身质量。

(2)钟摆纠斜及螺杆纠斜在安徽省宿州市埇桥区芦岭井田102区地层倾角较大的地区的应用,可为类似条件地区的钻井防斜提供经验借鉴。

6 2 经济效果
此种钻井技术工艺在安徽省宿州市埇桥区芦岭井田102区W LG02井的应用,与用常规防斜措施相比,钻井周期提前了15d,为钻井在材料消耗等方面节省了近20万元。

7 结论
从W LG02井的井斜数据可以看出,此种钻具组合在该区域施工极为合理,能很好地起到防斜稳斜的效果,但钟摆钻具在钻进施工中具有一定的危险性,特别是对泥浆的处理和钻具的质量要求较高,正常施工中要确保泥浆泵的良好运行,以免造成中途损坏而导致扶正器卡钻事故的发生。

参考文献:
[1] 万仁溥.现代完井工程(第3版)[M].徐州:中国矿业大学出
版社,2000.
[2] 傅雪海,秦勇,Geoff G.X.W ang,等.煤层气储气层与开发工程
研究进展[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009.
(责任编辑:梁郁鑫)
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