煤层气多分支水平井技术及现场应用54877911.docVIP

煤层气多分支水平井技术及现场应用 第六届全国石油钻井院所长会议论文集 PAGE 24 PAGE 27 煤层气多分支水平井技术及现场应用 乔 磊 申瑞臣 黄洪春 王开龙 （中国石油勘探开发研究院廊坊分院完井所 河北廊坊 065007） 【摘 要】 多分支水平井是目前煤层气高效开发的主要手段之一，尤其适用于低压、低渗、低产煤层的开发。本文较系统地阐述了煤层气多分支水平井工艺，重点介绍了充气欠平衡技术、井眼轨迹优化设计与控制技术、水平井与洞穴井对接技术、煤层造洞穴技术等，最后详细介绍了中石油第一口煤层气多分支水平井武M1－1井的设计与施工情况。 【主题词】 煤层气 多分支水平井 欠平衡 两井对接 井壁稳定 造洞穴 多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼，也可以在分支上继续钻二级分支，因其形状像羽毛，国外也将其称为羽状水平井[1]等。多分支水平井集钻井、完井和增产措施于一体，是开发低压、低渗煤层的主要手段。煤层气多分支水平井工艺集成了煤层造洞穴、两井对接、随钻地质导向、钻水平分支井眼、欠平衡等多项先进的钻井技术，具有技术含量高和钻井风险大的特点。目前美国、加拿大、澳大利亚等国应用多分支水平井开采煤层气已取得了非常好的效益[2]，而我国处于刚刚起步阶段。2005年廊坊分院组织施工的武M1－1羽状水平井顺利完钻，该井垂深达900m，是世界最深的一口煤层气羽状水平井。2005年底山西晋城大宁煤矿完成DNP01、DNP02两口羽状水平井，每口井的日产气量约为2～3万方。2006年2月中联煤公司完成了DS－01井的钻井施工，目前该井处于排水阶段。与此同时，华北与CDX、长庆、辽河、远东能源等国内外企业都已启动了羽状水平井开发煤层气的项目。多分支水平井是煤层气高效开发方式的发展趋势，该技术的普遍应用必将为煤层气的勘探开发带来突破性进展，在我国掀起开发煤层气的热潮。 1 煤层气多分支水平井钻井技术难点分析 煤层气多分支水平井工艺集成了水平井与洞穴井的连通、钻分支井眼、充气欠平衡钻井和地质导向技术等，这是一项技术性强、施工难度高的系统工程。同时为了保持煤层的井壁稳定，煤层段一般采用小井眼钻进（φ152.4mm井眼），因而对钻井工具、测量仪器和设备性能等方面都提出了新的要求。煤层气多分支水平井面临的主要难点可概括为如下几点： （1）煤层比较脆，而且存在着互相垂直的天然裂缝，而这种脆性地层中钻进极易引起井下垮塌、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。 （2）煤层易受污染，储层保护的难度大，一般需采用充气钻井液、泡沫或清水等作为煤层不受污染的钻井液体系。 （3）由于煤层埋藏比较浅，同时井眼的曲率较大，钻压难以满足要求，同时钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏，导致井下复杂。 （4）煤层气多分支水平井工艺属于钻井新工艺，涉及到许多新式的工具和仪器，例如用于两井连通的电磁测量装置、小尺寸的地质导向工具和高效减阻短节（AG-itator）等，目前这些装备和仪器在国内仍是一片空白。 2 井眼剖面设计与轨迹控制技术 2.1 井眼剖面优化设计 因为煤层一般较浅，所以煤层气多分支水平井主水平井眼采用消耗较少垂深而得到较大位移的理念进行井身剖面设计，从而达到更大的水垂比。煤层气多分支水平井井身剖面设计主要考虑的因素有钻机和顶驱设备的能力、井眼的摩阻/扭矩大小、钻柱的强度、现场施工的难易程度等因素，主要有以下几项设计原则： 2.1.1 主井眼入煤层方位的确定 考虑煤层的产能优化和井壁稳定，尽量让进入煤层的井眼方位垂直于煤层最小主应力方向。 2.1.2 井眼轨迹设计必须满足现场施工工况的要求 由于煤层气多分支水平井垂直井段短，通常在500m以内，而水平段一般在1000m以上，钻柱能提供的钻压是有限的，所以在多分支水平井井身剖面设计中，要使所设计的井眼轨迹满足滑动钻进时的工况要求。 2.1.3 井身剖面设计应当是满足各种设计条件下的最短轨迹 根据煤田地质确定的目标点，按照不同设计方法设计出来的轨道，其长度是不同的。显然应尽可能选择轨迹长度短的轨道，减少无效进尺，既可以提高钻井的经济效益，也可以降低施工风险。同时应尽量缩小可钻性较差的地层进尺，例如尽量避开研磨性的宁武盆地石盒子组地层。 2.1.4 钻柱摩阻和扭矩最小 煤层气多分支井的显著特点是水平位移大，分支较多，80%以上的进尺为水平段，从而导致钻柱和套管柱在井眼内摩阻和扭矩很大，以及钻压难以加上等问题，摩阻和扭矩是多分支水平井的水平位移大小的主要限制因素，所以应尽可能选择摩阻扭矩小的轨迹。 2.1.5 考虑到煤层的井壁稳定性差，主井眼和分支井眼要处于煤层的中上部位，以利于安全钻进。 2.1.6 分支井眼长度、方位和距离的优化设计需要结合煤层气藏、钻柱力学和