煤層氣井連通技術研究

袁孟雷 趙世軍 王 銳 李 皓 譚天宇

(中國石油集團渤海鉆探工程技術研究院,河北 062552)

連通技術一般采用近鉆頭電磁測距法(RMRS),硬件構成包括永磁短節和探管。永磁短節的長度約為40cm,由橫行排列的多個永磁體組成,主要用來提供一個交變的待測磁場,電磁信號的最大有效距離為40～70m。探管由扶正器、傳感器組件、加重桿三部分組成,長度約為3m。當旋轉的永磁短節通過洞穴井附近區域時,探管可采集永磁短節產生的磁場強度信號,通過采集軟件可準確計算兩井間的距離和當前鉆頭的位置。

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射短節和磁信號接收探管;井上部分主要就是數據采集和分析軟件。

(2)儀器工作原理

磁發射短節接在鉆頭后面,在鉆進過程中發射磁信號,洞穴井里的探管接收磁信號,再經過井下A/D轉換模塊轉換處理后,通過電纜將數據傳至地面由軟件進行處理、計算,得出水平井井眼軌跡相對于洞穴井對接點確切的方位和距離。從而指導定向井進行定向連通 (圖1)。

圖1 連通原理示意圖

2 連通技術施工工藝

(1)三開后,在洞穴井下入旋轉式磁性測距儀器,水平井下入強磁接頭,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)連通工程師及時將測量結果通知定向井工程師,定向井工程師依據儀器給出的數據進行軌跡調整,使水平井主井眼與抽排洞穴井連通。

(3)每鉆進3～5m進行軌跡測量,及時調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,以連續監測井眼的方向和趨勢。分析軌跡與洞穴的位置變化趨勢,判斷洞穴的位置和偏離情況,及時調整軌跡,以達到連通的目的。

(5)鉆至洞穴附近,軌跡的垂深不應該位于洞穴的下部,應位于洞穴的中部或中上部。若連通失敗,可進一步側鉆找洞穴。若位于下部,增斜側鉆困難,不利于采取后續措施。

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

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

3 連通技術現場施應用狀況

2010年以來,采用連通技術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口井實施連通試驗與服務,均一次成功,已基本掌握了兩井連通技術。典型應用實例如下。

3.1 ZP02-1井連通施工

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

煤層測井段為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。探管應該下到無磁環境中,即玻璃鋼套管段,洞穴井中探管下深為573.28m,兩井距離60m時開始采集信號,信號比較弱,沒有參考價值,兩井距離50m時開始采集處理信號,通過軟件計算,準確判斷出兩井距離,方位偏差,然后通過定向來實現準確連通,表1為連通最后30m的連通數據。

表1 ZP02-1井連通數據

當兩井距離6.95m時,方位偏差為0.4°,此時已能保證準確連通上,于是起洞穴井探管,起完探管后復合鉆進,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井兩井資料見表2。2010年6月7日,ZP05-1井3開開始連通,鉆具組合為D152.4mm鉆頭 +RMRS+D120.7mm單彎螺桿 (1.25°)+鉆具止回閥+循環接頭 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根+D88.9mmDp×24根+D88.9mmWDp。探管下至781.5m,當水平井井深828m,即兩井相距66m時開始采集信號,分析得出兩井相距64.86m,方位相差2°,此時只需增斜,無需扭方位,繼續定向,井深855.62m時,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,下面井段改為復合鉆進。井深865.5m時,分析得出兩井相距29.02m,方位相差0.44°,接立柱繼續復合鉆進。井深875.9m時,分析得出兩井相距18.48m,方位相差0.93°,此時井斜偏大,方位偏小,工具面130,定向鉆進4m。井深880.17m時,分析得出兩井相距13.28m,方位相差0.63°,繼續定向,工具面195。井深886m時,分析得出兩井相距7.75m,方位偏差0.4°,此時已能保證連通上,起洞穴井探管,起完探管后復合鉆進,6月8日13：50,洞穴井噴水,連通成功。

表2 ZP05-1井連通數據

4 結論

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

(2)通過多口井的現場試驗與應用,連通成功率100%,目前已基本掌握了兩井連通技術,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.定向對接連通井技術的發展及其展望 [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研究 [J].天然氣工業,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].石油學報,2007,28(3)：112-115.