煤層氣井多煤層擴孔篩管完井工藝

袁明進 劉海蓉 韋 富 徐 騫

(中國石化集團華東石油局工程技術設計研究院,江蘇 210000)

織金區(qū)塊位于貴州省西部,面積7302.06km2,含煤面積4648.55km2,含煤地層主要為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M,區(qū)塊內發(fā)育2個相對完整的大型含煤向斜-黔西向斜和巖腳向斜。華東分公司2008年啟動該區(qū)塊的勘探評價工作以來,在優(yōu)選出巖腳向斜和黔西向斜的基礎上進行了勘探部署,已實施了7口煤層氣參數(shù)井。其中,珠藏次向斜的織2井通過壓裂排采,最高日產(chǎn)氣量達2800m3,穩(wěn)產(chǎn)1000m3以上達200多天,取得了織金區(qū)塊的煤層氣勘探突破。

1 區(qū)塊煤層特點

織金區(qū)塊煤層多而薄,埋深較淺,分布在216～737m范圍內。從構造上來看,珠藏次向斜可采及局部可采煤層有 10層,分別為 6#、6-1#、7#、16#、17#、20#、21#、23#、27#及 30#。單煤層厚度大于0.5m的煤層累計厚度在3.41～25.95m,大部分大于15m;單層厚度大于1m的煤層的累計厚度在10m以上。從儲層特征來看,參數(shù)井取心煤層均呈現(xiàn)較好的碎裂煤特征,割理和裂隙系統(tǒng)發(fā)育較好,珠藏次向斜面割理密度統(tǒng)計達到19.9～35.8條/5cm;外生裂隙密度18.53條/5cm,無充填和部分充填的比例達93%;微裂隙密度可達5000～6000條/5cm,微裂縫寬0.1～0.6μm。且測試顯示處于低應力狀態(tài),預示著較好的原始滲透性。

織2井20#、23#煤層擬合滲透率達6～8mD,進一步證實該地區(qū)碎裂煤的煤體結構、極好割理裂隙發(fā)育程度和低應力狀態(tài),煤層具有較好的滲透性。

圖1 織試1井多煤層擴孔篩管完井示意圖

2 完井方式的確定

根據(jù)目前國內煤層氣井基本采用直井/定向井+套管完井+壓裂排采的方式進行生產(chǎn),織2井嘗試采取了2層煤合壓合采的方式進行排采,并取得了成功,最高日產(chǎn)氣量達2800m3。為提高單井產(chǎn)量,擴大縱向煤層資源動用規(guī)模,探索工程工藝技術的適應性,對織2井進行了多煤層多段分壓合采試驗,完成2段,7層煤,共計6.8m的分壓合采,目前日產(chǎn)氣量已達650m3,并保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。

后期部署實施的織4、織5井,也都獲得了較好的評價參數(shù),顯示該次級向斜具有有利的煤層氣地質條件。因此,為進一步探索工程工藝技術的適應性,在織2井采用套管完井,分段壓裂,多煤層合采取得成功的基礎上,優(yōu)選有利目標區(qū)部署織試1井 (圖1),采用多煤層擴孔篩管完井工藝技術先導性試驗,以期單井在相對較低的成本下獲得較高的產(chǎn)量。

3 多煤層擴孔工藝

3.1 擴孔層位的選取

織金區(qū)塊已鉆井取心資料顯示該區(qū)塊煤層均以碎裂煤為主,其中只有6#煤層以粉煤為主,30#煤底板為灰?guī)r含水層,為保證工藝工程技術試驗的成功,綜合考慮周邊鉆孔煤層發(fā)育情況 (厚度、穩(wěn)定性)、地層含水性以及周邊參數(shù)井實測含氣性情況、煤體結構狀況及煤層電阻特征等,織試1井擴孔層位選取 30#、27#、23#、21#、20#、19#、18#、17#、16#、15-3#、15-1#、14#、10#、7#等煤層進行擴孔作業(yè)。

3.2 擴孔工具

煤層氣井擴孔是指在煤層氣井鉆井完井后,下入專用工具擴大目標煤層段井徑至一定尺寸,此種工藝在煤層氣水平連通井中應用較為廣泛。主要是排采直井在目標煤層位置下入預定的玻璃鋼套管,固井完井后,下入擴孔工具破壞煤層段的水泥環(huán)和玻璃鋼套管,擴大煤層段井徑至設計尺寸,為水平連通做準備。織試1井為裸眼完井,完鉆后不需下套管固井,直接下擴孔工具擴大煤層段井徑,為排采提供更大面積的泄流通道。

根據(jù)國內外擴孔工具的調研,目前比較常用的擴孔工具主要是液壓式擴孔工具。該擴孔工具連接在鉆具底部,工具內有一個活塞筒,活塞在水力或泥漿的泵壓作用下,向下?lián)纬鲋糜跀U孔器體內的兩個或三個翼片,根據(jù)泵壓的大小,翼片撐開的角度不一樣。利用鉆具帶動翼片旋轉刮削井壁達到擴大井徑的目的。泵壓減除后,翼片在彈簧作用下收回體內。

3.3 循環(huán)介質

煤層本身由于孔隙裂隙割理比較發(fā)育,且煤儲層一般是低壓儲層,具有應力敏感性,容易吸附外來大分子等特征,這就決定了煤層氣井采用裸眼完井,必須選擇低傷害或無傷害的鉆井循環(huán)介質。目前,大多數(shù)煤層氣鉆井使用KCL清水溶液。織試1井采用3%KCL水溶液作為擴孔循環(huán)介質。同時根據(jù)煤層水呈堿性的特征,在加入 KCL之前,用NaOH或Na2CO3調整水的PH值到9～10,最大限度的保護好煤儲層。

3.4 擴孔工藝

3.4.1 擴孔方案

采用水力或液壓式擴孔工具,從井深269.00m開始擴孔,主要對煤層進行擴孔,直至井深486.00m,擴孔段擴孔直徑不小于350mm。

3.4.2 鉆具組合

擴孔鉆具組合為：導向鉆具/鉆頭+擴孔器+SUB短接+鉆鋌+鉆桿。

導向鉆具或鉆頭的作用主要是用來引導擴孔器。若使用鉆頭,應使用略小于標準尺寸的鉆頭,以降低擴孔過程中的額外扭矩;擴孔器采用液壓式井下擴孔器,該擴孔器本體直徑為 5.75″(146.05mm),可將井眼直徑擴至14″(355.6mm);SUB為變徑短接,主要是使鉆鋌與擴孔器之間成功連接。

3.4.3 擴孔作業(yè)

擴孔作業(yè)前配制2%～3%KCl鹽水泥漿,然后組合擴孔鉆具：PDC鉆頭 (未裝水眼)+擴孔器+鉆鋌+鉆桿,下鉆至井底。用2%～3%KCl鹽水循環(huán)清洗井筒,并把所替換出的井筒內的泥漿導入泥漿池。將鉆頭上提至井深269.00m,開始擴孔。根據(jù)所用工具類型和井下實際情況確定合理的鉆壓、轉速、排量、扭矩等作業(yè)參數(shù),出現(xiàn)異常情況及時采取處理措施。對擴孔返出的煤/巖屑進行收集、標記。擴孔結束后,上提擴孔鉆具組合,下入常規(guī)鉆具循環(huán)洗井,清理擴孔煤屑。

4 完井管串

擴孔施工作業(yè)完畢后采用井口懸掛完井管串的方式完井。管串結構 (由下至上)為：引鞋+篩管管串 (485～268m)+177.8mm×8.05mm×J55套管串+套管懸掛器。篩管直徑為177.8mm,孔型為圓孔,孔密為每米60孔,孔徑1/2″。完井管串下到預定位置后,井口接聯(lián)頂節(jié),開泵循環(huán)洗井2周,采用清水作為循環(huán)介質。

5 結論

織試1井于11月30日完井管串下至預定位置后順利完井,目前正在進行排采。該井織金區(qū)塊第一口采用多煤層擴孔篩管完井的煤層氣井,從工程工藝的角度來看,多煤層擴孔篩管完井工藝不僅能夠滿足該區(qū)塊地質要求,而且豐富了煤層氣井的勘探開發(fā)手段。但從地質的角度來看,該完井方式是否適應該區(qū)塊的煤層特點,還有待進一步的驗證。

[1] 孫建平.煤層氣井鉆井液特點的探討 [J].中國煤田地質,2003,15(4)：61～62,71.