煤層氣井連通技術(shù)研究

袁孟雷 趙世軍 王 銳 李 皓 譚天宇

(中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程技術(shù)研究院,河北 062552)

連通技術(shù)一般采用近鉆頭電磁測(cè)距法(RMRS),硬件構(gòu)成包括永磁短節(jié)和探管。永磁短節(jié)的長(zhǎng)度約為40cm,由橫行排列的多個(gè)永磁體組成,主要用來(lái)提供一個(gè)交變的待測(cè)磁場(chǎng),電磁信號(hào)的最大有效距離為40～70m。探管由扶正器、傳感器組件、加重桿三部分組成,長(zhǎng)度約為3m。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的永磁短節(jié)通過(guò)洞穴井附近區(qū)域時(shí),探管可采集永磁短節(jié)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào),通過(guò)采集軟件可準(zhǔn)確計(jì)算兩井間的距離和當(dāng)前鉆頭的位置。

1 連通儀器組成及原理

(1)連通儀器組成

連通儀器主要分為井下部分和井上部分,井下部分主要包括磁發(fā)射短節(jié)和磁信號(hào)接收探管;井上部分主要就是數(shù)據(jù)采集和分析軟件。

(2)儀器工作原理

磁發(fā)射短節(jié)接在鉆頭后面,在鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)射磁信號(hào),洞穴井里的探管接收磁信號(hào),再經(jīng)過(guò)井下A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換處理后,通過(guò)電纜將數(shù)據(jù)傳至地面由軟件進(jìn)行處理、計(jì)算,得出水平井井眼軌跡相對(duì)于洞穴井對(duì)接點(diǎn)確切的方位和距離。從而指導(dǎo)定向井進(jìn)行定向連通 (圖1)。

圖1 連通原理示意圖

2 連通技術(shù)施工工藝

(1)三開(kāi)后,在洞穴井下入旋轉(zhuǎn)式磁性測(cè)距儀器,水平井下入強(qiáng)磁接頭,水平井鉆具組合D152.4mm鉆頭+RMRS+D120.7mm單彎螺桿(1.25°)+鉆具止回閥 +循環(huán)接頭 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根 +D88.9mmDp×若干根 +D88.9mmWDp若干+D88.9mmDp。

(2)連通工程師及時(shí)將測(cè)量結(jié)果通知定向井工程師,定向井工程師依據(jù)儀器給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡調(diào)整,使水平井主井眼與抽排洞穴井連通。

(3)每鉆進(jìn)3～5m進(jìn)行軌跡測(cè)量,及時(shí)調(diào)整工具面做好井眼軌跡控制。

(4)快速確定井底鉆具組合的增降斜、增降方位的趨勢(shì),以連續(xù)監(jiān)測(cè)井眼的方向和趨勢(shì)。分析軌跡與洞穴的位置變化趨勢(shì),判斷洞穴的位置和偏離情況,及時(shí)調(diào)整軌跡,以達(dá)到連通的目的。

(5)鉆至洞穴附近,軌跡的垂深不應(yīng)該位于洞穴的下部,應(yīng)位于洞穴的中部或中上部。若連通失敗,可進(jìn)一步側(cè)鉆找洞穴。若位于下部,增斜側(cè)鉆困難,不利于采取后續(xù)措施。

(6)若連通成功,水平井泵壓急劇下降,水平井井口沒(méi)有泥漿返出,洞穴井內(nèi)有泥漿從井口涌出。若連通失敗,根據(jù)RMRS采集信號(hào)的情況,判斷洞穴的空間位置,并利用防碰原理,掃描兩井,計(jì)算出鉆頭處的空間位置,重新作連通方案及再次實(shí)施連通。

(7)確認(rèn)連通后再鉆進(jìn)20～30m,起鉆,甩RMRS,更換鉆具組合后再接著鉆進(jìn)。

3 連通技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)施應(yīng)用狀況

2010年以來(lái),采用連通技術(shù)在山西煤層氣多分支水平井鄭平02-1、鄭平05-1、鄭試平4、鄭平3-4,鄭平3-5、鄭試平7等7口井實(shí)施連通試驗(yàn)與服務(wù),均一次成功,已基本掌握了兩井連通技術(shù)。典型應(yīng)用實(shí)例如下。

3.1 ZP02-1井連通施工

2010年5月14日,ZP02-1井3開(kāi)開(kāi)始連通,鉆具組合為D152.4mm鉆頭+RMRS+D120.7mm單彎螺桿 (1.25°)+鉆具止回閥+循環(huán)接頭 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根 +D88.9mmDp×18根 +D88.9mmWDp。

煤層測(cè)井段為571.8～577.8m,洞穴井造穴段為煤頂以下1.5m至煤底以上0.5m,即573.3～577.3m。玻璃鋼套管下至煤底以下20cm至煤頂以上2m,即569.8～578m。探管應(yīng)該下到無(wú)磁環(huán)境中,即玻璃鋼套管段,洞穴井中探管下深為573.28m,兩井距離60m時(shí)開(kāi)始采集信號(hào),信號(hào)比較弱,沒(méi)有參考價(jià)值,兩井距離50m時(shí)開(kāi)始采集處理信號(hào),通過(guò)軟件計(jì)算,準(zhǔn)確判斷出兩井距離,方位偏差,然后通過(guò)定向來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確連通,表1為連通最后30m的連通數(shù)據(jù)。

表1 ZP02-1井連通數(shù)據(jù)

當(dāng)兩井距離6.95m時(shí),方位偏差為0.4°,此時(shí)已能保證準(zhǔn)確連通上,于是起洞穴井探管,起完探管后復(fù)合鉆進(jìn),5月15日凌晨3：30,洞穴井噴水,連通成功。

3.2 ZP05-1井連通施工

ZP05-1井兩井資料見(jiàn)表2。2010年6月7日,ZP05-1井3開(kāi)開(kāi)始連通,鉆具組合為D152.4mm鉆頭 +RMRS+D120.7mm單彎螺桿 (1.25°)+鉆具止回閥+循環(huán)接頭 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根+D88.9mmDp×24根+D88.9mmWDp。探管下至781.5m,當(dāng)水平井井深828m,即兩井相距66m時(shí)開(kāi)始采集信號(hào),分析得出兩井相距64.86m,方位相差2°,此時(shí)只需增斜,無(wú)需扭方位,繼續(xù)定向,井深855.62m時(shí),分析得出兩井相距39.16m,方位相差0.29°,井斜和方位均較理想,下面井段改為復(fù)合鉆進(jìn)。井深865.5m時(shí),分析得出兩井相距29.02m,方位相差0.44°,接立柱繼續(xù)復(fù)合鉆進(jìn)。井深875.9m時(shí),分析得出兩井相距18.48m,方位相差0.93°,此時(shí)井斜偏大,方位偏小,工具面130,定向鉆進(jìn)4m。井深880.17m時(shí),分析得出兩井相距13.28m,方位相差0.63°,繼續(xù)定向,工具面195。井深886m時(shí),分析得出兩井相距7.75m,方位偏差0.4°,此時(shí)已能保證連通上,起洞穴井探管,起完探管后復(fù)合鉆進(jìn),6月8日13：50,洞穴井噴水,連通成功。

表2 ZP05-1井連通數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

(1)RMRS是一種精確的連通技術(shù),能實(shí)時(shí)提供洞穴井和工藝井的相對(duì)位置,為定向井指明方向,是實(shí)現(xiàn)煤層氣多分支水平井兩井連通的有效手段。

(2)通過(guò)多口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用,連通成功率100%,目前已基本掌握了兩井連通技術(shù),為多分支羽狀水平井的后期施工和煤層氣的排采提供了保障。

[1] 向軍文,陳曉琳.定向?qū)舆B通井技術(shù)的發(fā)展及其展望 [J].探礦工程,2003,(1).

[2] 黃洪春,盧明等.煤層氣定向羽狀水平井鉆井技術(shù)研究 [J].天然氣工業(yè),2004,24(5).

[3] 喬磊,申瑞臣,黃洪春等.煤層氣多分支水平井鉆井工藝研究[J].石油學(xué)報(bào),2007,28(3)：112-115.