MWD 在煤层气定向井施工中的应用

郝登峰

(河南省煤田地质局, 河南 450053)

MWD 无线随钻测斜仪是通过钻井液的压力脉冲传递井下仪器测取的参数, 取消了有线随钻仪的起下电缆作业, 大大缩短了测斜时间。主要用于定向井定向造斜、扭方位中随钻监控井眼轨迹, 直井段和稳斜段转盘钻井的井眼轨迹控制, 大斜度井、水平井井眼轨迹控制。普通煤层气定向井一般采用电子单、多点进行定向, 为了加快工程进度, 缩短建井周期, 缩短钻井液对煤层的浸泡时间, 同时有效控制井眼轨迹, 就要优选施工措施, 采用MWD无线随钻测斜仪进行定向。现以山西某区块的定向井为例, 对该仪器在煤层气井施工中的应用进行分析和研究。

1 地质概况

所施工的煤层气定向井, 位于山西省吉县, 其构造位置处于鄂尔多斯盆地东南缘晋西挠褶带与渭北隆起交汇处延川南区块。地层自上而下为： 第四系 (Q) , 三叠系中统纸坊组 (T2z) , 三叠系下统和尚沟组 (T1h) 及刘家沟组 (T1l) , 二叠系上统孙家沟组 (P2s) 及上石盒子组 (P2sh) , 石炭系上统太原组 (C3t) , 石炭系中统本溪组 (C2b) 。

2 主要设备机具

(1) 钻机： TSJ - 2000

(2) 柴油机： 12V135/380HP、6135/150HP 各1 台

(3) 泥浆泵： TWB1200、兰石1000 各1 台

(4) 测斜仪器： MWD 系统(技术参数见表1) 。

主要是通过井下探管测量井下数据,转换成电压脉冲码给功率驱动器,功率驱动器驱动旋转阀脉冲器产生泥浆压力脉冲,泥浆压力脉冲通过压力传感器转换成0～20mA 电流传到数据采集仪,数据采集仪降噪、解码,还原成井斜、方位、工具面等具体数据。

表1 MWD 技术参数表

3 定向施工工艺

该井施工设计采用直、增、稳三段制井眼剖面(井眼轨道设计见表2) 。直井段： 0～150m, 造斜段： 150～304m, 稳斜段： 304～1080m, 井斜达到25．75°。其剖面特点是： 造斜点浅, 稳斜井段长。为有效降低最大井斜角, 同时保证井眼清洁, 采用的造斜率为5°/30m。

表2 井眼轨道设计

3．1 直井段施工

钻具组合： φ311mm 牙轮钻头+φ203．2mm 钻铤×3 根+φ177．8mm 无磁钻铤×1 根+φ177．8mm 钻铤×3 根+φ165mm 钻铤×2 根+φ127mm 钻杆

钻井参数： 钻压40～80KN, 转速60～100r/min, 泵压1MPa, 钻井液密度1．03g/cm, 粘度34s。

在该段施工中要注意根据实际钻进情况调整钻进参数, 控制严重跳钻, 防钻具脱扣、粘扣。维持钻井液中高粘度, 确保悬砂携屑、井眼畅通。控制钻进参数, 做好防斜工作。

3．2 增斜段施工

钻具组合： φ215．9mm 牙轮钻头+φ172mm 螺杆(1．25°) + φ165mm 无 磁 钻 铤 + 定 向 短 节 +φ158．8mm 钻铤×6 根+变扣+φ127mm 钻杆。

钻井参数： 钻压40～60KN, 转速20～40r/s,泵压2～4MPa, 钻井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

在该段施工中注意选择好造斜点, 控制好造斜率和方位非常重要, 过高的造斜率会造成较大的摩阻和扭矩, 而且容易形成键槽。而造斜点选择靠后, 往往出现前面造斜率不足或方位不准, 后面采用大的造斜率或大幅度调整方位, 致使狗腿度超标。

3．3 稳斜段施工

钻具组合： φ215．9mm 牙轮钻头+φ172mm 螺杆(1．25°) +变扣+φ210mm 扶正器+φ165mm 无磁+定向短节+φ158．8mm 钻铤×6 根+变扣+φ127mm钻杆

钻井参数： 钻压40～70KN, 转速20～40r/s,泵压2～4．5MPa, 钻井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

施工中注意在钻具组合时, 马达本体的扶正器和马达以上的扶正器外径的选择十分重要。科学的钻具组合, 不仅可以大大提高井眼轨迹控制效果,而且可以提高旋转钻进方式的比例, 从而提高机械钻速, 并有利于井眼清洁和降低摩阻。煤层采用低钻压、低转速、低排量、低射流冲击力参数组合钻进, 减小煤层段井径扩大率, 防止垮塌、卡钻。完钻后进行连续多点测量, 测量间距不大于30m。

4 仪器使用过程中的注意事项

(1) 井底最高静液压力不得大于140MPa;

(2) 立管最高压力要小于31MPa, 最低压力要大于4MPa;

(3) 使用转盘钻进时, 转盘转速应低于170r/min;

(4) 划眼期间, 一定要卸下MWD, 防止仪器受到剧烈震动而损坏机械部件和电子元件;

(5) 钻井液性能必须满足MWD 的测量要求,测量期间若要调整钻井液性能, 应征求定向技术人员的意见;

(6) MWD 随钻测斜仪测量期间, 应保持泥浆泵正常工作, 上水良好, 泵及地面管线无刺漏。

5 施工效果

通过采用MWD 技术以及科学合理的钻具组合和钻进参数, 全部采用导向钻井系统来控制井眼轨迹, 使得井眼轨迹控制准确, 剖面符合率极高, 设计靶区半径20m, 实际靶心距为5．14m, 大大缩短了施工周期, 有效的保护了煤层, 满足了井眼轨迹的设计要求 (见图3、4 实际投影图) 。

6 结论

通过施工实践, 对MWD 无线随钻测斜仪器在煤层气定向井中的应用, 提出以下见解：

(1) MWD 系统在缩短工期、确保井眼轨迹控制以及降低生产成本等方面优于普通测斜仪器;

(2) 井眼轨迹设计造斜井段不宜用过高的造斜率, 以降低摩阻和扭矩, 准悬链线轨迹可以尝试;

图3 水平投影图

图4 垂直投影图

(3) 定向井的井眼轨迹设计要综合考虑地质条件、地层特性、井身结构、目标点要求等因素, 选择好造斜工具、钻具组合和造斜率等。从而改善摩阻和扭矩状况, 准确控制井眼轨迹, 提高井壁的稳定性;

(4) 井眼净化对定向井十分关键。采取的办法有： 加大排量、改善泥浆性能、旋转方式钻进、提高转盘转速、加大搅拌和冲刷等。

[1] 陈庭根, 管志川．钻井工程理论与技术 [M] ．山东： 中国石油大学出版社, 2000．