沁南煤層氣田單支水平井鉆完井工藝優(yōu)化

周立春崔新瑞呂宏玖

(中國(guó)石油華北油田山西煤層氣分公司，山西048000)

沁南煤層氣田單支水平井鉆完井工藝優(yōu)化

周立春崔新瑞呂宏玖

(中國(guó)石油華北油田山西煤層氣分公司，山西048000)

煤層氣單分支水平井是一種新的開(kāi)發(fā)井型，目前主要采用三開(kāi)井型，水平段煤層裸露面積相對(duì)較小，有待進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)開(kāi)展井型改進(jìn)、鉆完井工藝優(yōu)化，提出了新的二開(kāi)井型設(shè)計(jì)及完井管串結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了三開(kāi)鉆完井工藝及配套篩管設(shè)計(jì)等，并成功進(jìn)行了9口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。優(yōu)化改進(jìn)后的鉆完井工藝為單支水平井在沁南煤層氣開(kāi)發(fā)中推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐和借鑒作用。

沁南 煤層氣 水平井 鉆完井

1現(xiàn)階段單支水平井需改進(jìn)問(wèn)題分析

目前單支水平井井型以三開(kāi)井身結(jié)構(gòu)為主，分析認(rèn)為該井型存在較大改進(jìn)潛力。

(1)煤層為低滲儲(chǔ)層，三開(kāi)井型煤層段溝通范圍較小，可能不利于長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。沁南煤層氣田南部主要為高階煤，煤層滲透率一般0.1～0.5mD，屬于低滲儲(chǔ)層。水平井開(kāi)發(fā)要想獲得較高產(chǎn)量，必須有效增大煤層裸露面積。單支水平井煤層進(jìn)尺長(zhǎng)，一般1000m左右，較多分支水平井主支長(zhǎng)200m左右;三開(kāi)段煤層鉆頭直徑D152.4mm，與多分支水平井一致，但由于無(wú)分支，因此接觸面積相對(duì)多分支水平井減小很多，不利于長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)，應(yīng)優(yōu)化井型增大煤層裸露面積。

(2)三開(kāi)井型煤層段篩管直徑較小，不利于排采設(shè)備管柱下入，部分井排采效率低。三開(kāi)篩管懸掛下入，現(xiàn)井身?xiàng)l件下篩管最大下入直徑為D114.3mm。受懸掛器和篩管直徑影響，可下入井內(nèi)的排采設(shè)備泵徑有限，如單井產(chǎn)水量較大時(shí)，排水效率低，降壓困難。接著需要優(yōu)化井眼尺寸，提高排采管柱適應(yīng)性。

2單支水平井鉆井工藝優(yōu)化

(1)優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)為二開(kāi)結(jié)構(gòu)，增大井眼尺寸，增大煤層裸露面積(見(jiàn)圖1)。二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)為，一開(kāi)鉆穿基巖風(fēng)化帶5～10m后下表套后固井完井;二開(kāi)采用D215.9mm鉆頭鉆至靶點(diǎn)完鉆，完鉆后在著陸點(diǎn)附近下盲板+封隔器座封，使非煤層段下入套管固井、煤層段下入篩管裸眼完井。煤層段鉆井井眼大于D215.9mm，與煤層接觸面積較三開(kāi)井眼增大1.5倍，井眼橫截面積較三開(kāi)井眼增大2倍，較好的增大了煤層裸露面積。同時(shí)，煤層段下入D139.7mm篩管，下入井內(nèi)的無(wú)桿泵泵徑可以進(jìn)一步增大，排水降壓效率提升(見(jiàn)表1)。

表1 二開(kāi)、三開(kāi)結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

圖1 二開(kāi)井身結(jié)構(gòu)示意圖

(2)優(yōu)化井型結(jié)構(gòu)為復(fù)合井型，增加1個(gè)短分支，增大煤層裸露面積。樊莊－鄭莊區(qū)塊實(shí)鉆過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在局部井區(qū)內(nèi)3號(hào)煤以上部分層段漏失嚴(yán)重，最大漏失量可達(dá)10m3/d。在上部地層易漏的井區(qū)部署時(shí)，只能選擇三開(kāi)單支水平井，二開(kāi)段將漏失層封固、下入技術(shù)套管，再進(jìn)行水平段的施工。為此，在小幅增加投資的情況，可在單支水平井上適當(dāng)增加1個(gè)短分支，增大煤層裸露面積。完鉆后僅在主支下入篩管。

3單支水平井完井工藝優(yōu)化

3.1三開(kāi)井型完井工藝優(yōu)化

三開(kāi)井型結(jié)構(gòu)完井管串為:D114.3mm引鞋+ D114.3mm割縫篩管管串+D114.3mm×D177.8mm篩管懸掛丟手系統(tǒng)+D177.8mm套管串+套管聯(lián)頂節(jié)。考慮后期篩管的回收或打撈，重點(diǎn)對(duì)懸掛器及其配件進(jìn)行了優(yōu)化。由原普通懸掛器優(yōu)化調(diào)整為可回收球座式全通徑液壓尾管懸掛器，并制定相關(guān)參數(shù)要求見(jiàn)表2。

表2 常規(guī)技術(shù)參數(shù)要求表

滿足懸掛點(diǎn)井斜90°～98°;懸掛器滿足后期篩管打撈回收的技術(shù)條件;懸掛丟手后通徑≥98.424mm，球座不留井。

3.2二開(kāi)井型完井工藝設(shè)計(jì)

井型優(yōu)化改進(jìn)為二開(kāi)后，完井管串結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，增加了盲板、分級(jí)箍、封隔器、滑輪扶正器等裝置，已達(dá)到非煤層段固井、煤層段裸眼完井的目的。二開(kāi)井型完井管串設(shè)計(jì)為:D139.7mm引鞋+ D139.7mm割縫篩管管串+D139.7mm適量套管+盲板+適量套管+封隔器+適量套管+分級(jí)箍+ D139.7mm套管串+套管聯(lián)頂節(jié)(見(jiàn)圖1)。設(shè)計(jì)工具技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3、4和5。

表3 盲板短節(jié)及分級(jí)箍關(guān)閉塞的技術(shù)參數(shù)表

表4 封隔器技術(shù)參數(shù)表

表5 滑輪扶正器的技術(shù)參數(shù)表

4完井配套工具優(yōu)化

4.1煤層段篩管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

原篩管直徑D114.3mm，篩孔密度為16孔/m，單螺旋分布，過(guò)流面積較小。通過(guò)開(kāi)展有限元模擬，優(yōu)化篩管分布，形成了24孔/m、32孔/m和孔+縫組合等系列部孔方式(見(jiàn)表6)，在保障篩管強(qiáng)度不變的基礎(chǔ)上，有效增大了篩管滲流能力。同時(shí)，要求篩管生產(chǎn)廠家采用數(shù)控激光切割，確保篩管孔無(wú)飛邊毛刺，篩管加工完成后做噴漆處理后打包，提高了篩管質(zhì)量和使用壽命。

表6 篩管結(jié)構(gòu)主要參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)比表

4.2引鞋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)常規(guī)引鞋打孔后，將油管或小鉆具插入引鞋，洗井過(guò)程中建立了篩管外體系循環(huán)，有利于將篩管－井壁之間的煤粉、煤塊沖洗干凈，提高滲流能力。

5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2015年6月至2016年4月，華北油田在沁水煤層氣田成功實(shí)施了9口單支水平井，其中二開(kāi)井6口、三開(kāi)井3口。二開(kāi)井型中采取單支型井4口，煤層進(jìn)尺900～1000m，建井周期30天左右;復(fù)合型井2口，鉆1主支和1分支，煤層進(jìn)尺1500m左右，建井周期35天左右;主支下入D139.7mm篩管，其中3口井采用32孔/m，3口井采用24孔/m篩管。

目前9口井全部解吸產(chǎn)氣，正處于解吸產(chǎn)氣初期，平均單井產(chǎn)氣量300m3，流壓2MPa，有望獲得更高的產(chǎn)氣量。

［1］崔樹(shù)清，倪元勇，孟振期，等.沁水盆地煤層氣單支水平井鉆完井技術(shù)探討與實(shí)踐［J］．中國(guó)煤層氣，2015，12(6):3－6．

［2］崔樹(shù)清，王風(fēng)銳，劉順良，等.沁水盆地南部高階煤層多分支水平井鉆井工藝［J］．天然氣工業(yè)，2011，31(11):18－21．

［3］接銘訓(xùn)，葛曉丹，彭朝陽(yáng)，等.中國(guó)煤層多勘探開(kāi)發(fā)工程技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展方向［J］．天然氣工業(yè)，2011，31(5):63－65．

［4］李景明，巢海燕，李小軍，等.中國(guó)煤層氣資源特點(diǎn)及開(kāi)發(fā)對(duì)策［J］．天然氣工業(yè)，2009，29(4): 9－13．

(責(zé)任編輯黃嵐)

Drilling and Completion Process Optimization for the CBM Single Branch HorizontalWell in Southern Qinshui

ZHOU Lichun，CUIXinrui，LV Hongjiu
(Shanxi Coalbed Methane Branch，PetroChina Huabei Oilfield Company，Shanxi048000)

CBM single branch horizontal well is a new type of development well.Currently itmainly adopts the type of three open well，and the exposed area of coal seam in the horizontal section is relatively small，which needs to be further optimized.Therefore，through conducting thewell-type improvement and drilling and completion process optimization，the new design of two open well and well completion pipe string structure are proposed.It optimizes the drilling and completion process of the three open well and supporting screen design.9 wells field tests were carried out successfully.Improved drilling and completion process provides the technical support and reference for the generalization and application of single horizontalwell for the CBM development in southern Qinshui.

Southern Qinshui;CBM;horizontal well;drilling and well completion

周立春，男，石油工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事鉆井管理與研究工作。