煤层气井多煤层扩孔筛管完井工艺

袁明进 刘海蓉 韦 富 徐 骞

(中国石化集团华东石油局工程技术设计研究院,江苏 210000)

织金区块位于贵州省西部,面积7302.06km2,含煤面积4648.55km2,含煤地层主要为上二叠统龙潭组,区块内发育2个相对完整的大型含煤向斜-黔西向斜和岩脚向斜。华东分公司2008年启动该区块的勘探评价工作以来,在优选出岩脚向斜和黔西向斜的基础上进行了勘探部署,已实施了7口煤层气参数井。其中,珠藏次向斜的织2井通过压裂排采,最高日产气量达2800m3,稳产1000m3以上达200多天,取得了织金区块的煤层气勘探突破。

1 区块煤层特点

织金区块煤层多而薄,埋深较浅,分布在216～737m范围内。从构造上来看,珠藏次向斜可采及局部可采煤层有 10层,分别为 6#、6-1#、7#、16#、17#、20#、21#、23#、27#及 30#。单煤层厚度大于0.5m的煤层累计厚度在3.41～25.95m,大部分大于15m;单层厚度大于1m的煤层的累计厚度在10m以上。从储层特征来看,参数井取心煤层均呈现较好的碎裂煤特征,割理和裂隙系统发育较好,珠藏次向斜面割理密度统计达到19.9～35.8条/5cm;外生裂隙密度18.53条/5cm,无充填和部分充填的比例达93%;微裂隙密度可达5000～6000条/5cm,微裂缝宽0.1～0.6μm。且测试显示处于低应力状态,预示着较好的原始渗透性。

织2井20#、23#煤层拟合渗透率达6～8mD,进一步证实该地区碎裂煤的煤体结构、极好割理裂隙发育程度和低应力状态,煤层具有较好的渗透性。

图1 织试1井多煤层扩孔筛管完井示意图

2 完井方式的确定

根据目前国内煤层气井基本采用直井/定向井+套管完井+压裂排采的方式进行生产,织2井尝试采取了2层煤合压合采的方式进行排采,并取得了成功,最高日产气量达2800m3。为提高单井产量,扩大纵向煤层资源动用规模,探索工程工艺技术的适应性,对织2井进行了多煤层多段分压合采试验,完成2段,7层煤,共计6.8m的分压合采,目前日产气量已达650m3,并保持稳定增长态势。

后期部署实施的织4、织5井,也都获得了较好的评价参数,显示该次级向斜具有有利的煤层气地质条件。因此,为进一步探索工程工艺技术的适应性,在织2井采用套管完井,分段压裂,多煤层合采取得成功的基础上,优选有利目标区部署织试1井 (图1),采用多煤层扩孔筛管完井工艺技术先导性试验,以期单井在相对较低的成本下获得较高的产量。

3 多煤层扩孔工艺

3.1 扩孔层位的选取

织金区块已钻井取心资料显示该区块煤层均以碎裂煤为主,其中只有6#煤层以粉煤为主,30#煤底板为灰岩含水层,为保证工艺工程技术试验的成功,综合考虑周边钻孔煤层发育情况 (厚度、稳定性)、地层含水性以及周边参数井实测含气性情况、煤体结构状况及煤层电阻特征等,织试1井扩孔层位选取 30#、27#、23#、21#、20#、19#、18#、17#、16#、15-3#、15-1#、14#、10#、7#等煤层进行扩孔作业。

3.2 扩孔工具

煤层气井扩孔是指在煤层气井钻井完井后,下入专用工具扩大目标煤层段井径至一定尺寸,此种工艺在煤层气水平连通井中应用较为广泛。主要是排采直井在目标煤层位置下入预定的玻璃钢套管,固井完井后,下入扩孔工具破坏煤层段的水泥环和玻璃钢套管,扩大煤层段井径至设计尺寸,为水平连通做准备。织试1井为裸眼完井,完钻后不需下套管固井,直接下扩孔工具扩大煤层段井径,为排采提供更大面积的泄流通道。

根据国内外扩孔工具的调研,目前比较常用的扩孔工具主要是液压式扩孔工具。该扩孔工具连接在钻具底部,工具内有一个活塞筒,活塞在水力或泥浆的泵压作用下,向下撑出置于扩孔器体内的两个或三个翼片,根据泵压的大小,翼片撑开的角度不一样。利用钻具带动翼片旋转刮削井壁达到扩大井径的目的。泵压减除后,翼片在弹簧作用下收回体内。

3.3 循环介质

煤层本身由于孔隙裂隙割理比较发育,且煤储层一般是低压储层,具有应力敏感性,容易吸附外来大分子等特征,这就决定了煤层气井采用裸眼完井,必须选择低伤害或无伤害的钻井循环介质。目前,大多数煤层气钻井使用KCL清水溶液。织试1井采用3%KCL水溶液作为扩孔循环介质。同时根据煤层水呈碱性的特征,在加入 KCL之前,用NaOH或Na2CO3调整水的PH值到9～10,最大限度的保护好煤储层。

3.4 扩孔工艺

3.4.1 扩孔方案

采用水力或液压式扩孔工具,从井深269.00m开始扩孔,主要对煤层进行扩孔,直至井深486.00m,扩孔段扩孔直径不小于350mm。

3.4.2 钻具组合

扩孔钻具组合为：导向钻具/钻头+扩孔器+SUB短接+钻铤+钻杆。

导向钻具或钻头的作用主要是用来引导扩孔器。若使用钻头,应使用略小于标准尺寸的钻头,以降低扩孔过程中的额外扭矩;扩孔器采用液压式井下扩孔器,该扩孔器本体直径为 5.75″(146.05mm),可将井眼直径扩至14″(355.6mm);SUB为变径短接,主要是使钻铤与扩孔器之间成功连接。

3.4.3 扩孔作业

扩孔作业前配制2%～3%KCl盐水泥浆,然后组合扩孔钻具：PDC钻头 (未装水眼)+扩孔器+钻铤+钻杆,下钻至井底。用2%～3%KCl盐水循环清洗井筒,并把所替换出的井筒内的泥浆导入泥浆池。将钻头上提至井深269.00m,开始扩孔。根据所用工具类型和井下实际情况确定合理的钻压、转速、排量、扭矩等作业参数,出现异常情况及时采取处理措施。对扩孔返出的煤/岩屑进行收集、标记。扩孔结束后,上提扩孔钻具组合,下入常规钻具循环洗井,清理扩孔煤屑。

4 完井管串

扩孔施工作业完毕后采用井口悬挂完井管串的方式完井。管串结构 (由下至上)为：引鞋+筛管管串 (485～268m)+177.8mm×8.05mm×J55套管串+套管悬挂器。筛管直径为177.8mm,孔型为圆孔,孔密为每米60孔,孔径1/2″。完井管串下到预定位置后,井口接联顶节,开泵循环洗井2周,采用清水作为循环介质。

5 结论

织试1井于11月30日完井管串下至预定位置后顺利完井,目前正在进行排采。该井织金区块第一口采用多煤层扩孔筛管完井的煤层气井,从工程工艺的角度来看,多煤层扩孔筛管完井工艺不仅能够满足该区块地质要求,而且丰富了煤层气井的勘探开发手段。但从地质的角度来看,该完井方式是否适应该区块的煤层特点,还有待进一步的验证。

[1] 孙建平.煤层气井钻井液特点的探讨 [J].中国煤田地质,2003,15(4)：61～62,71.