45、武m1-1煤層氣羽狀水平井鉆井技術(shù)

1、武M11煤層氣多分支水平井鉆井工藝分析研究煤層氣多分支水平井鉆井工藝分析研究喬磊申瑞臣黃洪春鮮保安莊曉謙鮑清英（中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院完井所河北廊坊065007）摘要：武M11井是中石油第一口煤層氣多分支水平井，它的成功完鉆為煤層氣的高效開發(fā)闖出了一條新路子。以武M11井的實鉆工程資料和現(xiàn)場施工經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合有關(guān)的理論進(jìn)行了總結(jié)與分析，全面概括了武M11井鉆井工藝的特點和成功的經(jīng)驗，深入剖析了鉆井工藝中的不足之處。本文的主要內(nèi)

2、容包括井身剖面設(shè)計與軌跡控制、井下摩阻扭矩預(yù)測與控制、水平井與洞穴井對接、煤層井壁穩(wěn)定性分析和井眼清潔等工藝。武M11井的鉆井工藝不僅具有科學(xué)的理論依據(jù)，而且經(jīng)過了現(xiàn)場的應(yīng)用，證明其具有一定的參考價值和指導(dǎo)作用。主題詞主題詞：煤層氣多分支水平井欠平衡摩阻分析地質(zhì)導(dǎo)向煤層氣是煤層中自生自儲的一種清潔、高效的非常規(guī)天然氣資源，又稱為甲烷、瓦斯。我國煤層氣的儲量與常規(guī)天然氣資源相當(dāng)[1]，預(yù)測儲量為311012m3。但是我國煤層普遍存在低壓、

3、特低滲和氣飽和等特性，利用現(xiàn)有的直井射孔壓裂常規(guī)技術(shù)開采單井產(chǎn)量低，效益差。為了尋求煤層氣的高效開發(fā)方式，2005年中國石油集團(tuán)首次在山西寧武盆地部署了一口多分支水平井，探討這一煤層氣新技術(shù)的工程可行性。歷時3個多月，在15家單位的共同努力下武M11井于05年10上旬順利完鉆，填補(bǔ)了中石油鉆井史上的一項空白。武M11井設(shè)計有十個分支，主井眼每側(cè)各5個分支，垂深為900米，總進(jìn)尺達(dá)7993米。一、一、武M11M11井鉆井工藝概況井鉆井工藝

4、概況武M11井多分支水平井工藝集成了充氣欠平衡、地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)等許多現(xiàn)代先進(jìn)鉆井技術(shù)，是一項技術(shù)含量高、涉及專業(yè)廣和服務(wù)隊伍多的系統(tǒng)工程。整個施工過程中動用了許多新式的工具和儀器，例如用于兩井連通的電磁測量裝置、小尺寸的地質(zhì)導(dǎo)向工具、高效減阻短節(jié)（AGitat）和欠平衡相關(guān)裝備等。武M11井組由兩口井組成，即洞穴井和多分支水平井。該井的施工順序為：首先鉆洞穴井并在其井底煤層段造一符合現(xiàn)場要求的洞穴，接著開始多分支水平井的鉆進(jìn)，采用近鉆頭電

5、磁測距的方法將兩井連通，最后完成煤層中的主水平井眼和多個分支井眼。由于煤層比較脆，而且武M11井比較深，所以整個施工過程中的防塌任務(wù)比較突出。同時煤層也容易污染并導(dǎo)致產(chǎn)量急劇下降，井底欠壓值的控制就成為了至關(guān)重要的因素。二、二、井身剖面與結(jié)構(gòu)設(shè)計井身剖面與結(jié)構(gòu)設(shè)計寧武盆地9＃煤層頂板深度為882.06m，煤厚11m，煤層傾角7左右，同時水平井與洞穴井的連通距離僅200m，這些因素都給井眼剖面的設(shè)計帶來了困難。設(shè)計人員最終采用了“能消耗較

6、少垂深而得到較大位移”的理念進(jìn)行井身剖面設(shè)計，所選定的井身剖面“直－增－穩(wěn)”三段制，從而達(dá)到了更大的水垂比，使井眼軌跡順利著陸。武M11井的造斜點在712米，著陸點在942m，造斜段造斜率為1030m。水平井的井身結(jié)構(gòu)為：φ244.5mm表層套管51m＋φ177.8mm技術(shù)套管949m＋Φ152.4mm主水平井眼（裸眼完井）2000m＋Φ152.4mm分支水平井眼（10個分支）（300～600m）。洞穴井的井身結(jié)構(gòu)為：φ244.5mm表

7、層套管60m＋φ177.8mm技術(shù)套管950m，其中878～883m處為裸眼洞穴。武M11水平井和洞穴井的連通過程中采用了RMR技術(shù)。RMR技術(shù)的核心是電磁測距，主要用來測量目標(biāo)井（通常為直井）和實鉆井的直線距離，它必須與螺桿鉆具和MWD配合使用，目前RMR在CBM井、SAGD、控制井噴等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。RMR技術(shù)的硬件構(gòu)成包括永磁短節(jié)和強(qiáng)磁計或探管。永磁短節(jié)用來提供一個恒定的待測磁場，電磁信號的有效距離為40m，探管可采集永

8、磁短節(jié)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度信號，最后通過采集軟件可準(zhǔn)確計算兩井間的距離和當(dāng)前鉆頭的位置。連通過程的鉆具組合為：Φ152.4mm鉆頭＋Φ125永磁短節(jié)0.39m＋馬達(dá)(1.5)＋Φ120mm無磁鉆挺＋MWD＋Φ120mm無磁鉆挺＋Φ89mm鉆桿。280260240220200180160140120100737169676563615957555351494745N(m)E(m)圖2武M11井兩井連通過程（水平投影圖）起點測點洞穴六、六、井壁穩(wěn)

9、定與井眼清潔井壁穩(wěn)定與井眼清潔寧武盆地9＃煤比較穩(wěn)定，但是如何保持煤層井壁穩(wěn)定，仍是貫穿鉆完井過程的一個核心問題。煤層的井壁穩(wěn)定涉及地應(yīng)力、巖石強(qiáng)度、地層壓力、井內(nèi)液柱壓力和鉆井液化學(xué)成份等多方面的因素，如果設(shè)計或施工中出現(xiàn)一些漏洞，那么在這種疏松地層中鉆進(jìn)極易引起井下垮塌、卡鉆等復(fù)雜事故[3]。武M11井600～900米處的地層壓力系數(shù)約為1～1.12，通過綜合考慮以上影響因素，確定的泥漿密度為1.08，然后通過注氣將ECD降低到0.

10、96左右，以實現(xiàn)近平衡鉆井。該井三開的鉆井液體系為甲基無固相鉆井液，添加劑包括坂土、石墨固體潤滑劑、液體潤滑劑、超細(xì)石灰石（CaCO3）、防塌劑等，具體的鉆井液性能為：密度1.08gcm3，粘度42s，失水5mL。由于煤層段的鉆速可達(dá)到3mmin，武M11井采取了完善的井眼清潔措施。每鉆完一柱后，至少充分循環(huán)一周并嚴(yán)格監(jiān)視振動篩，同時每鉆進(jìn)30m至60m泵入CMC高粘度泥漿（70S）1～2m3。但是通過完井后的生產(chǎn)情況看，該井的鉆井液配

11、方不合理，最終導(dǎo)致煤層受到了傷害。由于煤層對油具有吸附性，鉆井液中的油基潤滑劑會吸附在煤層的孔隙內(nèi)，從而降低了煤層的滲透率并會影響煤層氣的解析。另外鉆井液中的坂土等顆粒性物體也會對煤層造成一定的傷害。通過近期幾口煤層氣井的實踐和總結(jié)，適合煤層氣開發(fā)的最佳鉆井液為清水和空氣，既可以實現(xiàn)煤儲層的最有效保護(hù)，又可以達(dá)到低成本開發(fā)的目的。七、七、充空氣欠平衡工藝充空氣欠平衡工藝寧武盆地的煤層具有低壓、低滲、出水多的特點，為了保護(hù)儲層，不宜采用常