Tecnología de perforación direccional de pozos de metano en capas de carbón
Hou Yanbo, Sun Jianping, Zhang Jian, Sun Qiang, Li Shaoyong
(China United Coalbed Mtane Co., Ltd. Beijing 100011)
Resumen: Las características de los yacimientos de metano en capas de carbón y otros aspectos se comparan con el gas natural convencional. Las diferencias en los yacimientos determinan la particularidad de la perforación, terminación, protección de yacimientos y otras tecnologías de metano en capas de carbón. Sobre la base de pruebas y resúmenes continuos, este documento ha desarrollado un conjunto de tecnología de perforación de pozos direccionales y medidas de control de calidad de pozos adecuadas para el desarrollo de metano de lechos de carbón, que está en línea con las demandas del desarrollo industrial y comercial de metano de lechos de carbón para reducir costos de perforación y producción. Tiene importancia de referencia para el desarrollo económico y eficiente del metano de yacimientos de carbón.
Palabras clave: Tecnología de perforación de pozos direccionales de metano en lecho de carbón Calidad del pozo
Tecnología de perforación en pozos direccionales de metano de lecho de carbón
HOU Yanbo SUN Jianping ZHANG Jian SUN Qing LI Shaoyong
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(China United Coalbed Mtane Co., Ltd, Beijing, 100011, China)
Resumen: El depósito de metano de lecho de carbón tiene muchas diferencias con respecto al gas natural convencional. Estas diferencias determinan la particularidad del carbón. metano de lecho en perforación, terminación de pozos y protección de yacimientos En base a experimentos continuos y en resumen, este artículo estudia un sistema técnico en la tecnología de perforación en pozos de metano de lecho de carbón direccionales y control de calidad de pozos. costo de perforación y producción en la industrialización y comercialización del metano de yacimientos de carbón. Tiene importancia de referencia en la explotación económica y eficiente del metano de yacimientos de carbón.
Palabras clave: metano de yacimientos de carbón; tecnología de perforación; p>
Proyecto del fondo: Proyecto principal nacional de ciencia y tecnología "Proyecto de demostración de desarrollo de pozos verticales CBM en la cuenca sur de Qinshui, Shanxi" (No. 2009ZX05060)
Acerca del autor: Hou Yanbo, nacido en 1983, hombre, nativo de Qian'an, Hebei, con una maestría, se graduó en ingeniería geológica de la Universidad de Minería y Tecnología de China (Beijing) en 2009. Ahora se dedica a la exploración y el desarrollo de metano en yacimientos de carbón en China United Coalbed. Metano Co., Ltd. Correo electrónico: hybjerry@163.com
El bloque sur de Shizhuang está ubicado en las estribaciones occidentales de la montaña Taihang en la parte sur de la cuenca de Qinshui y está afiliado administrativamente al condado de Qinshui y a la ciudad de Gaoping, ciudad de Jincheng, Shanxi. Provincia.
El área está a 260 kilómetros de Taiyuan, la capital de la provincia de Shanxi, al norte y a 60 kilómetros de la ciudad de Jincheng al sureste. El área total del bloque es de aproximadamente 388 km2. La abundancia de recursos de la veta de carbón 3# es de 169. millones de m3/km2. En este bloque se han desarrollado con éxito más de 400 vetas de carbón, la producción media de gas de un solo pozo es de 1000 m3/d. Dado que esta área tiene montañas superpuestas, barrancos entrecruzados y bosques densos, para proteger el medio ambiente y reducir la dificultad de adquisición de terrenos y construcción previa a la perforación, se implementan grupos de pozos de 2 a 4 pozos direccionales en áreas con complejos El terreno local y las tierras forestales densas para la extracción de metano de capas de carbón también pueden reducir eficazmente los costos de construcción de recolección y transporte en la superficie y los costos futuros de producción y gestión. Es una tecnología de perforación adecuada para el desarrollo a gran escala de metano de capas de carbón.
1 Descripción geológica
La capa de loess cuaternario en el bloque sur de Shizhuang tiene aproximadamente 30 m de espesor. La veta de carbón desarrollada 3# fue perforada y encontró formaciones de lecho rocoso de arriba a abajo, incluido el Liujiagou. Formación., Formación Shiqianfeng, Formación Shihezi superior, Formación Shihezi inferior, Formación Shanxi y Formación Taiyuan (no perforadas). El principio de finalización de la perforación es 50 m por debajo del piso de la veta de carbón 3#. En términos generales, las condiciones geológicas de esta área son simples. El yacimiento de carbón tiene una profundidad de enterramiento moderada, una gran abundancia de recursos de metano en yacimientos de carbón y excelentes condiciones de desarrollo.
Tabla 1 Breve tabla de características estratigráficas del Bloque Sur de Shizhuang
2 Diseño de construcción
Tome el grupo de pozos del grupo TS04C como ejemplo. El grupo de pozos incluye 4. Es un pozo direccional con una dirección de entrada de 86° y una declinación magnética de -2,9°. El espacio entre las bocas de los pozos es de 5 m y están dispuestos en línea recta. Se deben considerar plenamente las medidas anticolisión durante el diseño. La secuencia de perforación debe organizarse razonablemente de modo que la orientación de diseño de cada pozo se distribuya radialmente. Las trayectorias de los ojos no se cruzan entre sí. El diseño específico se muestra en la Figura 1 y la Figura 2.
Tecnología de formación de pozos: el primer diámetro del pozo es de φ311,15 mm, se perfora hasta obtener un lecho de roca estable durante 10 my luego se perfora un revestimiento de superficie de φ244,5 mm × 8,94 mm. El cemento de cementación debe regresarse a la superficie. Se abrió el segundo pozo con un diámetro de φ215,9 mm, se perforó a una profundidad de aproximadamente 100 m y se comenzó a utilizar herramientas de perforación de tornillo para perforación direccional, utilizando un perfil de pozo de tres etapas con aumento y estabilización directos, y finalmente se estabilizó la inclinación a una. profundidad del pozo de 50 m por debajo del carbón 3# y completó la perforación, bajando la cementación de la carcasa de producción de φ139,7 mm × 7,72 mm.
Figura 1 Proyección horizontal del grupo de pozos TS04C
Figura 2 Datos de trayectoria del pozo TS04-4D
3 Equipos y herramientas de perforación
3.1 Equipo
Equipo de perforación: TSJ-2000; Torre de perforación: En forma de A, carga ≥700KN. Bomba de lodo: 3NB-350; 3NB-500; 3NB-800, desplazamiento 20~30L/s. Potencia: motor diésel 12V135, 8V190, 12V190.
3.2 Herramientas de perforación y otros
Tubo de perforación de φ127 mm, collarín de perforación no magnético de φ159mm, collarín de perforación de φ159mm, tornillo de doble curvatura de φ165mm (1,25°/1,5°), estabilizador de φ214mm, Fotografía de un solo punto/inclinómetro electrónico.
4 Tecnología de perforación
4.1 Tecnología de lodo
Utilice polvo de bentonita, carbonato de sodio, soda cáustica, una pequeña cantidad de sal potásica de poliacrilamida KPAM y tratamiento orgánico carboximetilo sódico. Se utilizan agentes como la celulosa CMC para preparar fluidos de perforación con bajo contenido de sólidos. La carbonato de sodio y la sosa cáustica mejoran principalmente la fase de hidratación y dispersión de la arcilla, reducen la pérdida de agua, aumentan la viscosidad y ajustan el valor del PH del lodo. El agente reductor de pérdida de agua CMC mejora la estabilidad de la coalescencia de las partículas de arcilla, ayuda a mantener el contenido de partículas finas en los fluidos de perforación, forma una torta de filtración densa, reduce la pérdida de fluido, inhibe la expansión de formaciones sensibles al agua como las lutitas y puede consolidar eficazmente la pared del pozo Además, también tiene un efecto de aumento de la viscosidad, lo que mejora la capacidad del fluido de perforación para transportar recortes, reduce el contenido de arena, controla eficazmente el contenido sólido dañino, reduce la probabilidad de rotura repetida de la roca y puede extender el servicio. vida útil de brocas, tornillos y otras herramientas de perforación, y mejora la eficiencia de perforación. KPAM tiene la función de controlar la lechada de la formación y también tiene las funciones de reducir la pérdida de agua, mejorar los patrones de flujo y aumentar la lubricidad. Puede estabilizar la pared del pozo, reducir la pérdida del filtro de fluido de perforación y aumentar la velocidad de perforación. Al perforar hasta la veta de carbón objetivo, el fluido de perforación se reemplaza con agua limpia hasta que se completa la perforación. Si la perforación encuentra una capa de fuga o una capa propensa a colapsar, el rendimiento del lodo se puede ajustar adecuadamente bajo la premisa de proteger el yacimiento. , y se puede agregar un agente sellador y otros tratamientos según corresponda para garantizar la finalización sin problemas del proyecto.
Rendimiento del fluido de perforación en la sección de veta de carbón: densidad 1,02~1,05 g/cm3, viscosidad 22~25 s, valor de pH 7,5~8,5, contenido de arena lt;
4.2 Tecnología de perforación de superficie
Conjunto de herramienta de perforación: broca tricónica de φ311,15 mm, collarín de perforación de φ159 mm, tubo de perforación de φ127 mm.
La primera sección de apertura del pozo es la capa de loess cuaternario y contiene una pequeña cantidad de guijarros. La estructura está suelta y es fácil de filtrar y colapsar. Al perforar, lo principal es asegurarse de que no haya fugas. , ajuste el lodo adecuadamente y perfore lentamente al comienzo de la perforación, levante para asegurarse de que no colapse y avance en línea recta, y controle la presión y el desplazamiento de la bomba para evitar fugas de la capa de loess.
La perforación se realiza mediante una broca de rodillo de φ311,15mm, con una presión de perforación de 30-50KN y una presión de bombeo de 2MPa. Después de perforar a través del lecho de roca durante más de 10 m, se completó la perforación y se colocó un revestimiento de superficie J55 de φ244,5 mm × 8,94 mm. El collar del revestimiento se niveló con el suelo. El pozo se cementó con cemento de densidad 1,80 g/cm3 y se devolvió. al suelo.
4.3 Tecnología de perforación de secciones de pozos verticales
Conjunto de herramientas de perforación: broca de φ215,9 mm, collarín de perforación de φ159 mm, tubería de perforación de φ127 mm.
Los estratos de la segunda sección del pozo vertical son principalmente arenisca y lutita, con buena capacidad de perforación. Adopta una estructura de herramienta de perforación de torre convencional para evitar la desviación del pozo, los parámetros de perforación aún adoptan el principio de luz. levantamiento de presión y cada taladro de 30 m para medir la inclinación una vez, rastrear y monitorear los cambios en la inclinación y orientación del pozo lo antes posible y prevenir colisiones para reducir los riesgos de construcción.
4.4 Tecnología de perforación con sección de desviación direccional
Conjunto de herramienta de perforación: broca de φ215,9 mm, tornillo de doble curvatura de φ165 mm (1,25°/1,5°), portabrocas no magnético de φ159 mm, portabrocas de φ159 mm *6 Tubería de perforación de φ127 mm.
Cuando la segunda perforación alcanza una profundidad de unos 100 m, comienza la deflexión direccional. Cuando se realiza la deflexión direccional, se debe bloquear la plataforma giratoria y se coloca un solo tornillo curvo o un tornillo recto más una junta curva. Se utiliza para la desviación direccional. El inclinómetro debe calibrar la brújula periódicamente para garantizar una recopilación de datos precisa. Realice de 1 a 2 mediciones de inclinación únicas una vez, y la distancia de inclinación entre las secciones de perforación de tornillos debe ser ≤20 m. La inclinación y orientación del pozo deben controlarse bien en la etapa inicial de orientación para evitar que la cara de la herramienta a menudo no esté colocada en su lugar y dificulte su control. Al perforar en la sección anticolisión y en la sección de desviación direccional, el equipo de perforación debe aumentar el número de puntos de medición, calcular con frecuencia, dibujar mapas con frecuencia y captar y predecir de cerca los cambios en la trayectoria del pozo, tomar muestras de arena con frecuencia para observar si; aparecen recortes de cemento; analizar cuidadosamente los fenómenos de cojera y saltos. Parámetros de perforación: presión de perforación 50~60KN, presión de la bomba 3~4MPa, velocidad del motor de tornillo 200~300r/min. Durante el proceso de perforación, los parámetros de perforación se ajustan en tiempo real de acuerdo con la trayectoria del pozo. la velocidad se reducirá y el acimut se controlará de forma constante.
Teniendo en cuenta la particularidad, estabilidad y continuidad del drenaje y la producción de pozos de metano en lechos de carbón, las unidades de construcción con capacidad de producción tienen mayores requisitos para la trayectoria del pozo, especialmente la sección de deflexión direccional. Cuanto más suave es la trayectoria del pozo, menor es la curvatura. , cuanto menor sea el desgaste excéntrico entre el sistema de bombeo y la formación, más propicio para el drenaje continuo y estable de la unidad de producción. Por lo tanto, se requiere que la tasa de deflexión de la sección de deflexión sea ≤ 4 °/30 m. y las secciones del pozo de azimut de desviación y torsión deben medirse tres veces consecutivas. La tasa de cambio de ángulo completo del punto es ≤5°/25m.
4.5 Tecnología de perforación en la sección estable e inclinada
Conjunto de herramientas de perforación: broca de φ215,9 mm, estabilizador de φ214 mm, portamechas no magnética de φ159 mm, portamechas de φ159 mm × 6 piezas, Tubería de perforación de φ127 mm.
Debido a la sección del pozo estable, recta y creciente de tres etapas, en principio, no se permite bajar el ángulo superior en la sección inclinada estable para evitar un pozo fuera de control. trayectorias en pozos direccionales, el control del proceso debe ser el foco durante la construcción de la perforación. La sección inclinada estable requiere un avance y una velocidad de perforación uniformes para garantizar una carga uniforme en la herramienta de perforación y un funcionamiento suave. El conjunto de la herramienta de perforación debe intentar quitar el estabilizador al perforar a través de la veta de carbón. Aunque la inclinación del pozo debajo de la sección de la veta de carbón disminuirá ligeramente entre 2° y 3°, puede prevenir eficazmente el colapso grave del diámetro del pozo en el carbón. sección de costura, evita la probabilidad de accidentes como perforación enterrada y reduce el riesgo de construcción de perforación.
De acuerdo con los requisitos, el error de azimut cerrado del punto objetivo es inferior a 5° y el radio del área objetivo es de 20 m. El núcleo de la tecnología de perforación en la sección de inclinación estable es estrictamente. controlar la trayectoria del pozo y la deriva del azimut, y ajustar oportunamente los parámetros de perforación y los parámetros de acuerdo con la situación de medición de la inclinación. Para garantizar que el pozo alcance el objetivo con éxito, las medidas principales son ajustar la posición del estabilizador y cambiar el diámetro exterior de. el estabilizador y ajustar parámetros como la longitud del collar de perforación y el peso de la perforación para lograr el efecto de estabilización de la inclinación y el azimut. En aplicaciones prácticas, las herramientas de perforación pendular con soportes dobles tienen el mejor efecto de control de la trayectoria del pozo. Los soportes dobles pueden reducir eficazmente los problemas de curvatura local. suaviza la trayectoria. Aunque aumenta la dificultad de la perforación, sienta una buena base para las operaciones posteriores de terminación y revestimiento. Parámetros de perforación: presión de perforación 80~120KN, presión de bomba 3MPa. Después de la perforación, se coloca un revestimiento de producción J55 de φ139,7 mm × 7,72 mm. Al colocar un revestimiento corto de aproximadamente 3 m entre la zapata del revestimiento y la válvula de contrapresión, la longitud de la bolsa de drenaje se puede aumentar de manera efectiva cuando el dogleg es más grande. la sección del pozo, aumentar el número de centralizadores de revestimiento, utilizar cemento con una densidad de 1,65 g/cm3 para cementar el pozo y devolver la lechada de cemento a 200 m por encima de la veta de carbón objetivo.
5 nuevas tecnologías para perforar pozos direccionales de metano en lechos de carbón
En la actualidad, para mejorar la eficiencia de la perforación, las unidades de construcción de perforación generalmente utilizan tecnología de perforación compuesta que combina herramientas de perforación de tornillo y plataformas giratorias, de modo que reduciendo El número de perforadoras debajo de la pancarta aumenta y la velocidad mecánica aumenta mediante la cooperación de la plataforma giratoria y el motor hidráulico de tornillo. Además, si es necesario ajustar la inclinación del pozo y la dirección de torsión, no hay necesidad de tropezar. el taladro se puede ajustar en cualquier momento de acuerdo con las condiciones de la trayectoria del pozo, y la trayectoria de perforación se puede controlar de manera oportuna y eficiente. Si se combina con PDC para formar una estructura de herramienta de perforación cuatro en uno, se puede completar. el proceso desde la segunda perforación hasta su finalización en un solo viaje de perforación, lo que puede acortar significativamente el ciclo de perforación y controlar la trayectoria del pozo al nivel óptimo. Conjunto de herramienta de perforación: broca PDC de φ215,9 mm, tornillo de curvatura simple de φ165 mm.1,25°, portamechas de φ159 mm × 3 m, estabilizador de φ210 mm, junta direccional (0°) de φ165 mm, portamechas no magnética de φ159 mm, portamechas de φ159 mm, broca de φ127 mm tubo. Parámetros de perforación: presión de perforación 50~60KN, presión de la bomba 3~4MPa, velocidad del motor del tornillo 200~300r/min.
Debido a los requisitos cada vez más altos para la trayectoria del pozo y la eficiencia de perforación de los pozos direccionales en pozos de metano de lecho de carbón, la tecnología MWD se puede introducir en combinación con la tecnología de perforación compuesta para controlar la trayectoria del pozo mejor y más convenientemente. y mejorar la eficiencia de la perforación. Dado que la tecnología de perforación de bajo costo es la tendencia actual en el desarrollo de recursos de metano de yacimientos de carbón en China, copiar y aplicar equipos y tecnologías de registro durante la perforación desarrollados en campos convencionales de petróleo y gas tendrá un mayor impacto en los costos de perforación. el desarrollo a gran escala del metano de capas de carbón y el impacto en la ingeniería de perforación Con requisitos cada vez más altos, en un futuro próximo aparecerán tecnologías MWD y LWD adecuadas para el estado de desarrollo de metano de capas de carbón de China, que tienen perspectivas de desarrollo muy amplias.
6 Conclusiones
(1) El uso de tecnología de perforación de pozos en racimo para desarrollar recursos de metano en yacimientos de carbón puede ahorrar recursos terrestres, proteger el medio ambiente y reducir eficazmente la ingeniería de recolección y transporte en el suelo y su posterior producción y operación. costos. El efecto económico es significativo.
(2) El perfil de pozo de tres etapas estable y de aumento recto es confiable y razonable, lo que es más propicio para el control de la trayectoria del pozo y la construcción de perforación, y es adecuado para el drenaje y la producción de lecho de carbón. metano.
(3) Durante el proceso de perforación, los parámetros de perforación de las diferentes secciones del pozo deben optimizarse razonablemente en función de las condiciones reales de la formación y la trayectoria del pozo. El control del proceso es la clave para la tecnología de perforación direccional de pozos. Al monitorear de cerca la trayectoria del pozo y combinar una tecnología de perforación eficiente, se puede garantizar que cada pozo alcance con éxito el objetivo con la trayectoria óptima del pozo.
(4) El uso de una estructura de herramienta de perforación cuatro en uno tiene una gran capacidad para estabilizar la inclinación y la orientación y reduce el número de viajes. Combinado con MWD, puede reducir el riesgo de pozo. Pérdida de control de la trayectoria y puede mejorar eficazmente la eficiencia de perforación.
Referencias
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