45、武m1-1煤层气羽状水平井钻井技术

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1、武M1-1煤层气多分支水平井钻井工艺分析研究乔磊申瑞臣黄洪春鲜保安庄晓谦鲍清英（中国石油勘探开发研究院廊坊分院完井所河北廊坊065007）摘要：武M1-1井是中石油第一口煤层气多分支水平井，它的成功完钻为煤层气的高效开发闯出了一条新路子。以武M1-1井的实钻工程资料和现场施工经验为基础，结合有关的理论进行了总结与分析，全面概括了武M1-1井钻井工艺的特点和成功的经验，深入剖析了钻井工艺中的不足之处。本文的主要内容包括井身剖面设计与轨迹控制、井下摩阻/扭矩预测与控制、水平井与洞穴井对接、煤层井壁稳定性分析和井眼清洁等工艺

2、。武M1-1井的钻井工艺不仅具有科学的理论依据，而且经过了现场的应用，证明其具有一定的参考价值和指导作用。主题词：煤层气多分支水平井欠平衡摩阻分析地质导向煤层气是煤层中自生自储的一种清洁、高效的非常规天然气资源，又称为甲烷、瓦斯。我国煤层气的储量与常规天然气资源相当[1]，预测储量为31*1012m3。但是我国煤层普遍存在低压、特低渗和气饱和等特性，利用现有的直井射孔压裂常规技术开采单井产量低，效益差。为了寻求煤层气的高效开发方式，2005年中国石油集团首次在山西宁武盆地部署了一口多分支水平井，探讨这一煤层气新技术的工

3、程可行性。历时3个多月，在15家单位的共同努力下武M1-1井于05年10上旬顺利完钻，填补了中石油钻井史上的一项空白。武M1-1井设计有十个分支，主井眼每侧各5个分支，垂深为900米，总进尺达7993米。一、武M1-1井钻井工艺概况武M1-1井多分支水平井工艺集成了充气欠平衡、地质导向技术等许多现代先进钻井技术，是一项技术含量高、涉及专业广和服务队伍多的系统工程。整个施工过程中动用了许多新式的工具和仪器，例如用于两井连通的电磁测量装置、小尺寸的地质导向工具、高效减阻短节（AG-itator）和欠平衡相关装备等。武M1-

4、1井组由两口井组成，即洞穴井和多分支水平井。该井的施工顺序为：首先钻洞穴井并在其井底煤层段造一符合现场要求的洞穴，接着开始多分支水平井的钻进，采用近钻头电磁测距的方法将两井连通，最后完成煤层中的主水平井眼和多个分支井眼。由于煤层比较脆，而且武M1-1井比较深，所以整个施工过程中的防塌任务比较突出。同时煤层也容易污染并导致产量急剧下降，井底欠压值的控制就成为了至关重要的因素。二、井身剖面与结构设计宁武盆地9＃煤层顶板深度为882.06m，煤厚11m，煤层倾角7°左右，同时水平井与洞穴井的连通距离仅200m，这些因素都给井

5、眼剖面的设计带来了困难。设计人员最终采用了“能消耗较少垂深而得到较大位移”的理念进行井身剖面设计，所选定的井身剖面“直－增－稳”三段制，从而达到了更大的水垂比，使井眼轨迹顺利着陆。武M1-1井的造斜点在712米，着陆点在942m，造斜段造斜率为10º/30m。水平井的井身结构为：φ244.5mm表层套管×51m＋φ177.8mm技术套管×949m＋Φ152.4mm主水平井眼（裸眼完井）×2000m＋Φ152.4mm分支水平井眼（10个分支）×（300～600m）。洞穴井的井身结构为：φ244.5mm表层套管×60m＋φ

6、177.8mm技术套管×950m，其中878～883m处为裸眼洞穴。着陆点洞穴井图1武M1-1井眼轨迹垂直投影图一、井下摩阻、扭矩预测与控制钻柱的井下摩阻、扭矩分析是煤层气多分支水平井井眼轨迹设计的基础，是确定分支井在煤层控制区域大小的关键参数。另外摩阻、扭矩分析也是钻机选型、轨迹优化的依据。武M1-1水平井选择的钻机为ZJ30B，配有250t的顶驱。武M1-1井煤层段的钻进使用了Andergauge公司的AG-itator新型减阻器，有效降低了摩阻，使管柱受力合理，避免了钻柱的螺旋屈曲。井眼轨迹的设计采用了最小曲率法

7、，并假定两测点间的管柱形状与井段形状一致，同时采用了Landmark软件中的软杆模型进行了摩阻、扭矩的分析与预测。二、井眼轨迹的导向控制武M1-1多分支水平井的井眼轨迹控制模式可以概括为：（1）井下导向马达的滑动钻进实现方位和井斜的改变；（2）井下导向马达的复合钻井实现稳斜；（3）LWD的应用实现了地质导向。水平井上部的直井段采用了塔式钻具组合和钟摆钻具组合，重点控制井斜。造斜段为的井深712m～942m，采用单弯可调螺杆钻具（1.76º）完成了0～83º的造斜，具体钻具组合为：216mm钻头＋螺杆钻具＋169mm无磁

8、钻挺×1根＋MWD＋165mm无磁钻挺×1根＋127mm加重钻杆×7根＋159mm震击器＋127mm钻杆。施工过程中要确保工具的造斜率能够达到设计要求，使井眼轨迹在煤层中顺利着陆。主水平井眼及十个分支均采用了地质导向钻具组合钻进，具体钻具组合为：Φ152.4mm钻头(Ms1354Mss,W12×W12×W13)×0.22m＋Φ12