郝登峰

(河南省煤田地質(zhì)局, 河南 450053)

MWD 無線隨鉆測(cè)斜儀是通過鉆井液的壓力脈沖傳遞井下儀器測(cè)取的參數(shù), 取消了有線隨鉆儀的起下電纜作業(yè), 大大縮短了測(cè)斜時(shí)間。主要用于定向井定向造斜、扭方位中隨鉆監(jiān)控井眼軌跡, 直井段和穩(wěn)斜段轉(zhuǎn)盤鉆井的井眼軌跡控制, 大斜度井、水平井井眼軌跡控制。普通煤層氣定向井一般采用電子單、多點(diǎn)進(jìn)行定向, 為了加快工程進(jìn)度, 縮短建井周期, 縮短鉆井液對(duì)煤層的浸泡時(shí)間, 同時(shí)有效控制井眼軌跡, 就要優(yōu)選施工措施, 采用MWD無線隨鉆測(cè)斜儀進(jìn)行定向?，F(xiàn)以山西某區(qū)塊的定向井為例, 對(duì)該儀器在煤層氣井施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

1 地質(zhì)概況

所施工的煤層氣定向井, 位于山西省吉縣, 其構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地東南緣晉西撓褶帶與渭北隆起交匯處延川南區(qū)塊。地層自上而下為： 第四系 (Q) , 三疊系中統(tǒng)紙坊組 (T2z) , 三疊系下統(tǒng)和尚溝組 (T1h) 及劉家溝組 (T1l) , 二疊系上統(tǒng)孫家溝組 (P2s) 及上石盒子組 (P2sh) , 石炭系上統(tǒng)太原組 (C3t) , 石炭系中統(tǒng)本溪組 (C2b) 。

2 主要設(shè)備機(jī)具

(1) 鉆機(jī)： TSJ - 2000

(2) 柴油機(jī)： 12V135/380HP、6135/150HP 各1 臺(tái)

(3) 泥漿泵： TWB1200、蘭石1000 各1 臺(tái)

(4) 測(cè)斜儀器： MWD 系統(tǒng)(技術(shù)參數(shù)見表1) 。

主要是通過井下探管測(cè)量井下數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成電壓脈沖碼給功率驅(qū)動(dòng)器,功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥脈沖器產(chǎn)生泥漿壓力脈沖,泥漿壓力脈沖通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換成0～20mA 電流傳到數(shù)據(jù)采集儀,數(shù)據(jù)采集儀降噪、解碼,還原成井斜、方位、工具面等具體數(shù)據(jù)。

表1 MWD 技術(shù)參數(shù)表

3 定向施工工藝

該井施工設(shè)計(jì)采用直、增、穩(wěn)三段制井眼剖面(井眼軌道設(shè)計(jì)見表2) 。直井段： 0～150m, 造斜段： 150～304m, 穩(wěn)斜段： 304～1080m, 井斜達(dá)到25．75°。其剖面特點(diǎn)是： 造斜點(diǎn)淺, 穩(wěn)斜井段長(zhǎng)。為有效降低最大井斜角, 同時(shí)保證井眼清潔, 采用的造斜率為5°/30m。

表2 井眼軌道設(shè)計(jì)

3．1 直井段施工

鉆具組合： φ311mm 牙輪鉆頭+φ203．2mm 鉆鋌×3 根+φ177．8mm 無磁鉆鋌×1 根+φ177．8mm 鉆鋌×3 根+φ165mm 鉆鋌×2 根+φ127mm 鉆桿

鉆井參數(shù)： 鉆壓40～80KN, 轉(zhuǎn)速60～100r/min, 泵壓1MPa, 鉆井液密度1．03g/cm, 粘度34s。

在該段施工中要注意根據(jù)實(shí)際鉆進(jìn)情況調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù), 控制嚴(yán)重跳鉆, 防鉆具脫扣、粘扣。維持鉆井液中高粘度, 確保懸砂攜屑、井眼暢通。控制鉆進(jìn)參數(shù), 做好防斜工作。

3．2 增斜段施工

鉆具組合： φ215．9mm 牙輪鉆頭+φ172mm 螺桿(1．25°) + φ165mm 無 磁 鉆 鋌 + 定 向 短 節(jié) +φ158．8mm 鉆鋌×6 根+變扣+φ127mm 鉆桿。

鉆井參數(shù)： 鉆壓40～60KN, 轉(zhuǎn)速20～40r/s,泵壓2～4MPa, 鉆井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

在該段施工中注意選擇好造斜點(diǎn), 控制好造斜率和方位非常重要, 過高的造斜率會(huì)造成較大的摩阻和扭矩, 而且容易形成鍵槽。而造斜點(diǎn)選擇靠后, 往往出現(xiàn)前面造斜率不足或方位不準(zhǔn), 后面采用大的造斜率或大幅度調(diào)整方位, 致使狗腿度超標(biāo)。

3．3 穩(wěn)斜段施工

鉆具組合： φ215．9mm 牙輪鉆頭+φ172mm 螺桿(1．25°) +變扣+φ210mm 扶正器+φ165mm 無磁+定向短節(jié)+φ158．8mm 鉆鋌×6 根+變扣+φ127mm鉆桿

鉆井參數(shù)： 鉆壓40～70KN, 轉(zhuǎn)速20～40r/s,泵壓2～4．5MPa, 鉆井液密度1．02g/cm, 粘度30s。

施工中注意在鉆具組合時(shí), 馬達(dá)本體的扶正器和馬達(dá)以上的扶正器外徑的選擇十分重要?？茖W(xué)的鉆具組合, 不僅可以大大提高井眼軌跡控制效果,而且可以提高旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式的比例, 從而提高機(jī)械鉆速, 并有利于井眼清潔和降低摩阻。煤層采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速、低排量、低射流沖擊力參數(shù)組合鉆進(jìn), 減小煤層段井徑擴(kuò)大率, 防止垮塌、卡鉆。完鉆后進(jìn)行連續(xù)多點(diǎn)測(cè)量, 測(cè)量間距不大于30m。

4 儀器使用過程中的注意事項(xiàng)

(1) 井底最高靜液壓力不得大于140MPa;

(2) 立管最高壓力要小于31MPa, 最低壓力要大于4MPa;

(3) 使用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)時(shí), 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速應(yīng)低于170r/min;

(4) 劃眼期間, 一定要卸下MWD, 防止儀器受到劇烈震動(dòng)而損壞機(jī)械部件和電子元件;

(5) 鉆井液性能必須滿足MWD 的測(cè)量要求,測(cè)量期間若要調(diào)整鉆井液性能, 應(yīng)征求定向技術(shù)人員的意見;

(6) MWD 隨鉆測(cè)斜儀測(cè)量期間, 應(yīng)保持泥漿泵正常工作, 上水良好, 泵及地面管線無刺漏。

5 施工效果

通過采用MWD 技術(shù)以及科學(xué)合理的鉆具組合和鉆進(jìn)參數(shù), 全部采用導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)來控制井眼軌跡, 使得井眼軌跡控制準(zhǔn)確, 剖面符合率極高, 設(shè)計(jì)靶區(qū)半徑20m, 實(shí)際靶心距為5．14m, 大大縮短了施工周期, 有效的保護(hù)了煤層, 滿足了井眼軌跡的設(shè)計(jì)要求 (見圖3、4 實(shí)際投影圖) 。

6 結(jié)論

通過施工實(shí)踐, 對(duì)MWD 無線隨鉆測(cè)斜儀器在煤層氣定向井中的應(yīng)用, 提出以下見解：

(1) MWD 系統(tǒng)在縮短工期、確保井眼軌跡控制以及降低生產(chǎn)成本等方面優(yōu)于普通測(cè)斜儀器;

(2) 井眼軌跡設(shè)計(jì)造斜井段不宜用過高的造斜率, 以降低摩阻和扭矩, 準(zhǔn)懸鏈線軌跡可以嘗試;

圖3 水平投影圖

圖4 垂直投影圖

(3) 定向井的井眼軌跡設(shè)計(jì)要綜合考慮地質(zhì)條件、地層特性、井身結(jié)構(gòu)、目標(biāo)點(diǎn)要求等因素, 選擇好造斜工具、鉆具組合和造斜率等。從而改善摩阻和扭矩狀況, 準(zhǔn)確控制井眼軌跡, 提高井壁的穩(wěn)定性;

(4) 井眼凈化對(duì)定向井十分關(guān)鍵。采取的辦法有： 加大排量、改善泥漿性能、旋轉(zhuǎn)方式鉆進(jìn)、提高轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、加大攪拌和沖刷等。

[1] 陳庭根, 管志川．鉆井工程理論與技術(shù) [M] ．山東： 中國(guó)石油大學(xué)出版社, 2000．