沁南煤層氣田單支水平井鉆完井工藝優化

周立春崔新瑞呂宏玖

(中國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化

周立春崔新瑞呂宏玖

(中國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發井型，目前主要采用三開井型，水平段煤層裸露面積相對較小，有待進一步優化。通過開展井型改進、鉆完井工藝優化，提出了新的二開井型設計及完井管串結構，優化了三開鉆完井工藝及配套篩管設計等，并成功進行了9口井現場試驗。優化改進后的鉆完井工藝為單支水平井在沁南煤層氣開發中推廣應用提供了技術支撐和借鑒作用。

沁南 煤層氣 水平井 鉆完井

1現階段單支水平井需改進問題分析

目前單支水平井井型以三開井身結構為主，分析認為該井型存在較大改進潛力。

(1)煤層為低滲儲層，三開井型煤層段溝通范圍較小，可能不利于長期穩產。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，屬于低滲儲層。水平井開發要想獲得較高產量，必須有效增大煤層裸露面積。單支水平井煤層進尺長，一般1000m左右，較多分支水平井主支長200m左右;三開段煤層鉆頭直徑D152.4mm，與多分支水平井一致，但由于無分支，因此接觸面積相對多分支水平井減小很多，不利于長期穩產，應優化井型增大煤層裸露面積。

(2)三開井型煤層段篩管直徑較小，不利于排采設備管柱下入，部分井排采效率低。三開篩管懸掛下入，現井身條件下篩管最大下入直徑為D114.3mm。受懸掛器和篩管直徑影響，可下入井內的排采設備泵徑有限，如單井產水量較大時，排水效率低，降壓困難。接著需要優化井眼尺寸，提高排采管柱適應性。

2單支水平井鉆井工藝優化

(1)優化井身結構為二開結構，增大井眼尺寸，增大煤層裸露面積(見圖1)。二開井身結構為，一開鉆穿基巖風化帶5～10m后下表套后固井完井;二開采用D215.9mm鉆頭鉆至靶點完鉆，完鉆后在著陸點附近下盲板+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井眼增大1.5倍，井眼橫截面積較三開井眼增大2倍，較好的增大了煤層裸露面積。同時，煤層段下入D139.7mm篩管，下入井內的無桿泵泵徑可以進一步增大，排水降壓效率提升(見表1)。

表1 二開、三開結構優缺點對比表

圖1 二開井身結構示意圖

(2)優化井型結構為復合井型，增加1個短分支，增大煤層裸露面積。樊莊－鄭莊區塊實鉆過程中發現，在局部井區內3號煤以上部分層段漏失嚴重，最大漏失量可達10m3/d。在上部地層易漏的井區部署時，只能選擇三開單支水平井，二開段將漏失層封固、下入技術套管，再進行水平段的施工。為此，在小幅增加投資的情況，可在單支水平井上適當增加1個短分支，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化

3.1三開井型完井工藝優化

三開井型結構完井管串為:D114.3mm引鞋+ D114.3mm割縫篩管管串+D114.3mm×D177.8mm篩管懸掛丟手系統+D177.8mm套管串+套管聯頂節。考慮后期篩管的回收或打撈，重點對懸掛器及其配件進行了優化。由原普通懸掛器優化調整為可回收球座式全通徑液壓尾管懸掛器，并制定相關參數要求見表2。

表2 常規技術參數要求表

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

3.2二開井型完井工藝設計

井型優化改進為二開后，完井管串結構發生改變，增加了盲板、分級箍、封隔器、滑輪扶正器等裝置，已達到非煤層段固井、煤層段裸眼完井的目的。二開井型完井管串設計為: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+分級箍+ D139.7mm套管串+套管聯頂節(見圖1)。設計工具技術參數見表3、4和5。

表3 盲板短節及分級箍關閉塞的技術參數表

表4 封隔器技術參數表

表5 滑輪扶正器的技術參數表

4完井配套工具優化

4.1煤層段篩管結構優化設計

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

表6 篩管結構主要參數設計對比表

4.2引鞋結構優化設計

對常規引鞋打孔后，將油管或小鉆具插入引鞋，洗井過程中建立了篩管外體系循環，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現場應用

2015年6月至2016年4月，華北油田在沁水煤層氣田成功實施了9口單支水平井，其中二開井6口、三開井3口。二開井型中采取單支型井4口，煤層進尺900～1000m，建井周期30天左右;復合型井2口，鉆1主支和1分支，煤層進尺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口井全部解吸產氣，正處于解吸產氣初期，平均單井產氣量300m3，流壓2MPa，有望獲得更高的產氣量。

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

［2］崔樹清，王風銳，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，2011，31(11):18－21．

［3］接銘訓，葛曉丹，彭朝陽，等.中國煤層多勘探開發工程技術進展與發展方向［J］．天然氣工業，2011，31(5):63－65．

［4］李景明，巢海燕，李小軍，等.中國煤層氣資源特點及開發對策［J］．天然氣工業，2009，29(4): 9－13．

(責任編輯黃嵐)

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，工程師，現從事鉆井管理與研究工作。