Tecnología de perforación direccional de pozos de metano en capas de carbón

Proyecto de financiación: 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, de Qian'an, provincia de Hebei, maestría, graduado de la Universidad de Minería y Tecnología de China (Beijing) en ingeniería geológica en 2009 y actualmente 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

(China United Coalbed Mtane Co., Ltd. Beijing 100011)

Las diferencias entre las características de los yacimientos de metano en lechos de carbón y los yacimientos de gas natural convencionales determinan la perforación de metano de yacimientos de carbón, la particularidad de la terminación de pozos y la protección de yacimientos. Sobre la base de pruebas y resúmenes continuos, se 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 satisface las necesidades del desarrollo industrializado y comercial de metano de lechos de carbón para reducir los costos de perforación y producción. , y es importante para el desarrollo económico y eficiente del metano de yacimientos de carbón. Tiene importancia de referencia.

Palabras clave: tecnología de perforación de pozos direccionales de metano en capas de carbón, calidad del pozo

tecnología de perforación de pozos direccionales de metano en capas de carbón

Yan Bo, Zhang Liqing, Shao Yong

(China United Coalbed Mtane Co., Ltd., Beijing, 100011, China)

Resumen: Los yacimientos de metano de lechos de carbón son diferentes del gas natural convencional en muchos aspectos. Estas diferencias determinan la particularidad del metano de yacimientos de carbón en la perforación, terminación y protección de yacimientos. Sobre la base de pruebas continuas y resúmenes, este documento ha desarrollado un sistema técnico para la tecnología de perforación direccional de pozos de metano en capas de carbón y el control de calidad. Esto cumple con los requisitos para reducir los costos de perforación y producción en la industrialización y comercialización de metano de yacimientos de carbón. Esto tiene una importancia de referencia para la extracción económica y eficiente de metano de yacimientos de carbón.

Palabras clave: metano de yacimientos de carbón; pozo direccional; tecnología de perforación; calidad del pozo

El bloque sur de Shizhuang está ubicado al pie occidental de la montaña Taihang en la cuenca sur de Qinshui y está afiliado administrativamente a Condado de Qinshui, ciudad de Jincheng, provincia de Shanxi y ciudad de Gaoping. El área está a 260 kilómetros de Taiyuan, la capital de la provincia de Shanxi, en el norte, y a 60 kilómetros de la ciudad de Jincheng, en el sureste. El área total del bloque es de aproximadamente 388 km2 y la abundancia de recursos de la veta de carbón número 3 es de 65438+69 millones de m3/km2. En este bloque se han desarrollado con éxito más de 400 pozos de metano en capas de carbón, y la producción promedio de gas por pozo es >:1000m3/d debido a las montañas superpuestas, los barrancos entrecruzados y los densos bosques en esta área, desde el punto de vista de la protección del medio ambiente. medio ambiente y reducir la dificultad de adquisición de terrenos y construcción previa a la perforación. Implementar pozos en grupo de 2 a 4 pozos direccionales en áreas con terreno local complejo y bosques densos para desarrollar metano en capas de carbón. Los pozos en racimo también pueden reducir eficazmente los costos de construcción de recolección y transporte en la superficie y los costos diarios de gestión de la producción posterior a la extracción. Son una tecnología de perforación adecuada para el desarrollo a gran escala de metano en capas de carbón en esta área.

1 Servicio Geológico

El espesor del loess cuaternario en el Bloque Sur de Shizhuang es de unos 30 m. Los estratos de lecho de roca encontrados por la veta de carbón No. 3 desarrollada son, de arriba a abajo, la Formación Liujiagou, la Formación Shiqianfeng, la Formación Shangshihe, la Formación Shihezi Inferior, la Formación Shanxi y la Formación Taiyuan. El principio de perforación se realiza a 50 m por debajo del suelo de la veta de carbón número 3. Consulte la Tabla 1 para obtener más detalles. En general, las condiciones geológicas en esta zona son simples y los yacimientos de carbón se encuentran a profundidades de enterramiento moderadas.

Tabla 1 Resumen de las características estratigráficas del Bloque Sur de Shizhuang

2 Diseño arquitectónico

Tome el grupo de pozos del grupo TS04C como ejemplo. El grupo de pozos incluye cuatro pozos direccionales, la dirección de la puerta del pozo es de 86°, el ángulo de declinación magnética es de -2,9° y el espacio entre cabezales de pozo es de 5 m, dispuestos en línea recta. Las medidas anticolisión deben considerarse plenamente en el diseño y la secuencia de perforación debe organizarse razonablemente de modo que la dirección de diseño de cada pozo se distribuya radialmente y las trayectorias de los pozos no estén escalonadas. El diseño específico se muestra en la Figura 1 y la Figura 2.

Tecnología de finalización: el primer diámetro de apertura es de φ311,15 mm y la perforación se completa hasta 10 m de lecho rocoso estable. Se ejecuta un revestimiento de superficie de φ244,5 mm × 8,94 mm y el cemento de cementación se devuelve al pozo. superficie. El diámetro de la segunda abertura es φ15,9 mm y la profundidad de perforación es 65438.

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; GZ2000GZ2600 Torre de perforación: En forma de A, carga ≥700KN. Bomba de lodo: 3n b-350; 3n b-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, collar de perforación no magnético de φ159 mm, collar de perforación de φ159 mm, tornillo de doble curvatura de φ165 mm (1,25/1,5), estabilizador de φ214 mm.

4 Tecnología de perforación

4.1 Tecnología de lodo

Primero, use polvo de bentonita, carbonato de sodio, soda cáustica, una pequeña cantidad de poliacrilamida potásica KPAM y carboximetilcelulosa sódica CMC. Prepara fluido de perforación de baja fase sólida. La carbonato de sodio y la soda cáustica aumentan principalmente la energía de hidratación de la fase dispersa de la arcilla, reducen la pérdida de agua, aumentan la viscosidad y ajustan el valor de PH del lodo. El reductor de pérdida de fluido CMC mejora la estabilidad de agregación de las partículas de arcilla, ayuda a mantener el contenido de partículas finas en los fluidos de perforación, forma tortas de filtración densas, reduce la pérdida de fluido, inhibe la expansión de formaciones sensibles al agua como las lutitas y puede solidificar eficazmente los pozos Knot. muro. Además, el aditivo de pérdida de fluido CMC puede aumentar la capacidad de transporte de roca de los fluidos de perforación, reducir el contenido de arena, controlar eficazmente el contenido sólido dañino, reducir la probabilidad de rotura repetida de la roca, extender la vida útil de las brocas, tornillos y otras herramientas de perforación. y mejorar la eficiencia de la perforación.

KPAM tiene las funciones de controlar la formación de lodos, reducir la pérdida de agua, mejorar los patrones de flujo y aumentar la lubricidad. Puede estabilizar la pared del pozo, reducir la pérdida por filtración del fluido de perforación y aumentar la velocidad de perforación mecánica. Al perforar hasta la veta de carbón objetivo, el fluido de perforación debe reemplazarse con agua limpia hasta que se complete la perforación. Si la perforación encuentra una capa de fuga o una formación propensa a fugas, las propiedades del lodo se pueden ajustar adecuadamente mientras se protege el yacimiento, y se pueden agregar agentes de tratamiento, como agentes de obstrucción de fugas, 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, pH 7,5~8,5, contenido de arena.

4.2 Tecnología de perforación de superficie

BHA: broca tricónica de φ311,15 mm + collarín de perforación de φ159 mm + tubo de perforación de φ127 mm.

La primera sección es la capa de loess cuaternario, que contiene una pequeña cantidad de guijarros y tiene una estructura suelta y fácil de colapsar. Durante el proceso de perforación, lo principal es asegurarse de que no haya fugas y ajustar el lodo adecuadamente. Cuando comience la perforación, taladre y levante lentamente para asegurarse de que no colapse ni se enderece, y controle la presión y el desplazamiento de la bomba para evitar fugas de la capa de loess.

Utilice una broca de rodillo de φ311,15 mm para perforar, WOB 30~50 KN, presión de bomba 2 MPa. Después de perforar a través del lecho de roca durante más de 10 m, complete la perforación y coloque un revestimiento de superficie J55 de φ244,5 mm × 8,94 mm. El acoplamiento del revestimiento está al ras del suelo. Se utiliza cemento con una densidad de 1,80 g/cm3 para cementar el fondo del pozo. al suelo.

4.3 Tecnología de perforación de sección vertical

BHA: broca de φ215,9 mm + collarín de perforación de φ159 mm + tubo de perforación de φ127 mm.

La formación de la segunda sección del pozo vertical es principalmente arenisca y lutita, con buena capacidad de perforación. Adopte una estructura de herramienta de perforación de torre convencional. Para evitar que los parámetros de perforación se desvíen del pozo, todavía se adopta el principio de levantamiento de presión ligera, y la desviación del pozo se mide cada 30 m, y los cambios en la desviación y orientación del pozo se rastrean y monitorean lo antes posible para evitar colisiones y reducir los riesgos de construcción.

4.4 Tecnología de perforación de secciones direccionales

Conjunto de herramienta de perforación: broca de φ215,9 mm + tornillo de curvatura simple de φ 165 mm (1,25/1,5) + portabrocas no magnético de φ159 mm + broca de φ159 mm collar* 6 piezas +φ65438.

Cuando la segunda perforación alcanza una profundidad del pozo de unos 100 metros, comienza la deflexión direccional. Cuando se produce una desviación direccional, la plataforma giratoria debe bloquearse y se debe utilizar un solo tornillo curvo o un tornillo recto más una junta curva para la desviación direccional. Los inclinómetros deben calibrarse periódicamente para garantizar una recopilación de datos precisa. Se deben perforar de 1 a 2 inclinómetros individuales a la vez. El espacio entre los inclinómetros perforados en la sección del pozo debe ser ≤20 m. En la etapa inicial de orientación, se debe controlar la inclinación y orientación del pozo para evitar que la cara de la herramienta esté desalineada y sea difícil de controlar. Al perforar en la sección del pozo anticolisión y en la sección del pozo de desviación direccional, el equipo de perforación debe medir intensamente los puntos, calcular y dibujar con frecuencia, y captar y predecir de cerca los cambios en la trayectoria del pozo con frecuencia extrayendo muestras de arena para observar si hay recortes de cemento; aparecer; analizar cuidadosamente el fenómeno del rebote. Parámetros de perforación: WOB 50~60KN, presión de la bomba 3~4MPa, velocidad del motor del 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 y el azimut se controla de manera estable cuando aumenta el error de azimut.

Teniendo en cuenta la particularidad, estabilidad y continuidad del drenaje de pozos de metano de lechos de carbón, las unidades de construcción con capacidad de producción tienen mayores requisitos para las trayectorias de los pozos, especialmente las secciones de desviación direccional del pozo. Cuanto más suave sea la trayectoria del pozo y menor sea la curvatura, menor será la pérdida por desgaste excéntrico entre el sistema de bombeo y la formación, lo que favorece el drenaje y la producción continuos y estables del dispositivo de producción. Por lo tanto, se requiere que la pendiente de la sección de pendiente sea ≤4°/30 m, y la tasa de cambio de ángulo completo de tres puntos de medición consecutivos en la pendiente y la sección de torsión sea ≤5°/25 m.

4.5 Tecnología de perforación de sección inclinada estable

BHA: broca de φ215,9 mm + estabilizador de φ214 mm + portamechas no magnético de φ159 mm + portamechas de φ159 mm × 6 tubos de perforación + φ127 mm.

Debido al perfil del pozo de tres secciones vertical-incremental-estable, en principio, no se permite que la sección estable reduzca el ángulo superior. Para evitar el fenómeno de trayectoria fuera de control en pozos direccionales, se debe prestar atención al control del proceso durante la construcción de la perforación. Las secciones de pozo inclinadas estables requieren una entrega y velocidad de perforación uniformes para garantizar una carga uniforme de la herramienta de perforación y un funcionamiento suave. Al perforar vetas de carbón, se deben eliminar los estabilizadores tanto como sea posible. Aunque la inclinación del orificio debajo de la sección de la veta de carbón se reducirá ligeramente de 2 a 3 °, puede prevenir eficazmente el colapso grave del diámetro del orificio en la sección de la veta de carbón, evitar la probabilidad de accidentes como perforación enterrada y reducir el riesgo. de construcción de perforación.

De acuerdo con los requisitos de que el error del ángulo de acimut cerrado del objetivo sea inferior a 5° y el radio del área objetivo sea de 20 m, el núcleo de la tecnología de perforación en la sección de inclinación estable es controlar estrictamente la trayectoria del pozo y deriva del azimut y ajustar la perforación de manera oportuna de acuerdo con la investigación de los parámetros de desviación del pozo y la combinación de herramientas de perforación para garantizar que el pozo alcance el objetivo sin problemas. Las medidas principales son ajustar la posición del estabilizador, cambiar el diámetro exterior del estabilizador y ajustar la longitud del collar de perforación y el WOB para estabilizar la inclinación y orientación del pozo. En aplicaciones prácticas, la herramienta de perforación pendular de doble soporte tiene el mejor efecto de control en la trayectoria del pozo. La herramienta de perforación pendular de doble soporte puede reducir eficazmente los problemas locales de patas de perro y suavizar la trayectoria. Aunque aumenta la dificultad de la perforación, sienta una buena base para una posterior terminación y ejecución del revestimiento. Parámetros de perforación: WOB 80~120KN, presión de bomba 3MPa. Después de la perforación, se ejecuta la carcasa 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, se puede aumentar efectivamente la longitud de la bolsa de drenaje y se puede aumentar el número de centralizadores del revestimiento en secciones de pozo con curvas grandes, como las secciones inclinadas. Utilice cemento con una densidad de 1,65 g/cm3 para cementar el pozo y devuelva la lechada de cemento a 200 metros por encima de la veta de carbón objetivo.

5. Nueva tecnología para la perforación direccional de pozos 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 con mesas giratorias. La cooperación del motor hidráulico de tornillo reduce los tiempos de perforación y aumenta la velocidad mecánica. Además, si es necesario ajustar la inclinación del pozo y la dirección de torsión, se pueden ajustar en cualquier momento de acuerdo con la trayectoria del pozo para controlar la trayectoria de perforación de manera oportuna y eficiente. Si se combina con PDC para formar una estructura de herramienta de perforación cuatro en uno, el proceso desde la perforación secundaria hasta la finalización del pozo se puede completar en una sola perforación, lo que puede acortar significativamente el ciclo de perforación y acortar el pozo. BHA: Broca PDC de φ215,9 mm + tornillo de doble curvatura de φ165 mm.1,25 + portamechas de φ159 mm × 3 m + estabilizador de φ 210 mm + junta direccional de φ165 mm (0). Parámetros de perforación: WOB 50~60KN, presión de la bomba 3~4MPa, velocidad del motor del tornillo 200~300r/min.

Dado que los pozos de metano en lechos de carbón tienen requisitos cada vez más altos en cuanto a trayectorias direccionales de pozos y eficiencia de perforación, se puede introducir la tecnología MWD y la tecnología de perforación compuesta para controlar mejor y más convenientemente la trayectoria del pozo y mejorar la eficiencia de perforación. La tecnología de perforación de bajo costo es la tendencia actual de desarrollo de los recursos de metano de yacimientos de carbón de mi país. Copiar el equipo y la tecnología de registro durante la perforación desarrollados en los campos convencionales de petróleo y gas tendrá un gran impacto en los costos de perforación. Sin embargo, con el desarrollo a gran escala del metano de yacimientos de carbón y los requisitos cada vez mayores para la ingeniería de perforación, en un futuro próximo aparecerán tecnologías MWD y LWD adecuadas para la situación actual del desarrollo de metano de yacimientos de carbón en mi país y tendrán 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 de tierra, proteger el medio ambiente y reducir eficazmente la ingeniería de recolección y transporte en el suelo y su posterior producción y costos de operación. El efecto económico es significativo.

(2) El perfil del pozo vertical-incremental-estable de tres niveles 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 la producción de metano en capas de carbón.

(3) Combinado con las condiciones reales de la formación y la trayectoria del pozo, optimizar racionalmente los parámetros de perforación de diferentes secciones del pozo es la clave para la tecnología de perforación direccional de pozos. Sólo monitoreando de cerca la trayectoria del pozo y combinándola con una tecnología de perforación eficiente podemos garantizar que cada pozo alcance exitosamente el objetivo con la trayectoria óptima.

(4) El uso de la estructura de herramientas de perforación cuatro en uno tiene una gran capacidad para estabilizar la inclinación y orientación del pozo, reduciendo el número de viajes. Combinado con MWD, se puede reducir el riesgo de perder el control de la trayectoria del pozo y se puede mejorar efectivamente la eficiencia de la perforación.

Referencia

Lu Guizhou. 2010. Control direccional de la trayectoria del pozo [J]. Shaanxi Coal, 1:85~86

Wu·. 2006. Aplicación de la tecnología de perforación direccional con taladro de tornillo en la perforación de metano en lechos de carbón [J]. Ingeniería de exploración (Ingeniería de perforación geotécnica), 11:48 ~ 49.

Xi Hongxi, Liu Qiang, Liu Xingguang.

2005. Aplicación de la tecnología de perforación de pozos en racimo en los campos petrolíferos del norte de Shaanxi [J]. Desarrollo y economía de la información científica y tecnológica, 15(7):293~294