松软煤层水平对接井筛管完井工艺技术_赵永哲.pdf

第42卷第4期 2014年8月 煤田地质与勘探Vol. 42 No.4 Aug. 2014 COAL GEOLOGY coal bed methane; horizontally-intersected well; well completion with screen pipe; CBM development 基于水平对接井开发煤层气的工艺特点，目前 常用的完井方式主要有裸眼完井［I］、套管射孔完井［2] 和筛管完井［3-4］等。就较硬煤层而言，地质条件相对 简单、煤质坚硬致密、井壁稳定性好，以裸眼完井 为主。而对于我国普遍存在的松软煤层，由于地质 条件复杂，裸眼完井易造成井壁拥塌，进而堵塞气 流通道；套管射孔完井虽可解决井壁拥塌问题，但 下套管固井过程中，易污染煤层，同时造成井壁附 近煤层渗透率降低。因此上述两种完井方式均会对软 煤层水平对接井后期排采效果产生较大的负面影响。 为进一步提高煤层气开发效果，本文旨在探索 适应于松软煤层的水平对接井筛管完井工艺技术方 法，包括PE筛管及配套设备机具选型、筛管下入 工艺技术及注意事项等，以期提高煤层气的抽采效 率和抽采量，为松软煤层的煤层气地面开发提供可 靠的技术和装备保障。 收稿日期2013-10-30 基金项目国家科技重大专项课题（2008ZX0504I-OO 1 1 筛管完井 煤层气水平对接井完钻后，通过在煤层水平井 段下入筛管用于支撑井壁，防止煤层胡塌，提高后 期产气量。考虑到后期采煤作业的安全，煤层水平 段一般禁止用金属材质的筛管。由于PE筛管具有 较高的耐压强度、安全系数和环刚度以及良好的抗 应力开裂能力，目前主要采用PE筛管通过钻具内 孔下放至目的煤层［匀。 2 筛管及配套设备机具选型 2.1筛管 根据国内煤层气水平井煤层段常规井眼尺寸、 钻具内径和松软煤层的基本状况，结合相关研究资 料及优化设计［6-10］，选择用于松软煤层水平对接井 完井用筛管的基本参数见表10 作者简介赵永哲（1975），男，陕西周至人，博士研究生，副研究员，从事地面及煤矿井下定向钻进技术研究． ChaoXing 第4期赵永哲．松软煤层水平对接井筛管完井工艺技术101 表1煤层气水平对接井完井用筛管基本参数 Table 1 Basic parameters of well completion screen pipe used in horizontally-intersected well for CBM development 筛管材质 筛管外径壁厚筛眼宽度筛眼长度筛a民相位分布筛ff民面密度 筛H良形状 Imm Imm Imm Imm ／（。）／ PEIOO 50.8 4.6 长条形 相关研究涉及的室内抗压试验证实［II叫，该类 筛管的抗挤值折算为16.58m垮塌煤层高度，超过 内绝大多数进行煤层气开发的煤层厚度，因此该 类筛管可满足煤层气水平井完井要求。 2.2锚头 锚头由尼龙材质做成，整体强度高，抗变形能 力强。锚头在筛管下放过程中起引导和减少摩擦作 用，下人预定深度后可起锚固锁定作用。 如阁l所示，锚头安装固定在筛管前端，主要由 锁定机构和承压台肩组成。锁定机构包括张开支臂和 扭簧两部分。下筛管过程中，张开支臂在钻杆内壁约 束下压缩扭簧，起扶正拉直筛管和减小整体摩擦力的 作用。当筛管下入预定深度后，开泵建立循环，在一 定泵压下锚头被冲出钻具时，张开支臂不受钻杆内壁 的约束，在扭簧作用力下，自动张开，插入煤层，固 定筛管，防止在起钻过程中筛管被带出。承压台肩位 于锚头前端，外径大于筛管外径但略小于钻杆内径， 起导向和依靠水压差牵引筛管前行的作用。 电Vi定机构承压台的 图l锚头机构外形结构图 Fig. I Structure of the cathead mechanism 2.3 PE筛管助推器 PE筛管下入过程中，借助助推器对筛管施加一 定推力，用以克服与钻杆内壁间产生的摩阻，为PE 筛管的顺利下人提供保障。 如图2所示，助推器主要由连接头、支架、 执 行元件和操作手柄组成。连接头以螺纹丝扣形式将 助推器与井内钻杆柱连接在一起；支架用于固定助 推器，在满足使用要求的前提下，整体结构简单、 紧凑，方便搬运、安装和拆卸；执行元件主要包括 3个马达和3条齿形皮带，3个马达之间周向夹角均 为120。’各自驱动一条皮带，实现皮带上下循环运 动，借助皮带与筛管间产生的摩擦力，为筛管下放 提供动力；根据筛管下放过程中遇阻情况，利用操 作手柄调节3条皮带的中心距，减小或增大筛管与 皮带间的摩擦力，实现快速、高效的筛管下放。 7 25 60 34 操作于柄 J丸行Jt1斗 义’采 图2助掖器外形结构图 Fig.2 Outline structure of the booster 2.4 液压泵站 液压泵站的作用是为助推器提供动力。助推器 除配套专用液压泵站外，也可利用施工现场准压钻 机泵站或其他液压泵站作为动力源。筛管下放作业 前，需利用油管先将助推器与液压泵站相连接。 3 筛管下入工艺技术 筛管下入孔内工艺流程如图3。 筛笆’i且ilIM在r.li何人钻H 声ljltfr筛4匠、拆倒l 助推7,苦 冲Iii愉头网定 m定.fL段 通过四＇JtF.r.li调节下 放述皮 图3筛管下入工艺流程 Fig.3 Technological process of screen pipe running op巳ration ChaoXing 102 煤田地质与勘探第42卷 4 现场应用 晋城成庄区块东四盘区节于沟整丘陵地带，近 年采用大量直井压裂进行煤层气开发，前期产气效 果较好。但由于该区域主采煤层煤质松软，钻井井 壁易发生明塌，导致后期产气量衰减较快。针对此 状况，在部分沟望影响间距较大的直井之间，开展 加密U水平对接井筛管完井工艺技术试验，以提 高煤层气的产气量。 SH-U2井组是3口水平井（SH-U2-l井、SH-U2-2 SH-U2-3 井和SH-U2-3井），均与直井SH-U2-4井对撞。由 于煤层易于明塌，为保证对接施工的成功，设计近 端对接后，沿煤层继续延伸钻进。3口水平井煤层 段总进尺超过1600 m，选用外径50.8mm、壁厚4.6mm 的PE筛管。用上述筛管下人的工艺技术，在3口水 平井煤层段下人PE筛管总长度达1466 m，其中 SH-U2-3井煤层段下人PE筛管570m，为后期煤层气 排采的产气量和有效期提供了有利保障。SH-U2-3井 筛管下入深度及井内筛管位置示意如图4所示。 SH-U2-4 图4SH-U2-3井筛管下入深度及井内筛管位置示意图 Fig.4 Depth and location of screen pipe running down in wel SH-U2-3 5结论 a.松软煤层利用水平对接井进行煤层气开发， 采用PE筛管完井工艺技术，可有效防止煤层段井 壁胡塌，为后期排采提供有效过流面积。 b.经现场应用，优选直径50.8mr刀，壁厚4.6mm 等参数的PE筛管可满足煤层气开采需要，适用于 煤层气水平对接井筛管完井工艺技术。 c.锚头、助推器和液压动力站等配套设备机 具，为PE筛管的下入起到了至关重要的作用。 d.筛管完井工艺是一项系统工程，为确保筛管 下人作业顺利进行，应事先做好各项准备工作，重 视相关操作注意事项，避免发生井内事故。 e.针对松软煤层的水平对接井工程，为了后续 通井方便，可攻关直接在钻井中下入连续油管或较 大直径筛管的方式完井。 参考文献 I）依秀慧水平井裸目＆筛管完井技术在新滩泊回薄层稠汹汹藏 的应用川内蒙肯石油化工，2010.3623 90. 2）付丽霞．水平井套管射孔完井和割缝衬管完井的优化设计J]. 国外油田工程，2007.2311）另一42. 3］雷齐松，李振，王海红，等．筛管完井工艺技术的应用［J].地 质矿产，20126132 133. 4］齐月魁，刘艳红，常青．等．水平井剖缝筛管完井技术应用［J]. 钻采工艺，2000,235 98一100. [5］申瑞臣，时文．徐义．等煤层气U型井PE筛管完井泵送方 案（J］.中国石油大学学报，2012,365 96- 99. 6］石晓兵，施太和．王兆会．等。岩心粒度分析分选评价 及剖缝筛管缝宽设计（JJ。石油钻采工艺.1999, 21 4 43- 47. [7］王新峰．杨贺来基于最大过流丽积比率的石油割缝筛管优化 设计（JJ.机械工程师，20066 49- 51. [8］齐月魁，如l艳红．常青．等水平井害lj缝筛管完井技术应用［J]. 钻采技术，2000,235 98-100. [9］张建乔，X,j永红．主lj春阳．等。复合缝腔害lj缝筛管的流阻分析 及优化设计J］，工程设计学报，2006.134 260-263. 10］付利，申瑞臣，苏海洋，等煤层气水平井完井用塑料筛管优 化设计J］.石油机械，2012,408 47-51 11］樊生利沁水盆地南部煤层气勘探成果与地质分析（J］.天然 气工业，2001,214 35 38. 12］时文，申瑞臣，屈平，等－煤层气井完井用PE筛管的地质适 应性分析（J］.天然气工业，2013,334 90. ChaoXing