超短半径径向水平井新技术及其在煤层气开采中的应用

超短半径径向水平井新技术及其

在煤层气开采中的应用

张　义　鲜保安　赵庆波　鲍清英　张继东　高　颖

(中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊　065007)

摘　要:超短半径径向水平井钻井技术是近几十年来发展起来的一项新型油田增产技术。利用该技术在早期或老期油气井、压裂效果不好的探井以及近井地带污染/堵塞严重的已开发井中开展

试验,取得了较好的增产效果,但由于转向系统、水力破岩钻头等几项关键技术问题,一直没有得到大面积的推广应用。本文在分析常规径向水平井转向系统、破岩钻头等关键技术优缺点的同时,介绍了这几项关键技术近几年来国内外取得的新进展及其在煤层气钻井中的优势。关键词:径向水平井　转向系统　水力破岩钻头　煤层气　旋转

Study on New T echnologies of Ultra 2short Radius Radial H orizontal

Wells and Application in C oal 2bed Methane Development

Zhang Y i ,X ian Bao ’an ,Zhao Qingbo ,Bao Qingying ,Zhang Jidong and G ao Y ing

(Lang fang Branch ,R esearch Institute o f P etr oleum E x ploration and Developm ent ,P etr ochina ,H ebei 065007)Abstract :Ultra 2short radius radial horizontal wells technology is a new stimulation for oil development in re 2cent years.It has g ot a g ood stimulation effect in old oil or gas wells ,bad fractured wells ,and near borehole damage wells.H owever ,this technology has not been used widely due to s ome critical technologies ’problems such as turning system ,hydraulic rock 2breaking bit ,etc.In this paper ,both pros and cons of the critical technologies of comm on radial horizontal wells technology are analyzed.Meanwhile ,new progresses and advan 2tages in C BM drilling of these critical technologies both home and abroad are als o introduced in detail.K eyw ords :Radial horizontal well ;turning system ;hydraulic rock 2breaking bit ;C BM ;rev olving

美国的Bechtel 和Petrophsics 两家公司在20世

纪80年代联合研制出利用高压水射流钻头通过特制井下转向器进行径向水平钻进的钻井系统。至1992年Bechtel 利用该套系统在北美的未固结砂岩和石灰岩地层钻成的径向井已超过1000口,并且能够在同一口井的同一深度向四周钻出多个径向水平井眼[1]。我国自“九五”期间起也对该项技术进行了系统的研究,并先后在早期或老期油气井、以及压裂效果不好的探井或近井地带污染/堵塞严重

的已开发井中开展了试验,单井产量均取得很大提高,一般提高2倍以上,有的甚至高达5～20倍[2]。

我国煤层气资源量丰富,2000m 以浅的煤层气资源量约为3415×1012m 3,与陆地常规天然气资源量相当,居世界第三位[3]。但我国煤层的渗透率通常在(01001～110)×10-3μm 2范围,属于特低渗透;煤层孔隙压力0187～110MPa/100m ,属低压;煤层孔隙度一般小于10%,因此98%的煤层气井需

作者简介　张义,男,1983年生,硕士研究生,主要从事水平井、欠平衡钻井及煤层气钻采方面的研究。

第5卷第3期 中国煤层气 V ol 15N o 132008年7月 CHI NA C OA LBE D METH ANE July 12008

要进行大型水力压裂,直井水力压裂技术是目前煤层气开采中最常用的增产措施[4-5]。但由于煤储层与常规碎屑岩储层有较大差异,常规的水力压裂技术裂缝在煤储层中形不成稳定长裂缝,因而沟通能力有限,在井筒周围形成的压降漏斗范围小,煤层气解吸范围有限,煤层气井压裂试气单井日产气悬殊较大:高产井日产气过万方,低产井则只有几十方。因此,急需引进一种新的煤层气增产技术。超短半径径向水平井钻井技术由于具备穿透深度长、定向效果好、成本低、施工成功率高等特点,因此在煤层割理、裂缝发育的高煤阶煤层中、以及压裂效果不好的探井或开发井中,引进该技术可以取得更好的开发效果[2,6]。但常规的超短半径径向水平井技术由于扩孔工具、转向系统以及破岩钻头等几项关键技术问题,一直没有进行大面积的推广应用[7-8]。

本文在分析常规超短半径径向水平井转向系统、水力破岩钻头等关键技术优缺点的基础上,系统地介绍了近几年来这几项关键技术国内外所取得的新成果及其在煤层气钻井中应用的优势。

1　超短半径径向水平井钻井简介

超短半径水平井是指曲率半径远比常规的短曲率半径水平井更短的一种水平井,也称为超短半径

径向水平井。完成该水平井的钻井系统称之为“Ultra -short Radius Radial System ”,简称URRS (见图1),所钻出的水平井的典型分布情况如图2所示[2]

。

图1　

超短半径径向水平井钻井系统

图2　超矩半径径向水平井典型分布图

图3　常规转向系统

2　超短半径径向水平井钻井新技术

超短半径径向水平井钻井技术系统主要包括地面设备和井下工具两部分:地面设备主要为常规的

修井机车、高压水射流发生装置、缆绳车和计算机监控设备,分别用来提供水力破岩、井下工具的动力、下钻具以及控制钻井速度;井下工具包括水力破岩钻头及与之连接在一起的生产管、转向系统(斜向器)及控制机构等。

对于超短半径径向水平井钻井系统,地面设备和井下工具中的生产管均是标准件,因而转向系统、水力破岩钻头及控制机构是整个钻井系统的关键[2,6,7]。211　转向系统

常规的转向系统是先在垂直井筒内目的层段扩孔,孔径在Φ630mm 以上,而后通过曲率导向管在扩孔段实现生产管由垂直转向水平,并保证在水平钻进过程中对前进的作为钻杆的生产管给予稳定的支撑,转向系统结构如图3所示[6]。该套转向器能满足工业要求,完成水平井的转向和径向水平钻进,但存在以下几个主要问题:1)扩孔直径要求达到0163m

以上,常规扩孔工具难以实现;2)对于多煤层井眼来说,需要进行多层扩孔,这

将浪费大量的人力和物力

1

2第3期 超短半径径向水平井新技术及其在煤层气开采中的应用