煤层气井连通技术研究

袁孟雷 赵世军 王 锐 李 皓 谭天宇

(中国石油集团渤海钻探工程技术研究院,河北 062552)

连通技术一般采用近钻头电磁测距法(RMRS),硬件构成包括永磁短节和探管。永磁短节的长度约为40cm,由横行排列的多个永磁体组成,主要用来提供一个交变的待测磁场,电磁信号的最大有效距离为40～70m。探管由扶正器、传感器组件、加重杆三部分组成,长度约为3m。当旋转的永磁短节通过洞穴井附近区域时,探管可采集永磁短节产生的磁场强度信号,通过采集软件可准确计算两井间的距离和当前钻头的位置。

1 连通仪器组成及原理

(1)连通仪器组成

连通仪器主要分为井下部分和井上部分,井下部分主要包括磁发射短节和磁信号接收探管;井上部分主要就是数据采集和分析软件。

(2)仪器工作原理

磁发射短节接在钻头后面,在钻进过程中发射磁信号,洞穴井里的探管接收磁信号,再经过井下A/D转换模块转换处理后,通过电缆将数据传至地面由软件进行处理、计算,得出水平井井眼轨迹相对于洞穴井对接点确切的方位和距离。从而指导定向井进行定向连通 (图1)。

图1 连通原理示意图

2 连通技术施工工艺

(1)三开后,在洞穴井下入旋转式磁性测距仪器,水平井下入强磁接头,水平井钻具组合D152.4mm钻头+RMRS+D120.7mm单弯螺杆(1.25°)+钻具止回阀 +循环接头 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根 +D88.9mmDp×若干根 +D88.9mmWDp若干+D88.9mmDp。

(2)连通工程师及时将测量结果通知定向井工程师,定向井工程师依据仪器给出的数据进行轨迹调整,使水平井主井眼与抽排洞穴井连通。

(3)每钻进3～5m进行轨迹测量,及时调整工具面做好井眼轨迹控制。

(4)快速确定井底钻具组合的增降斜、增降方位的趋势,以连续监测井眼的方向和趋势。分析轨迹与洞穴的位置变化趋势,判断洞穴的位置和偏离情况,及时调整轨迹,以达到连通的目的。

(5)钻至洞穴附近,轨迹的垂深不应该位于洞穴的下部,应位于洞穴的中部或中上部。若连通失败,可进一步侧钻找洞穴。若位于下部,增斜侧钻困难,不利于采取后续措施。

(6)若连通成功,水平井泵压急剧下降,水平井井口没有泥浆返出,洞穴井内有泥浆从井口涌出。若连通失败,根据RMRS采集信号的情况,判断洞穴的空间位置,并利用防碰原理,扫描两井,计算出钻头处的空间位置,重新作连通方案及再次实施连通。

(7)确认连通后再钻进20～30m,起钻,甩RMRS,更换钻具组合后再接着钻进。

3 连通技术现场施应用状况

2010年以来,采用连通技术在山西煤层气多分支水平井郑平02-1、郑平05-1、郑试平4、郑平3-4,郑平3-5、郑试平7等7口井实施连通试验与服务,均一次成功,已基本掌握了两井连通技术。典型应用实例如下。

3.1 ZP02-1井连通施工

2010年5月14日,ZP02-1井3开开始连通,钻具组合为D152.4mm钻头+RMRS+D120.7mm单弯螺杆 (1.25°)+钻具止回阀+循环接头 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根 +D88.9mmDp×18根 +D88.9mmWDp。

煤层测井段为571.8～577.8m,洞穴井造穴段为煤顶以下1.5m至煤底以上0.5m,即573.3～577.3m。玻璃钢套管下至煤底以下20cm至煤顶以上2m,即569.8～578m。探管应该下到无磁环境中,即玻璃钢套管段,洞穴井中探管下深为573.28m,两井距离60m时开始采集信号,信号比较弱,没有参考价值,两井距离50m时开始采集处理信号,通过软件计算,准确判断出两井距离,方位偏差,然后通过定向来实现准确连通,表1为连通最后30m的连通数据。

表1 ZP02-1井连通数据

当两井距离6.95m时,方位偏差为0.4°,此时已能保证准确连通上,于是起洞穴井探管,起完探管后复合钻进,5月15日凌晨3：30,洞穴井喷水,连通成功。

3.2 ZP05-1井连通施工

ZP05-1井两井资料见表2。2010年6月7日,ZP05-1井3开开始连通,钻具组合为D152.4mm钻头 +RMRS+D120.7mm单弯螺杆 (1.25°)+钻具止回阀+循环接头 (MWD)+D88.9mmNWDp×2根+D88.9mmDp×24根+D88.9mmWDp。探管下至781.5m,当水平井井深828m,即两井相距66m时开始采集信号,分析得出两井相距64.86m,方位相差2°,此时只需增斜,无需扭方位,继续定向,井深855.62m时,分析得出两井相距39.16m,方位相差0.29°,井斜和方位均较理想,下面井段改为复合钻进。井深865.5m时,分析得出两井相距29.02m,方位相差0.44°,接立柱继续复合钻进。井深875.9m时,分析得出两井相距18.48m,方位相差0.93°,此时井斜偏大,方位偏小,工具面130,定向钻进4m。井深880.17m时,分析得出两井相距13.28m,方位相差0.63°,继续定向,工具面195。井深886m时,分析得出两井相距7.75m,方位偏差0.4°,此时已能保证连通上,起洞穴井探管,起完探管后复合钻进,6月8日13：50,洞穴井喷水,连通成功。

表2 ZP05-1井连通数据

4 结论

(1)RMRS是一种精确的连通技术,能实时提供洞穴井和工艺井的相对位置,为定向井指明方向,是实现煤层气多分支水平井两井连通的有效手段。

(2)通过多口井的现场试验与应用,连通成功率100%,目前已基本掌握了两井连通技术,为多分支羽状水平井的后期施工和煤层气的排采提供了保障。

[1] 向军文,陈晓琳.定向对接连通井技术的发展及其展望 [J].探矿工程,2003,(1).

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[3] 乔磊,申瑞臣,黄洪春等.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].石油学报,2007,28(3)：112-115.