煤層氣遠(yuǎn)端水平對接井鉆進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用

煤層氣遠(yuǎn)端水平對接井鉆進(jìn)技術(shù)研究與應(yīng)用趙永哲鉆井技術(shù)與工程研究所2023年2月4日

匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例5、結(jié)論及建議6、推廣計(jì)劃直井開發(fā)模式叢式井開發(fā)模式近端對接分支井開發(fā)模式遠(yuǎn)端對接井開發(fā)模式1、地面鉆井常用開發(fā)模式匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例5、結(jié)論及建議6、推廣計(jì)劃2.1遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)煤層氣遠(yuǎn)端水平對接井工藝集成了水平井、煤層造穴、精確連通、側(cè)鉆分支和地質(zhì)導(dǎo)向等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、施工難度大的系統(tǒng)工程，對鉆井設(shè)備、鉆具、測量儀器及工藝技術(shù)等均有較高要求，可有效增加煤層氣的導(dǎo)流面積、提高抽采效率、降低煤層瓦斯含量，在高效開發(fā)利用煤層氣的同時為煤礦采煤安全提供安全保障。2.2遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀國外：以美國、澳大利亞及加拿大等為代表的西方能源大國，在鉆井深度和技術(shù)難度上不斷突破，取得了良好的開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)：自2004年由奧瑞安在山西晉城設(shè)計(jì)施工第一口對接井以來，中石油、中聯(lián)煤等企業(yè)及施工單位相繼在中硬及以上較穩(wěn)定煤層中開始施工煤層氣遠(yuǎn)端水平對接井，該技術(shù)目前逐漸得到認(rèn)可并取得快速發(fā)展。匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例及推廣計(jì)劃5、結(jié)論及建議3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究3.1井位、目標(biāo)層的選擇及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2測斜儀器的選用3.3鉆具組合設(shè)計(jì)及井眼軌跡控制技術(shù)3.4鉆井液工藝技術(shù)3.5對接工藝技術(shù)3.1井位、目標(biāo)層的選擇及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井位、目標(biāo)層的選擇地理?xiàng)l件：地形較平坦，交通便利，且有利于煤礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。地質(zhì)條件：井眼軌跡延伸區(qū)域地層構(gòu)造盡可能簡單、水文地質(zhì)條件優(yōu)越、勘探程度高；目標(biāo)煤層埋深適中，煤層水平分布穩(wěn)定且厚度大，孔隙度及滲透性適中、煤層氣含量較高；應(yīng)盡可能避開地層異常區(qū)域。3.1井位、目標(biāo)層選擇及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基本原則：井眼尺寸要與測斜儀器配套且有利于井壁穩(wěn)定；重點(diǎn)考慮井下安全和上覆地層的地質(zhì)情況，水平段避免對煤儲層造成傷害。在鉆進(jìn)安全的前提下需重點(diǎn)考慮鉆進(jìn)效率，鉆井成本在經(jīng)濟(jì)上是否可行。

3.1井位、目標(biāo)層選擇及井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三開井身結(jié)構(gòu)：一開主要鉆進(jìn)表土層，進(jìn)入穩(wěn)定基巖10m左右，下入表層套管封固地表易漏、含水地層；二開鉆至著陸點(diǎn)以上穩(wěn)定地層，下入技術(shù)套管封固不穩(wěn)定及含水地層；三開煤層段采用裸眼完井，井眼尺寸可根據(jù)地層情況及造斜曲率半徑等具體需求進(jìn)行選擇。

3.2測斜儀器的選用名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)mudpulseMWD通信結(jié)果可靠、鉆井深度較深傳輸速度較慢，對鉆井液含砂量和含氣量要求嚴(yán)格，不能用于沒有連續(xù)液相的欠平衡鉆井EM-MWD數(shù)據(jù)傳輸速度較快，適合在泡沫鉆井液等沒有連續(xù)液相的欠平衡鉆井地層介質(zhì)對信號的影響較大，電磁波不能穿過低電阻率地層，傳輸距離有限，深井深度一般不超過3000mLWD除測量鉆井參數(shù)外，還可測量相關(guān)地質(zhì)參數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用成本較高3.3鉆具組合設(shè)計(jì)及井眼軌跡控制技術(shù)鉆具組合設(shè)計(jì)井段鉆具組合一開Φ311.15mm三牙輪鉆頭+雙母接頭+Φ165mm鉆挺+Φ114mm鉆桿二開Φ215.9mm三牙輪鉆頭+雙母接頭+Φ165mm鉆挺+Φ114mm鉆桿三開Φ152.4/Φ149.2/Φ117.8mm三牙輪/PDC鉆頭+Φ120/Φ95mm單彎螺桿(1.5°/1.25°)+轉(zhuǎn)換接頭+Φ95/Φ89mm無磁承壓鉆桿+MWD+Φ89/Φ73mm鉆桿+Φ89/Φ73mm加重鉆桿對接井段Φ152.4/Φ149.2/Φ117.8mmPDC鉆頭+強(qiáng)磁接頭+Φ120/Φ95mm單彎螺桿(1.5°)+轉(zhuǎn)換接頭+Φ95/Φ89mm無磁承壓鉆桿+MWD+Φ89/Φ73mm鉆桿+Φ89/Φ73mm加重鉆桿3.3鉆具組合設(shè)計(jì)及井眼軌跡控制技術(shù)井眼軌跡控制井眼軌道設(shè)計(jì)需考慮地質(zhì)條件、各級井眼尺寸及深度、曲率半徑、位垂比等具體情況，綜合分析對比。軌跡控制分為直井段、彎曲段、水平段、水平對接段四個階段，直井段要求防斜打直，彎曲井段合理調(diào)整入靶姿態(tài)，滿足地質(zhì)和工程施工要求，水平段精細(xì)施工確保水平段有效延伸及成功對接。

3.4鉆井液工藝技術(shù)

結(jié)合煤儲層巖性和遠(yuǎn)端水平對接井鉆進(jìn)工藝技術(shù)的特點(diǎn)，根據(jù)分段設(shè)計(jì)的原則，確定鉆井液工藝技術(shù)方案：目的煤層以上采用常規(guī)鉆井液體系，目標(biāo)煤層采用無固相聚合物鉆井液體系，以確保安全鉆進(jìn)，利用復(fù)合型處理劑調(diào)控鉆井液體系的性能；完鉆后利用與鉆井液體系相匹配的化學(xué)漿液清除井壁“泥餅”和近井壁范圍內(nèi)裂隙充填物進(jìn)行解堵，降低儲層傷害。

煤層水平段——無固相聚合物沖洗液+化學(xué)方式清除“泥餅”解堵處理劑可降解性試驗(yàn)沖洗液工藝技術(shù)●無固相聚合物沖洗液體系有利于孔壁穩(wěn)定、清潔孔底，能夠確保安全鉆進(jìn)?！駨?fù)合型處理劑形成的“泥餅”通過化學(xué)方式清除、解堵，降低儲層傷害。3.4鉆井液工藝技術(shù)3.5對接工藝技術(shù)遠(yuǎn)端對接儀器：旋轉(zhuǎn)磁測距系統(tǒng)(RMRS)水平井鉆具組合：鉆頭＋永磁短節(jié)＋定向螺桿馬達(dá)＋無磁鉆挺＋MWD＋鉆桿垂直井測量儀器：接收探管、有纜鋼絲繩地面附屬設(shè)備：井口固定滑輪、顯示儀、線纜等RMRS系統(tǒng)原理示意圖

RMRS系統(tǒng)軟件界面匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例5、結(jié)論及建議6、推廣計(jì)劃4.1應(yīng)用實(shí)例⑴

沁水盆地寺河井田“U”型對接井組鉆遇地層第四系石千峰組上石盒子組下石盒子組山西組（3#煤）鉆遇地層依次為第四系、石千峰組、上石盒子組、下石盒子組和山西組。目標(biāo)層3#煤層煤層穩(wěn)定，平均煤厚5.89m，中夾矸0～5層，距煤層底板0.8m以下為較軟煤層。煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，常有薄層炭質(zhì)泥巖或泥巖偽頂。目標(biāo)層所屬區(qū)塊為兩邊稍高，中間稍低的向斜構(gòu)造，傾角變化多在6°以內(nèi)。地質(zhì)概況實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)實(shí)鉆軌跡三維示意圖對接連通現(xiàn)場對接視頻SH-U2直井：

一開井深22.42m二開井深232.71m三開井深287.94m處終孔SH-U3水平井：

測深73m處開始造斜，測深394m處入靶進(jìn)入煤層，測深727.01m處與SH-U2孔成功對接，過洞穴后繼續(xù)向前鉆進(jìn)300.36m，測深1027.37m處主孔終孔；側(cè)鉆兩個分支，井深分別為159.70m和117.26m；全井總進(jìn)尺1304.33m。相關(guān)技術(shù)參數(shù)

煤層段有效進(jìn)尺910.33m，日產(chǎn)氣量最高值達(dá)21000m3，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了煤礦區(qū)地面遠(yuǎn)端對接的高產(chǎn)煤層氣井組。生產(chǎn)應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)社會效益⑵

彬長大佛寺井田“V”型對接井組4.1應(yīng)用實(shí)例鉆遇地層依次為第四系、第三系、下白堊統(tǒng)洛河組、宜君組、中侏羅統(tǒng)安定組、直羅組、下侏羅統(tǒng)延安組。目的層4#煤層煤厚約10m，屬于較穩(wěn)定煤層，偶有0~3層夾矸，夾矸厚度0.3m~0.6m不等；目標(biāo)煤層全井田分布。地質(zhì)概況實(shí)鉆軌跡三維示意圖孔

號垂深（m）一開二開三開孔深（m）鉆頭尺寸（mm）套管尺寸（mm）孔深（m）鉆頭尺寸（mm）套管尺寸（mm）孔深（m）鉆頭尺寸（mm）DFS-C04-H1483.5159.49311.15244.5536.2215.9177.81412.73149.2DFS-C04-H2500.5179.22311.15244.5576.0215.9177.81396.0149.2DFS-C04-V1576.0180.0311.15244.5576.0215.9177.8對接連通現(xiàn)場對接視頻匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例5、結(jié)論及建議6、推廣計(jì)劃5.1結(jié)論

（1）能有效提高單井產(chǎn)氣量、增加有效產(chǎn)氣周期、綜合成本低。（2）該工藝涵蓋了水平井、煤層段造穴、精確對接、側(cè)鉆分支等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，施工過程中各環(huán)節(jié)需總體協(xié)調(diào)。（3）無線隨鉆測量及旋轉(zhuǎn)磁測距系統(tǒng)等先進(jìn)配套裝備儀器，為實(shí)施遠(yuǎn)端水平井的對接提供了保障。（4）煤層水平段采用無固相聚合物鉆井液，完鉆后清除“泥餅”解堵，在保證安全鉆進(jìn)的同時有利于儲層保護(hù)。5.2建議

（1）鉆具與井壁環(huán)空間隙較小，增加了環(huán)空壓耗，限制了鉆井液密度窗口的大小，需進(jìn)一步探討煤層水平段鉆進(jìn)鉆具組合與井徑的級配。（2）要實(shí)現(xiàn)煤層氣遠(yuǎn)端水平對接井的高產(chǎn)高效化產(chǎn)氣，在加強(qiáng)鉆完井工藝研究的同時，必須加強(qiáng)排采工藝技術(shù)研究和施工管理。匯報提綱1、地面鉆井開發(fā)模式2、遠(yuǎn)端水平對接井施工技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀3、遠(yuǎn)端水平對接井施工關(guān)鍵技術(shù)研究4、應(yīng)用實(shí)例5、結(jié)論及建議6、推廣計(jì)劃