MWD 在煤層氣定向井施工中的應用

郝登峰

(河南省煤田地質局, 河南 450053)

MWD 無線隨鉆測斜儀是通過鉆井液的壓力脈沖傳遞井下儀器測取的參數, 取消了有線隨鉆儀的起下電纜作業, 大大縮短了測斜時間。主要用于定向井定向造斜、扭方位中隨鉆監控井眼軌跡, 直井段和穩斜段轉盤鉆井的井眼軌跡控制, 大斜度井、水平井井眼軌跡控制。普通煤層氣定向井一般采用電子單、多點進行定向, 為了加快工程進度, 縮短建井周期, 縮短鉆井液對煤層的浸泡時間, 同時有效控制井眼軌跡, 就要優選施工措施, 采用MWD無線隨鉆測斜儀進行定向。現以山西某區塊的定向井為例, 對該儀器在煤層氣井施工中的應用進行分析和研究。

1 地質概況

所施工的煤層氣定向井, 位于山西省吉縣, 其構造位置處于鄂爾多斯盆地東南緣晉西撓褶帶與渭北隆起交匯處延川南區塊。地層自上而下為： 第四系 (Q) , 三疊系中統紙坊組 (T2z) , 三疊系下統和尚溝組 (T1h) 及劉家溝組 (T1l) , 二疊系上統孫家溝組 (P2s) 及上石盒子組 (P2sh) , 石炭系上統太原組 (C3t) , 石炭系中統本溪組 (C2b) 。

2 主要設備機具

(1) 鉆機： TSJ - 2000

(2) 柴油機： 12V135/380HP、6135/150HP 各1 臺

(3) 泥漿泵： TWB1200、蘭石1000 各1 臺

(4) 測斜儀器： MWD 系統(技術參數見表1) 。

主要是通過井下探管測量井下數據,轉換成電壓脈沖碼給功率驅動器,功率驅動器驅動旋轉閥脈沖器產生泥漿壓力脈沖,泥漿壓力脈沖通過壓力傳感器轉換成0～20mA 電流傳到數據采集儀,數據采集儀降噪、解碼,還原成井斜、方位、工具面等具體數據。

表1 MWD 技術參數表

3 定向施工工藝

該井施工設計采用直、增、穩三段制井眼剖面(井眼軌道設計見表2) 。直井段： 0～150m, 造斜段： 150～304m, 穩斜段： 304～1080m, 井斜達到25．75°。其剖面特點是： 造斜點淺, 穩斜井段長。為有效降低最大井斜角, 同時保證井眼清潔, 采用的造斜率為5°/30m。

表2 井眼軌道設計

3．1 直井段施工

鉆具組合： φ311mm 牙輪鉆頭+φ203．2mm 鉆鋌×3 根+φ177．8mm 無磁鉆鋌×1 根+φ177．8mm 鉆鋌×3 根+φ165mm 鉆鋌×2 根+φ127mm 鉆桿

鉆井參數： 鉆壓40～80KN, 轉速60～100r/min, 泵壓1MPa, 鉆井液密度1．03g/cm, 粘度34s。

在該段施工中要注意根據實際鉆進情況調整鉆進參數, 控制嚴重跳鉆, 防鉆具脫扣、粘扣。維持鉆井液中高粘度, 確保懸砂攜屑、井眼暢通。控制鉆進參數, 做好防斜工作。

3．2 增斜段施工

鉆具組合： φ215．9mm 牙輪鉆頭+φ172mm 螺桿(1．25°) + φ165mm 無 磁 鉆 鋌 + 定 向 短 節 +φ158．8mm 鉆鋌×6 根+變扣+φ127mm 鉆桿。

鉆井參數： 鉆壓40～60KN, 轉速20～40r/s,泵壓2～4MPa, 鉆井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

在該段施工中注意選擇好造斜點, 控制好造斜率和方位非常重要, 過高的造斜率會造成較大的摩阻和扭矩, 而且容易形成鍵槽。而造斜點選擇靠后, 往往出現前面造斜率不足或方位不準, 后面采用大的造斜率或大幅度調整方位, 致使狗腿度超標。

3．3 穩斜段施工

鉆具組合： φ215．9mm 牙輪鉆頭+φ172mm 螺桿(1．25°) +變扣+φ210mm 扶正器+φ165mm 無磁+定向短節+φ158．8mm 鉆鋌×6 根+變扣+φ127mm鉆桿

鉆井參數： 鉆壓40～70KN, 轉速20～40r/s,泵壓2～4．5MPa, 鉆井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

施工中注意在鉆具組合時, 馬達本體的扶正器和馬達以上的扶正器外徑的選擇十分重要。科學的鉆具組合, 不僅可以大大提高井眼軌跡控制效果,而且可以提高旋轉鉆進方式的比例, 從而提高機械鉆速, 并有利于井眼清潔和降低摩阻。煤層采用低鉆壓、低轉速、低排量、低射流沖擊力參數組合鉆進, 減小煤層段井徑擴大率, 防止垮塌、卡鉆。完鉆后進行連續多點測量, 測量間距不大于30m。

4 儀器使用過程中的注意事項

(1) 井底最高靜液壓力不得大于140MPa;

(2) 立管最高壓力要小于31MPa, 最低壓力要大于4MPa;

(3) 使用轉盤鉆進時, 轉盤轉速應低于170r/min;

(4) 劃眼期間, 一定要卸下MWD, 防止儀器受到劇烈震動而損壞機械部件和電子元件;

(5) 鉆井液性能必須滿足MWD 的測量要求,測量期間若要調整鉆井液性能, 應征求定向技術人員的意見;

(6) MWD 隨鉆測斜儀測量期間, 應保持泥漿泵正常工作, 上水良好, 泵及地面管線無刺漏。

5 施工效果

通過采用MWD 技術以及科學合理的鉆具組合和鉆進參數, 全部采用導向鉆井系統來控制井眼軌跡, 使得井眼軌跡控制準確, 剖面符合率極高, 設計靶區半徑20m, 實際靶心距為5．14m, 大大縮短了施工周期, 有效的保護了煤層, 滿足了井眼軌跡的設計要求 (見圖3、4 實際投影圖) 。

6 結論

通過施工實踐, 對MWD 無線隨鉆測斜儀器在煤層氣定向井中的應用, 提出以下見解：

(1) MWD 系統在縮短工期、確保井眼軌跡控制以及降低生產成本等方面優于普通測斜儀器;

(2) 井眼軌跡設計造斜井段不宜用過高的造斜率, 以降低摩阻和扭矩, 準懸鏈線軌跡可以嘗試;

圖3 水平投影圖

圖4 垂直投影圖

(3) 定向井的井眼軌跡設計要綜合考慮地質條件、地層特性、井身結構、目標點要求等因素, 選擇好造斜工具、鉆具組合和造斜率等。從而改善摩阻和扭矩狀況, 準確控制井眼軌跡, 提高井壁的穩定性;

(4) 井眼凈化對定向井十分關鍵。采取的辦法有： 加大排量、改善泥漿性能、旋轉方式鉆進、提高轉盤轉速、加大攪拌和沖刷等。

[1] 陳庭根, 管志川．鉆井工程理論與技術 [M] ．山東： 中國石油大學出版社, 2000．