洞穴井作为多分支水平井的辅助井, 其作用有3点:作为水平井的排采井;为水平井的施工可行性提供可靠的地质数据和钻井参数;煤层洞穴段为水平井提供了导向靶心。
为了达到钻探目的和完成录井任务, 要求录井队与钻井工程、泥浆人员密切配合, 严格执行地质设计和甲方指令, 按探井资料录取规范, 在录井工作中一定要坚持高标准、严要求、认真负责的取全取准各项资料。 (1) 钻时录井。 (2) 岩屑录井。 (3) 循环观察。 (4) 钻井液录井。
一开钻具组合:Φ3 1 1.1 m m钻头+Φ159mm钻铤×3根+108mm方钻杆。二开钻具组合:Φ215.9mm钻头+Φ178mm钻铤×2根+Φ159mm钻铤×8根+Φ127mm钻杆+Φ108mm方钻杆。洞穴作业钻具组合:Φ500mm割刀+Φ89mm钻杆+108mm方钻杆。
(1) 钻井液原则。钻井液体系有利于减轻或避免对煤储层的污染伤害, 携带岩屑, 提高机械钻速, 降低综合成本。确保钻井施工安全, 分井段钻井液能够有效保证井壁稳定, 预防井下复杂情况的发生。进入山西组前, 换用清水钻进。鉴于该区地层压力较低和清水钻井过程中的自然造浆作用, 要防止较高的钻井液柱压力引起的漏失和对煤储层的伤害。采用化学和机械方式控制固相含量, 清除有害固相。
以沁水施工的FZP04-2V井为例, 一开采用Φ311.1mm牙轮钻头一开钻进, 11月4日钻至井深34.35m一开完钻, 下入外径244.50mm, 内径226.62mm, 壁厚8.9 4mm表层套管3根, 总长32.45m, 下深33.85m。采用固井车固井。注入水泥6.5t, 水泥浆平均密度1.85g/cm3, 水泥返至地面, 固井质量合格。2007年11月6日采用215.9mmPDC钻头二开钻进, 井深430.00m换用牙轮钻头, 11月17日钻至井深552.00m完钻。2007年11月17日进行了标准测井、组合测井。2007年11月17日下入外径177.8mm, 内径161.7mm, 壁厚8.05mm产层套管, 总长550.93m, 下深551.03m, 阻位541.00m。其中含玻璃钢套管1根长9.00m, 位于481.10～490.10m。由固井车固井, 共注入水泥15.6t, 水泥浆平均密度1.72g/cm3, 候凝至11月19日下钻透水泥塞至540.50m, 然后把泥浆换为清水, 起钻准备洞穴作业。
在准备割管前, 先要准确丈量入井钻具, 确保割刀下如准确的设计位置 (485.00～489.00m) 。下钻前还要开泵试验一下割刀能否顺利打开, 防止入井后不能顺利工作。当钻具下入设计位置后, 将手把压紧, 使钻具处于悬空状态, 打开泥浆泵, 发现泵压陡然上升, 然后进行低速转动, 会有明显的阻力反应, 钻具在孔内会发出咔吧咔吧的声响, 保持割刀位置不变, 转动半小时至一小时后, 泵压会有明显的下降, 钻具不在发出声响, 转动均匀, 井口返出大量玻璃钢碎片、水泥块及少量煤油, 出现以上现象后, 再慢慢给压, 如果给压 (压力控制在10kN左右) 成功说明玻璃管已完全割开。注意第一次尽量用Φ300mm的割刀, 这样施工速度比较快, 在井内转动时的阻力也比较小, 能够在较短的时间内完成割玻璃钢管作业。
割玻璃钢管作业完成后, 起出Φ300mm的割刀, 下入Φ500mm的割刀到上次割管的位置, 打开泥浆泵, 在原位置低速空转, 当有大量煤油及煤屑返出后, 慢慢给压 (压力控制在10kN左右) , 直到掏至预定位置, 一般掏穴速度比较快在30min左右, 需要注意的是以上这两个施工过程都要求钻具长度的绝对准确。
起出Φ500mm的割刀后, 下入Φ152mm牙轮钻头, 以确定玻璃钢套管底口是否变行, 能否正常通过钻头, 如果遇阻低压低速转动, 防止把玻璃钢套管底口压裂, 通过洞穴后, 打开泥浆泵循环至人工井底, 把掉入口袋的煤屑循环干净, 然后压入清水 (要备足至少大于套管容积的清水) 循环, 直到井口返出清水, 这一步很关键, 直接影响投砂质量。
投砂要选用上等的颗粒均匀的压裂砂, 这样的砂不含泥质, 能够快速沉淀, 使砂面能够长期稳定。
投砂24h后, 下钻探砂面位置, 下钻过程中, 速度要慢, 防止钻具快速上下活动将洞穴作业完成后, 起下钻换钻头, 以确定玻璃钢套管底口是否变行, 能否正常通过钻头, 并开泵将掉入套管内的煤屑循环出来, 同时将泥浆替出换成清水, 把准备好的干净河砂 (泥质含量较少, 颗粒均匀) 投入套管, 投至488.50m结束 (深度以钻具实探为准) , 起钻安装井口装置完井。
洞穴井是一个技术含量相对较高、工艺较复杂的施工项目, 它要求施工人员要仔细认真, 不能有半点差错, 如玻璃钢套管位置、洞穴位置、投砂位置等, 一旦出错基本无法挽回, 甚至全井的报废。随着煤层气资源开发的不断深入, 提高产能必将成为其发展的瓶颈, 因此在未来的煤层气的开发过程中, 洞穴井、水平井的施工将是解决这个难题的有效手段, 所以掌握和推广洞穴井施工技术对以后的煤层气开发将是十分必要的。
摘要：我国的煤层气资源丰富, 其资源总量与石油天然气相当, 煤层气储量位居世界第三, 可是煤层气钻井施工难度大, 开采困难, 以山西沁水盆地为例, 地表水活跃, 易井漏, 砂岩硬度大, 可钻性差, 地层倾角大, 井易斜, 钻水平井时, 水平段煤层易垮塌, 而且, 我国煤矿煤层气的特点是单井产量不高, 必须采用特殊工艺井才能提高产量, 实现商业开采, 多分支水平井的应用解决了这个难题, 而洞穴井作为多分支水平井的辅助井, 在整个工艺施工中起到了决定性的作用。
关键词：煤层气,山西沁水盆地
[1] 乔磊.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].石油学报, 2007, 3.
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