煤层气丛式井技术研究 王德桂

煤层气丛式井技术研究

王德桂2毛志新2冯建秋1

（1. 中石油煤层气有限责任公司北京100028；2. 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京

100095）

摘要：韩城、三交及大宁吉县地区地面地形条件较差，钻前工作量大，排采管理较困难，采用丛式井技术将能较好的解决以上问题，取得较高的综合效益。文章首先综述丛式井技术的发展状况及其特点，然后以大宁-吉县地区的条件为例，进行了丛式井井网选择和部署、场地要求、设计原则与要求、设备要求、经济效益评价等方面的研究，并针对排采中防偏磨而进行扶正器合理安放位置的研究，为大规模利用丛式井技术进行煤层气田开发提供技术参数及要求。

关键字：钻前工程；排采管理；丛式井；井网选择；扶正器；技术规范

丛式井是指在一个井场上有计划地钻出两口及以上的定向井组，该技术是随着钻井技术和工艺的发展大规模应用于地面条件差，井场不便的地区。国内，长庆油田和延长油矿大规模应用于低渗油气田勘探开发[1~3]，同时滩海和海上钻井平台也大量使用，降低钻井综合成本，提高经济效益[4~5]。国内煤层气层埋深普遍在1200m以内，较油气层埋深浅，丛式井技术在应用中不断发展，华北油田在沁水盆地部分区域进行了大量使用[6]，同时煤层气公司韩城分公司在08年施工了丛式井组，排采效果也较好。韩城、三交及大宁吉县地区地面地形条件较差，征地和道路修整困难，大部分区域较适合采用丛式井技术开发煤层气田。

丛式井具有以下优点：1.节约土地资源，大大减少钻前费用，保护环境；2.方便钻井和压裂作业，减少3万/井左右的搬家费；3.几口井可以统一进行压裂及排采维护，降低地面建设费及管理成本。同时丛式井组也具有以下缺点：1.增加了井眼轨迹控制难度；2.设备和技术要求高；3.现场工程监管难度增大；4.总体井组钻井周期长，一般要整个井组完钻后才可进行后期作业。

1 丛式井井网选择和部署原则

1.1煤层气丛式井井网选择

煤层气丛式井井网的选择主要考虑到以下因素：

（1）煤层气开发直井井网：现有煤层气井间距一般保持在300~400m，相对于普通油气井间距较小，一般采用四点法和五点法部署井网，丛式井网控制面积也应该遵循直井网的要求。

（2）煤层埋深：煤层埋深条件是选择丛式井井数的重要条件，埋深深小于400米的井原则上不设计丛式井组，埋深小于600m的选择2~4口井共一个井，埋深在800~1000m之间的一般选择5~6口井，超过1000m的可选择6~9口井。

（3）地质与地形条件：地质条件复杂，中上部地层有严重的井漏、涌水、地层倾角大、方位易漂移等地质情况时应该选择井数少的丛式井组；地面条件相对较好，征地和路面条

件好的地区也可选择井数少的丛式井组。

（4）钻井队伍设备能力和成本因素：现有煤层气钻井设备大部分采用煤炭的小钻机，整体设备能力差，定向仪器简陋，一般采用单点测斜设备进行控制，精度低，但同时工程成本较低。当水平位移过大，垂深1000m，水平位移超过300m时，现有队伍能力在工程精度、动力条件等方面很难满足要求。

大宁-吉县地区的煤层埋深在900~1200m，地面条件相对其他分公司要好，部分地区中上部地层掉块严重且倾角较大，综合考虑以上条件，建议暂时采用1口直井+4口定向井组成的丛式井井组（图1所示），在各项条件得到改善后可以考虑9口井共一个井场的方式。

图1 5口井组成的丛式井组图2 丛式井组控制面积

1.2丛式井井位部署

丛式井的井位部署应充分考虑煤层埋深、渗透率、倾角、主应力方向等因素以及井眼轨迹控制等工艺技术条件。如图2所示，在大宁-吉县地区可以采用1口直井+4口定向井的丛式井井组来控制400m×400m的五点式井网。

1.3钻井场地选择原则

在现场进行丛式井场地的选择应充分考虑地面的地形条件和控制及合理利用储量的需要，并考虑到后期地面建设需要，一般要综合考虑以下因素：

（1）满足区块开发方案和煤层气集输要求；

（2）充分利用自然环境、地理地形条件，尽量减少钻前工程的难度，有效利用井组控制不利；

（3）应考虑钻井能力和井眼轨迹控制能力；

（4）必须满足其它有关安全环保的规定。

大宁吉县区块一般采用2000米钻机进行钻进施工，每口直井的井场大小通常为30×40米。1口直井+4口定向井组成的丛式井可以采用50×40米大小的井场。

2丛式井地质与工程设计原则及要求

2.1井间距设计

井间距一般设计为4-8米，根据地层倾角情况和前期统计的直井150以内井斜情

况，考虑到防碰要求，在此确定为5m；

2.2造斜点位置选择

如果条件允许，造斜点选择应尽可能靠上，一般进入基岩50m以后开始，相邻两井造斜点错开30m，具体造斜点的确定还应遵从以下原则：

（1）造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层；

（2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层；

（3）要满足采油工艺要求；

（4）垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化井身结构、加快钻速；

（5）垂深小、水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工的工作量；

（6）在井眼方位漂移地区，应使斜井段避开方位漂移大的地层

2.3井斜角的确定

考虑到施工难度及排采要求，设计的最大井斜角一般不能超过30度，但同时由于井斜角太小时会引起方位漂移，也不易定向和控制，所以最大井斜角应大于15度。同时造斜段上部直井段井斜角应控制在1度以内。

2.4丛式井轨迹控制

丛式井轨迹控制主要是井眼曲率和中靶要求，现有井队单点测斜设备必须加强井斜和方位测量及曲率计算，并适时调整。井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难，设计的增斜段造斜率为3.0-4.5度/30米；同时对于靶点半径为小于25米，超标10m的必须采取措施进行补救。

3单井工程质量要求及工程设计要点

3.1井身质量要求

煤层气丛式井井身质量要求是确保工程目标，实现顺利排采的基本方式，制定井身质量综合考虑到地质条件、工程技术难度、工程成本、排采需要等方面，是工程理论技术和实践经验共同总结的。大宁-吉县地区的丛式井组建议采取表1质量要求进行监控。

表1 定向井井身质量要求

3.2工程设计要点