彩南油田煤层气水平井钻井技术应用.pdf

130技术应用与研究引言彩61H井位于准噶尔盆地中央坳陷白家海凸起彩南油田，钻探目的是探索白家海凸起构造高部位彩南背斜侏罗系西山窑组煤层含气性，主探侏罗系西山窑组煤层。彩南背斜J2x煤层顶、底板条件在区域上非常稳定，顶板为泥质砂岩、泥岩（厚1017m)，底板主要为厚层泥岩（厚819m)。前期钻井揭示白家海地区西山窑组发育煤层两层，单井平均累计厚度约10m15m。西山窑组煤岩呈半光亮型或暗淡型煤，灰黑色、黑灰色或黑色；煤体结构较完整，以块状为主，有碳质泥岩夹层；部分断面能看出炭化木质结构；割理发育较好或不发育，无填充。西山窑组最大镜质体反射率Ro平面图显示西山窑组Ro呈现北东低、西南高的趋势，主体区Ro为0.5%0.9%，表明西山窑组烃源岩处于低熟阶段。一、井身结构优化前期已完钻的彩探1H水平井为三开井身结构，F339.7mm表层套管下深350m，F244.5mm技术套管下至煤层顶部稳定泥岩层段，三开F215.9mm水平段专打。围绕钻井提速，彩61H井优化井身结构：一开采用F381mm钻头钻至井深435m，下入F273.1mm表层套管，固井水泥浆返至地面，为井口控制和后续安全钻井创造条件。二开采用F241.3mm钻头钻至井深1856m开始造斜、井深2419m至A点，F215.9mm钻头钻至完钻井深3594m，下入F139.7mm油层套管，固井水泥浆返至880m。优化后的二开井身结构满足区域煤层气钻井。二、钻井液技术应用及复杂处理区域上，新近系白垩系易垮塌、挂卡；侏罗系中统及以上地层为低正常压力系统，煤层发育段易垮塌和井漏。彩61H井邻井在白垩系吐谷鲁群发生多次井漏。邻井彩156井受成岩性差、地层疏松承压能力差等因素影响，钻至井深605.24m漏失密度为1.05g/cm3的钻井液95m3，钻至井深963.06m漏失密度为1.06g/cm3的钻井液104.0m3。彩162井钻至井深620.96m井漏，漏失钻井液45m3，钻至井深623m井漏，漏失钻井液80m3。邻井彩探1H在煤层水平段钻进时受煤岩成岩性差影响发生垮塌，井深2933.14m，划眼活动钻具至井深2819.63m（密度1.23g/cm3，粘度53s）时，大钩负荷由908kN上升至1112kN，发生挂卡。邻井彩526H煤层缩径、垮塌，井径扩大率最高达44%。前期使用钻井液体系为钾盐聚磺/正电胶/聚合物/钾盐聚合物/钾钙基聚合物钻井液，二开钻井液密度范围为1.051.29g/cm3，其中西山窑地层最高密度1.25g/cm3。针对难点彩61H井采用钾盐聚合物钻井液体系。钻井液基本配方：4%坂土0.2%Na2CO30.3%NaOH5%KCl0.5%0.7%SP-80.5%0.7%PMHA-23%阳离子乳化沥青0.5%复配铵盐1%2%HY-22%天然沥青0.2%黄原胶0.2%ABSN2%WRF-92%液体润滑剂2%超细碳酸钙重晶石。地层压力预告彩61H井J2-3shJ2x地层压力系数1.111.13，二开井段设计钻井液密度为1.151.25g/cm3，粘度40s80s。实际使用密度1.161.21g/cm3，粘度48s55s。彩61H井利用PMHA-2、KCl加强包被抑制；利用SP-8、复配铵盐、HY-2等降低滤失量、调整流变性；以阳离子乳化沥青、天然沥青、超细碳酸钙改善泥饼质量，强化封堵；以液体润滑剂、WRF-9提升润滑性；以随钻堵漏剂提高防漏堵漏能力。进入造斜点后，调整钻井液动、静切力，保持足够的悬浮能力，减少岩屑床形成。造斜段重点以改善泥饼质量、增强防塌和润滑性能为主。井斜角大于40以后，保持合理的F3、F6读数，增强钻井液携岩能力。水平段强化钻井液润滑和携岩能力，控制摩阻系数小于0.1，动塑比大于0.36，F6读数控制在69。邻井家探2井侏罗系西山窑组煤岩样品实验分析彩南油田煤层气水平井钻井技术应用刘占魁1周玉东2余军2王雷21.中国石油集团西部钻探工程有限公司；2.克拉玛依钻井公司【摘要】此次围绕准噶尔盆地中央坳陷白家海凸起侏罗系西山窑组煤岩钻井，介绍了井身结构优化、钻具组合及钻进情况，针对防塌和防漏技术难题重点介绍了钻井液技术应用及井漏复杂处理情况，通过优化钻头选型减少了趟钻数、提高了机械钻速，大幅度提高了钻井速度，对该区域及相似地质条件水平井钻井具有借鉴意义。【关键词】煤层气；水平井；钻井【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.18.044131技术应用与研究显示，煤岩孔隙以中大孔为主，孔径、孔容、比表面积大。压汞实验确定孔隙度平均值为9.4%；核磁共振解释平均孔隙度为8.8%。针对漏失，彩61H井钻进期间，在钻井液中加入随钻堵漏剂（TP-2、JCM-12、TP-6、YLXD、BAM-2、YB-1、GDJ-）颗粒或纤维2%3%、凝胶纤维剂等，提高钻井液防漏性能，对地层的微孔、裂缝进行前期封堵。在钻井液中随钻添加缔合型变形活塞凝胶堵漏剂APSORB-1，进一步增强防漏效果。在钻井液中加入4%的YB-1或在其他防漏、堵漏措施中配合加入YB-1提高地层承压能力。在防漏工程措施方面，针对上部井段可钻性好的特点，落实“打一划二”，划眼时间不低于5min，早开泵晚停泵，钻具平稳下放。控制环空岩屑浓度，减少压力波动，降低井底ECD。钻进期间，保持四级固控设备运转良好，使用200目以上的振动筛筛布、振动筛开动率100%，除砂器除泥器运转时率80%以上，离心机有效开动率满足钻井液相关的性能要求，以“净化”保“优化”。此外，钻具组合中带随钻堵漏工具方便处理井漏、缩短处理时间。造斜段和水平段钻井液密度主要平衡地层坍塌压力，钻井液密度根据斜井段井壁稳定情况及时进行调整，防漏防塌。彩61H井钻进至1980m时发生井漏，钻井液密度1.18g/cm3，粘度50s。通过加入4吨超细碳酸钙循环堵漏，解除复杂，共漏失钻井液14.7m3。使用密度1.21g/cm3钻井液钻进至井深2341m时发生井漏（邻井彩156井、彩157井该段密度使用1.12g/cm3，彩探1H井该段使用密度1.18g/cm3、综合对比邻井彩61H井使用密度略高），地面配浓度为15%的堵漏浆40m（原浆含5%的随钻，加入蛭石、SQD-98、综堵等），下钻到底、投球打开堵漏接头，泵入堵漏浆堵漏，解除井漏复杂，本次共漏失钻井液31.4m3。钻进至井深2383m时发生井漏、井口失返，钻井液密度1.21g/cm3，粘度57s。起钻（23832068m、期间灌浆6m井口未见液面），地面配浓度为12%堵漏浆40m。下钻到底后投球打开堵漏接头、循环泵入堵漏浆、逐步提排量循环验证堵漏效果，液面正常后循环筛堵漏剂、投球关闭堵漏接头，解除井漏复杂。本次井漏漏失钻井液18m。原因分析，西山窑组地层发育裂缝，井漏均为裂缝性漏失。三、钻具组合及钻头选型1.钻具组合及钻进情况二开直井段：241.3mm钻头+197mm弯螺杆+177.8mm钻铤1根+238mm扶正器+177.8mm钻铤+158.8mm钻铤+127mm钻杆。使用弯螺杆扩大井径减少阻卡，配合采用MWD随钻测斜，测斜间隔不超过100m，并随时调整钻进参数，保障井身质量。采用2040kN钻压、高转速钻进。短提间隔200300m或24h，重复段不低于2柱，防卡。造斜段：241.3mm钻头旋导MWD无磁承压钻杆127mm加重钻杆127mm钻杆，井眼曲率5/30m。水平段钻具组合：215.9mm钻头172mm弯螺杆LWD无磁承压钻杆127mm加重钻杆127mm钻杆，一趟钻完成水平段施工。造斜段及水平段，西山窑组煤岩结构较完整，部分断面割理发育较好，存在井壁垮塌的风险，优选封堵材料，强化封堵效果，阻止钻井液压力向裂纹内部传递，维持井壁稳定。钻进期间控制好井眼轨迹，避免出层。如果出层，立即停止钻进，提出钻具避免坍塌卡钻，起钻换常规钻具组合通井。防碰计算，彩61H井设计轨道与C1364、C130井实钻轨迹距离较近，施工过程中重点加强防碰监测，特殊井段加强防碰扫描，控制钻速，严格执行防碰措施。见表1。表1防碰计算结果井号井深(m)彩61H井深(m)中心距(m)分离系数C13642150.562148.8449.934.55C1302251.763374.3858.782.212.PDC钻头选型及优化该区地层自上而下依次为第四系（Q），古近系（E），白垩系吐谷鲁群（K1tg），侏罗系石树沟群（J2-3sh）、西山窑组（J2x）。第四系与下伏地层不整合接触，古近系与下伏地层不整合接触。侏罗系西山窑组地层颜色以灰、深灰色为主色调，中上部夹碳质泥岩和煤线，下部发育煤层为区域地质特征。地层抗压强度1050MPa，属松软易钻地层，可钻性好。前期完钻的彩526H井及彩探1H井钻头使用情况见表2、表3。表2彩526H井钻头使用情况表钻头直径（mm）钻头型号下入井深(m)进尺(m)机械钻速(m/h)444.5STG115G029573.8311.2TS1957B295180512.5311.2TS1653U210044311.2TS1653U21043522.7215.9TS1653SO24564183.2215.9TS1653UVD28745404.2表3彩探1H井钻头使用情况表钻头直径（mm）钻头型号下入井深(m)进尺(m)机械钻速(m/h)132技术应用与研究444.5T115G035159.1311.2KS1942GR351199822.8214M232234915.10.3311.2HJT517GK2364.14.80.3311.2KS1952SGR2369511.5311.2KS1652DGRX24201420.5215.9KS1652DGRX25626385.2215.9KS1652DGRX32003561.8彩61H井二开直井段优选KAH1952ARX型号PDC钻头，配合使用等壁厚螺杆强化钻进参数，提高趟钻进尺和机械钻速。二开造斜段使用旋导钻进、配合选用SI516BPXC型号PDC钻头，水平段选用KAH1652ARX型号PDC钻头。造斜段及水平段机械钻速大幅度提高。见表4。表4彩61H井钻头使用情况表钻头直径(mm)钻头型号下入井深(m)进尺 (m)机械钻速(m/h)381GAT115G043515.8241.3KAH1652XY435139024.9241.3SI516BPXC182530022.4241.3KAH1652XY21253753.3215.9KAH1652XY250010949.9前期水平井平均完钻井深3295m，平均水平段长639m，钻完井周期71.1天。彩61H水平井完钻井深3594m，钻完井周期37.7天，钻井速度大幅度提高。见表5。表5前期部分完钻井技术指标井号完钻井深(m)水平段长(m)钻完井周期(d)彩探1H3556100091.4CHW3101323369773.3CHW3102298428862.3CHW3103328657157.5彩 煤-2-0 0 3 H 井 一 开 钻 至 井 深 4 5 1 m，下 入273.1mm表层套管。二开直井段钻进至井深2000m，起钻更换旋转导向系统(172mmArcher172mmLWD172mmMWD)，钻进至井深2575m到A点。水平段使用172mm弯螺杆带172mm电阻率及172mm堵漏接头进至井深3706m完钻。在前期技术应用的基础上，彩煤-2-003H井进一步细化了钻头选型，全井平均机械钻速19.9m/h，见表6。钻井周期16.29天，钻井速度较设计提高26%。表6彩煤-2-003H井钻头使用情况钻头直径(mm)钻头型号下入井深(m)进尺(m)机械钻速(m/h)381LS1954ER045183.52 241.3LS1654ER451154927.61 241.3SI516BPXC200059616.46 215.9DD505VS2596111012.61 四、结论1.彩61H井以及彩煤-2-003H井均采用二开井身结构，表明优化后的二开井身结构满足区域煤层气钻井需要。2.靠近断层的井，钻井过程中钻具组合中配套使用多次开关堵漏接头方便西山窑组煤层裂缝发育井段堵漏。参考文献：1陈刚，秦勇，胡宗全，等.准噶尔盆地白家海凸起深部含煤层气系统储层组合特征J.煤炭学报，2016，41(01):80-86.2陈亮，刘志良，穆总结，等.准噶尔盆地煤层气储层保护及钻完井技术研究J.新疆石油天然气，2011，7(01):56-61+110-111.3徐磊.渤海垦利XX油田煤层井壁稳定钻井液技术J.石化技术，2022，29(12):59-61.4刘立军，陈必武，李宗源，张波，李佳峰，刘斌.华北油田煤层气水平井钻完井方式优化与应用J.煤炭工程，2019，51(10):77-81.5张庆，李倩，祁空军，张光波，贾慧敏，何军.煤层气老井眼加深钻井增加产能技术J.中国煤层气，2019，16(03):30-34.6李贵山，于振锋，杨晋东，等.沁水盆地郑庄区块煤层气水平井钻井体系优化J.煤炭科学技术，2023，51(04):118-126.作者简介：刘占魁（1965），男，汉族，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐人，硕士研究生，正高级工程师，现从事油气井钻井工艺工作。