泡沫鉆井液技術(shù)在末端水平對接井的應(yīng)用研究

摘 要:韓5H井是中石油煤層氣有限責(zé)任公司在陜西省韓城市煤層氣先導(dǎo)性試驗項目中的一口末端對接水平井。該井目的層為石炭系太原組11#煤層。針對韓成地區(qū)的煤層低壓、低飽和、低滲透的地質(zhì)特點，以泡沫鉆井液為優(yōu)質(zhì)鉆井液，合理利用配套的泡沫欠平衡鉆井工藝施工。在保護(hù)煤層不受到傷害和污染，降低鉆井施工的風(fēng)險等方面取得了突破性的成功，為韓南區(qū)塊煤層氣對接井的開發(fā)提供了可參考的地質(zhì)數(shù)據(jù)，且目前是國內(nèi)對接間距最長的末端水平對接井。

關(guān)鍵詞:煤層氣;末端對接;泡沫鉆井液

中圖分類號:TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)19-0354-02

1 煤層氣開發(fā)能源的戰(zhàn)略需要

據(jù)預(yù)測，未來中國的天然氣需求將保持較高的增長速度。預(yù)計到2020年，天然氣需求將達(dá)到2000億立方米，近50%的需求將依賴進(jìn)口。煤層氣資源的地緣優(yōu)勢以及開發(fā)利用帶來的顯著社會效益，將使其成為天然氣的重要補充。能源是經(jīng)濟發(fā)展不可缺少的動力，煤層氣這種新的潔凈能源漸漸被人們認(rèn)識，并且它將會成為石油、天然氣強大的補充力量，煤層氣產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展將會給中國的新能源戰(zhàn)略帶來深遠(yuǎn)的意義。

2 工程地質(zhì)概述及鉆探目的

2.1 概述

韓5H井位于渭北煤田的銅川——韓城斷褶帶北部地區(qū)的韓城市板橋鄉(xiāng)，北與陜北的伊陜單斜區(qū)相連，東南隔汾渭斷陷與秦嶺緯向構(gòu)造帶相望，東北和河?xùn)|斷褶帶相接，西與西緣褶皺沖斷帶相連，總體構(gòu)造形態(tài)是一傾向NW的具波狀起伏的緩傾斜大型單斜構(gòu)造。構(gòu)造簡單，斷層稀少，煤層氣資源豐富，含氣飽和度較好，是理想的煤層氣水平對接井施工區(qū)。

2.2 鉆探目的

評價采用水平井開采11#煤的技術(shù)經(jīng)濟可行性，獲取較高的產(chǎn)能，為韓城地區(qū)11#煤的煤層氣的開發(fā)探索新的技術(shù)方法。

通過韓5H井的地質(zhì)錄井工作，獲取實測地質(zhì)資料，為該區(qū)煤層氣開發(fā)的施工提供可參考的依據(jù)。

2.3 工程量簡介

韓5H井是一口遠(yuǎn)距離水平對接井，一開鉆達(dá)井深121.70m，下入Ф244.5mm表層套管并固井;二開鉆進(jìn)至井深830.00m完鉆，下入Ф177.8mm技術(shù)套管并固井;三開水平段總進(jìn)尺679.10m，并實現(xiàn)了與韓5V井對接連通。

3 泡沫鉆井液技術(shù)簡介

泡沫鉆井液是氣體介質(zhì)分散在液體中，并配以發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑或粘土形成的分散體系，常用于低壓產(chǎn)層鉆井。泡沫鉆井液一般為硬膠泡沫和穩(wěn)定泡沫。

硬膠泡沫是氣體、粘土、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑配成穩(wěn)定性比較強的分散體系，用于需要泡沫壽命長、攜帶能力強的情況，如解決大直徑鉆井巖屑攜帶和清洗井底或防漏、堵漏、堵水等問題。

穩(wěn)定泡沫是指空氣(氣體)、液體發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑配成的分散體系，穩(wěn)定泡沫能與各類電解質(zhì)、原油及鉆井作業(yè)過程的污染物配伍，且能處理水，主要用于保護(hù)煤層損害，低壓氣層及枯竭層、永凍地區(qū)(-20-80°C)及地?zé)峋@井。它具有密度低、攜巖能力強、對煤層傷害小的特點。

4 鉆井液技術(shù)難點

由于水平井鉆井和低滲透煤層的具體特點，環(huán)空中巖屑床的形成、巖屑顆粒的分布及其運移規(guī)律，決定了這種井眼軌跡在低滲透煤層水平鉆進(jìn)中容易發(fā)生一系列具體問題。

井眼凈化:環(huán)空巖屑被鉆具反復(fù)擠壓、碾磨，鉆井液中顆粒粒徑減小、亞微米粒子數(shù)增多，引起鉆井液粘切升高和固控困難;巖屑床的形成和增厚，造成高的扭矩和阻力，鉆壓不能充分加至井底，低滲透煤層常給鉆頭破碎巖石帶來困難，因此鉆速低，固井完井困難，易引起卡鉆。

摩阻控制:水平鉆進(jìn)井眼呈彎曲狀態(tài)，鉆具受重力和形變力作用總是靠著甚至蹩擠井壁，鉆具與井壁接觸面積大，摩阻增大。井眼軌跡、井身結(jié)構(gòu)以及濾餅?zāi)Σ料禂?shù)，是水平井中起下鉆阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩的主要可控因素。

井壁穩(wěn)定:易塌層暴露在鉆井液中的面積成倍增加，化學(xué)作用加劇;流動阻力引起附加壓差增大，隨時間延長，進(jìn)入易塌層的濾液量增多，深度增厚，坍塌的可能性增大;井眼“狗腿”和水平段高增斜率，迫使鉆具蹩垮井壁時有發(fā)生;上覆地層應(yīng)力的徑向分力隨井斜增加而增大，各向同性巖石向井內(nèi)的側(cè)應(yīng)力變大，更容易引起垮塌。防漏堵漏:水平段的延伸會增大環(huán)空壓耗;水平段的凈化較差，鉆井液流動阻力大，環(huán)空壓降增大;水平段大多屬儲層，一般不允許封堵，避免損害產(chǎn)層，實在需要堵漏時只能采用暫堵劑處理井漏。故防漏工藝成為消除水平段漏失的一項措施。

產(chǎn)層保護(hù):水平鉆進(jìn)中產(chǎn)層裸露面積比直井大數(shù)十倍，產(chǎn)層浸泡時間比直井多數(shù)十倍，隨裸露面積和浸泡時間的增加產(chǎn)層損害加重;水平段延長，鉆井液流動壓力增加，增加的壓力直接作用于產(chǎn)層。故低滲透儲層水平井的產(chǎn)層損害增大且消除表皮效應(yīng)困難。

5 鉆井液技術(shù)

針對韓南區(qū)塊煤層儲藏的低壓、低飽和、低滲透的特點，鉆井液體系的確定就要考慮如何抑制這些特點。本井水平段為全程欠平衡鉆進(jìn)，要能有效地將鉆井液密度控制在設(shè)計范圍，根據(jù)井內(nèi)液面壓力變化合理的配制優(yōu)質(zhì)的鉆井液。由于末端對接間距較長，鉆井施工后期摩阻必然很大，要求鉆井液有較好的潤滑性能。在煤層中水平鉆進(jìn)，鉆井液還需要有一定的防塌能力來保證井壁穩(wěn)定。同時還要滿足最大限度地減少對煤層的侵害，并且對滲漏地層有良好的防漏、堵漏效果，具有較強的凈化能力。綜合以上實際情況，選擇了泡沫鉆井液體系，它具有體系穩(wěn)定、漏失低、摩阻小、剪切性能好、低傷害等優(yōu)點。

煤層氣井開發(fā)的時候，存儲煤層受到傷害和污染的程度直接影響以后煤層氣的產(chǎn)氣量，導(dǎo)致存儲煤層受到傷害和污染的則是鉆井循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液。在鉆井的循環(huán)過程中，鉆井液中各種固相顆粒在地下液柱壓力的作用下，擠進(jìn)煤層裂隙或孔隙，阻礙了煤層中氣體的釋放通道，造成煤層產(chǎn)氣量的大大降低。直接影響了后期開發(fā)排采，間接影響投資方的經(jīng)濟效益。而使用這種優(yōu)質(zhì)泡沫鉆井液，由于其過濾泥皮的功能，優(yōu)化了鉆井液體系，能夠更好的保護(hù)煤層不受到傷害和污染，降低鉆井施工的風(fēng)險，確保了施工順利。

韓5H就是利用了泡沫鉆井液的這些優(yōu)點，順利完成了與韓5V遠(yuǎn)距離末端水平對接。

6 施工情況

韓5H井于2009年3月23日開鉆，一開鉆達(dá)井深121.70m，下入Ф244.5mm表層套管后固井工程車壓力固井;4月7日二開鉆進(jìn)，4月8日采用三牙輪鉆頭鉆至井深430.00m開始造斜，5月25日至井深830.00m完鉆，下入Ф177.8mm技術(shù)套管固井工程車壓力固井;在井深833.00m鉆遇11#煤層，水平段施工過程中首次使用了泡沫鉆井液，并下入井內(nèi)電磁波隨鉆測量儀，配合鉆時、氣測、巖屑錄井及伽瑪隨鉆測量等地質(zhì)導(dǎo)向方法在目的煤層中水平鉆進(jìn)。6月17日鉆進(jìn)至井深1355.44m起鉆。18日下入對接儀器，繼續(xù)鉆進(jìn)至井深1428.00m(井斜87.9°，方位320.80°)接收不到對接磁信號，重新檢查核對定向數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)實測方位與設(shè)計方位存在13°的誤差;采取起鉆至井深1391.00m處懸空側(cè)鉆的方法，并重新調(diào)整鉆頭定向參數(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)，以期實現(xiàn)兩井的對接。2009年6月22日13:10鉆進(jìn)至井深1459.80m(井斜88.5°，方位317.5°，水平位移880.83m)處與韓5V井對接。

停鉆循環(huán)鉆井液，觀察泵壓由10.00MPa突降至6.00MPa左右，井口返漿明顯減少，而且WL05-1V井水位增高，說明兩井對接連通成功。

2009年6月23日使用0.6%生物酶溶液和清水，替出井內(nèi)泡沫鉆井液后完井。

全井總進(jìn)尺1509.10m，水平段進(jìn)尺679.10m，煤層進(jìn)尺676.10m，煤層鉆遇率為99.56%，裸眼完井。

表1 韓5H水平段工程量統(tǒng)計表

名稱井段(m)進(jìn)尺(m)煤層進(jìn)尺(m)煤層鉆遇率(%)

M830-1459.80629.80626.8099.56

M-11391-1440.3049.3049.30100

合計679.10676.1099.56

7 認(rèn)識與結(jié)論

(1)與常規(guī)鉆井液相比，采用泡沫鉆井液技術(shù)工藝能有效提高環(huán)空返巖屑的能力，不易在水平段形成巖屑床，還能有效的降低水平段摩阻，最大限度地減少了對煤氣產(chǎn)層的侵害，并且對滲漏地層有良好的防漏、堵漏效果。

(2)泡沫鉆井液技術(shù)在韓南區(qū)塊的首次應(yīng)用，在保護(hù)煤層不受到傷害和污染，降低鉆井施工的風(fēng)險等方面取得了突破性的成功，且目前是國內(nèi)對接間距最長的末端水平對接井。

(3)通過韓5H井的地質(zhì)錄井工作，獲取實測地質(zhì)資料，為該區(qū)煤層氣開發(fā)的施工提供可參考的依據(jù)。為韓城地區(qū)11#煤的煤層氣的開發(fā)探索新的技術(shù)方法。