第28卷 第3期2007年5月
石油学报
AC TA PETROL EI SIN ICA
Vol.28May
No.3
2007
基金项目:中国石油天然气股份有限公司科技攻关项目(煤层气研字2005-11)“不同类型煤层气藏开发钻井完井技术研究”的部分研究成果。
作者简介:乔 磊,男,1980年8月生,2005年获中国石油大学(北京)工学硕士学位,现为中国石油集团钻井工程技术研究院钻井完井所工程师,主
要从事复杂结构井的钻井与完井工程研究工作。E 2mail :qiaol 69@https://www.doczj.com/doc/042004141.html,
文章编号:0253Ο2697(2007)03Ο0112Ο04
煤层气多分支水平井钻井工艺研究
乔 磊1 申瑞臣1 黄洪春1 王开龙1 鲜保安2 鲍清英2
(1.中国石油集团钻井工程技术研究院钻井完井所 北京 100097; 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院煤层气经理部 河北廊坊 065007)
摘要:煤层气多分支水平井工艺主要包括充气欠平衡技术、井眼轨迹优化设计与控制技术、水平井与洞穴井对接技术、煤层造洞穴
技术等。系统地论述了煤层气多分支水平井钻井工艺的技术要点以及井身结构和轨迹设计原则和方法,并且详细阐述了造洞穴、U 型充气欠平衡和两井连通工艺的原理及程序。提出了煤层气多分支水平井的设计方法和理论,为未来煤层气的高效勘探开发提供了技术参考。
关键词:煤层气开发;多分支水平井;钻井工艺;欠平衡钻井技术;井眼轨迹;优化设计中图分类号:TE 243 文献标识码:A
Drilling technology of multi Οbranch horizontal w ell
Qiao Lei 1 Shen Ruichen 1 Huang Hongchun 1 Wang Kailong 1 Xian Bao ’an 2 Bao Qingying 2
(https://www.doczj.com/doc/042004141.html, PC D rilling Research I nstitute ,B ei j ing 100097,China;
2.Research I nstitute of Pet roleum Ex ploration and development 2L ang f ang ,Pet roChina ,L ang f ang 065007,China )
Abstract :Multi Οbranch horizontal well is a new drilling technology developed in recent years.The new technology includes under Οbal 2ance drilling technology ,optimum design and control technique of well path ,intersection technique between horizontal well and cave well ,and making cave technique in coal layer.The technical specifications of the multi Οbranch well in coal Οbed methane (CBM )field ,the principles of making cave technique ,under Οbalance drilling techniques and intersection technique were discussed.The design the 2ory and method of well path and well structure were described.The mechanism of multi Οbranch well in coal Οbed methane field was in 2tegrated to develop a set of theories and methods for design of multi Οbranch well and development of coal Οbed methane.
K ey w ords :coal Οbed gas development ;multi Οbranch horizontal well ;drilling technology ;under Οbalance drilling technology ;well path ;
optimum design
多分支水平井集钻井、完井和增产措施于一体,是开发煤层气的主要手段之一[122]。煤层气多分支水平井工艺集成了煤层造洞穴、两井对接、随钻地质导向、钻水平分支井眼、欠平衡等多项先进的钻井技术[324],具有技术含量高和钻井风险大的特点。多分支水平井是煤层气高效开发方式的发展趋势,该技术的推广应用必将为煤层气的勘探开发带来突破性进展。
1 煤层气多分支水平井钻井技术难点
煤层气多分支水平井钻井工艺集成了水平井与洞穴井的连通、钻分支井眼、充气欠平衡钻井和地质导向等技术,是一项施工难度高的系统工程。同时为了保持煤层的井壁稳定,煤层段一般采用小井眼钻进(1512cm 井眼),因而对钻井工具、测量仪器和设备性能等方面都提出了新的要求。煤层气多分支水平井钻井工艺面临的主要难点可概括为如下4点[5]:①煤层比较脆,
而且发育互相垂直的天然裂缝,在这种脆性地层中钻
进,极易引起井下垮塌、卡钻,甚至井眼报废等复杂事故;②煤层易受污染,储层保护的难度大,一般须采用充气钻井液、泡沫或地层水等作为煤层段的钻井液体系;③由于煤层埋藏比较浅,井眼的曲率较大,钻压难以满足要求,钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏,进而导致井下复杂情况发生;④煤层气多分支水平井钻井工艺属于钻井新工艺,涉及到许多新式工具和仪器。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和高效减阻短节等。目前这些装备和仪器在国内还比较缺乏。
2 井眼剖面设计与轨迹控制技术
211 井眼剖面优化设计
由于煤层一般较浅,煤层气多分支水平井主水平井眼采用“消耗较少垂深而得到较大位移”的理念进行
第3期乔 磊等:煤层气多分支水平井钻井工艺研究113
井身剖面设计,从而达到更大的水垂比。煤层气多分支水平井井身剖面设计主要考虑钻机和顶驱设备的能力、设计轨道的摩阻和扭矩、钻柱的强度、现场施工的难易程度等因素,其设计原则为:①考虑煤层的产能优化和井壁稳定性,尽量让进入煤层的井眼方位垂直于煤层最小主应力方向。②由于煤层气多分支水平井垂直井段通常在500m以内,而水平段一般超过1000 m,钻柱能提供的钻压是有限的,所以在多分支水平井井身剖面设计中,要使所设计的井眼轨道满足滑动钻进时的工况要求。③根据煤田地质确定的目标点,按照不同设计方法设计出来的轨道长度是不同的。应尽可能选择短轨道,减少无效进尺,既可以提高钻井的经济效益,也可以降低施工风险。同时应尽量缩小可钻性较差的地层进尺。④煤层气多分支井的水平位移大,分支较多,80%以上的进尺为水平段,从而导致钻柱和套管柱在井眼内摩阻和扭矩很大以及钻压难以增加等问题。摩阻和扭矩是多分支水平井水平位移的主要限制因素。轨道优化设计是减小摩阻和扭矩的途径之一,应尽可能选择摩阻、扭矩小的轨道。⑤考虑到煤层的井壁稳定性差,主井眼和分支井眼须处于煤层的中、上部位,以利于安全钻进。⑥分支井眼长度、方位和距离的优化设计须考虑煤层气藏、钻柱力学和经济评价等多方面因素。
212 井身结构优化设计
井身结构优化设计是保证全井安全、快速钻达目的层的重要前提。2005年某公司在山西寿阳打了一口煤层气多分支水平井,其井身结构的设计存在着严重缺陷,设计的套管鞋位置进入了煤层。固井时,密度为118g/cm3的水泥浆将煤层压裂,导致三开后的井壁坍塌,从而影响了整个井的施工。煤层气多分支井井身结构设计与常规油气井的设计略有区别,须考虑洞穴井与水平井的连通性、后期的排水采气和煤层的井壁稳定性等因素。水平分支井通常采用的井身结构为24415mm表层套管×H1+17718mm
技术套管×H2(下至造斜段结束处)+
15214mm主水平井眼(裸眼完井)+
15214mm分支水平井眼
其中H1和H2为套管下入深度。洞穴井的井身结构一般为
24415mm表层套管×H1+17718mm
技术套管×H2(煤层顶)+
裸眼段(包括口袋)
另外,煤层气多分支井井身结构的优化设计还须考虑[6]:①由于煤层比较脆,技术套管不能下入煤层中,以防固井时将煤层压裂,导致后续钻进过程中的井
壁坍塌;②从抽排采气的角度考虑,套管必须将煤层上部大量出水的层位封堵;③为了在洞穴井井底造洞穴,井底必须留有合理容量的口袋。口袋深度以不揭开下部含水层为基本原则,应优先考虑增大口袋深度;④如果多分支水平井为多羽状,水平井的技术套管应下到造斜点以上部分,便于后续的裸眼侧钻。
213 井眼轨迹控制技术
煤层气多分支水平井定向控制的主要参数包括井斜角、方位角和垂深。水平井主井眼垂直段重点控制井斜,所以常用塔式钻具组合。如果井斜较严重,应使用钟摆钻具等纠斜钻具组合。主井眼造斜段一般使用“导向马达+随钻测斜仪”的常用定向钻具组合,施工过程中要确保工具的造斜率能够达到设计要求,使井眼轨迹顺利出现在煤层中。水平主井眼及10个分支一般采用“单弯螺杆钻具+随钻测井仪+减阻器”的地质导向钻具组合钻进,通过连续滑动钻进的方式,实现增斜、降斜,通过复合钻进的方式稳斜,既达到连续钻进的目的,又可随时根据需要调整井眼状态,有效地提高钻井速度和轨迹控制精度。为了在煤层中很好地控制井眼轨迹,采用了地质导向技术进行井眼轨迹实时监控。首先利用前期地震的资料建立区块的地质模型,然后利用从随钻测井仪监测到的储层伽马数值、电阻率等参数来修正地质模型,并调整井眼轨迹。另外,可以根据综合录井仪实时监测到的钻时和泥浆返出的岩屑来判断钻头是否钻穿煤层。
由于煤层比较脆,所以煤层气多分支井的侧钻不同于油井的侧钻。具体的侧钻工艺如下:①起钻至每一个分支的设计侧钻点上部,然后开始上提下放,将钻柱中的扭力释放后开始悬空侧钻。②侧钻时采取连续滑动的方式,严格控制30s内的平均机械钻速。在新井眼进尺的1～2m内,钻速为018～112m/h;2～3m 内,钻速应为112～215m/h;3～10m内,钻速应为3 m/h。整个侧钻工序预计需要5h。③侧钻时将工具面角摆到±140°～±150°。首先向左、右下方侧钻,形成一条向下倾斜的曲线(图1)。
钻柱处于水平井眼的底
图1 裸眼侧钻垂直剖面示意图
Fig.1 Sidetracking in open hole
部而不是中心线部位,±140°～±150°的工具面角能够使钻头稳定地接触井眼,防止振动引起煤层的跨塌。
114 石 油 学 报2007年 第28卷
④滑动侧钻至设计方位和井斜后开始复合钻进,钻进过程中要密切注意摩阻、扭矩的变化。钻完每一个分支后,至少循环一周,然后起钻至下个分支的侧钻点位置。重复上述步骤,完成其余分支井眼的作业。
3 煤层造洞穴技术
为了易于实现水平井与洞穴井在煤层中成功对接
及建立气液通道,需要在洞穴井的煤层部位造一个洞穴。目前有水力造穴和机械工具造穴两种造穴方式。水力射流造穴法是利用高压水射流破碎岩石的能力,用钻具把特殊设计的水力射流装置送入造穴井段,开泵循环,使循环钻井液在经过小喷嘴时产生高压水力射流,破坏煤储层而形成洞穴。机械工具造穴是利用机械切削的原理,用钻具把特殊设计的机械装置送入造穴井段,然后通过液压控制方式使造穴工具的刀杆张开,并在钻具的带动下旋转并切削储层,形成满足实际需要的洞穴。
4 水平井与洞穴井连通技术
在两井连通过程中,采用近钻头电磁测距法
(RMRS 技术)[7]。RMRS 技术的硬件包括永磁短节和强磁计或探管。永磁短节的长度约为40cm ,由横向排列的多个永磁体组成,主要用来提供一个恒定的待测磁场,电磁信号的有效距离为40m 。探管由扶正器、传感器组件和加重杆3部分组成,长度约为3m 。当旋转的永磁短节通过洞穴井附近区域时,探管可采集永磁短节产生的磁场强度信号,最后通过采集软件准确地计算两井间的距离和当前钻头的位置。钻具组合通常为:钻头+永磁短节+马达+无磁钻挺+随钻测斜仪+钻杆。
在连通过程中,在直井中下入探管(图2),在钻头处连接一个永磁短节。连通前首先将在2
个井底所测
图2 两井连通示意图
Fig.2 I ntersection betw een horizontal w ell and cave w ell
的陀螺数据输入到配套采集软件中,初始化坐标系。当钻头进入到探头的测量范围后,接收仪器就可以不
断地收到当前磁场的强度值,然后根据采集的测点数据判断出当前的井眼位置,实时计算当前测点的闭合方位,并预测钻头处方位的变化,然后通过调整工具面,及时地将井眼方向纠正至洞穴中心的位置。接近洞穴时,根据防碰原理,利用专用的轨迹计算软件进行柱面扫描,判断水平井与洞穴中心的距离,从三维视图上分析轨迹接近洞穴过程中的变化趋势。该仪器可以实时、连续地监测钻头的位置,从而确保连通的成功率。
5 充空气欠平衡技术
国内的煤层普遍具有低压、低渗的特点。为了保护储层,不宜采用常规的过平衡钻井技术。目前适合煤储层的钻井液体系主要有充空气钻井液、泡沫流体、地层水和空气。充空气钻井液[8]是将空气注入钻井液内形成以气体为离散相、液体为连续相的充气钻井液体系,主要适合于地层压力系数为017～110g/cm 3的储层,而且不受地层大量出水的影响。充空气钻井液保护储层的机理是:对泥浆充气,减少其当量密度,从而降低液柱对井底的压力,最后达到在井底形成负压差,以实现欠平衡钻井。煤层气多分支水平井常用的注气方法为洞穴井井筒注气法(图3)和油管注气法(图4)。洞穴井井筒注气法工艺简单,成本低,
适
图3 洞穴井井筒注气法示意图
Fig.3 G as injection from borehole of cave w
ell
图4 油管注气法示意图
Fig.4 G as injection from oil tube
用于垂深在500m 内浅层煤层气的开发。
油管注气法是在洞穴井完钻后,下入注气油管和
第3期乔 磊等:煤层气多分支水平井钻井工艺研究115
井下封隔器,然后压缩气体通过油管进入到水平井的环空。这种注气方式适合于煤储层较深的洞穴井。即使在近平衡注气的情况下(注气量很小),由于注气油管直径较小,压缩空气能在短时间内进入水平井环空,从而改善了气液两相流的均匀性,使欠平衡工艺更容易控制。另外,油管注气法容易实现欠值很小时的欠平衡作业(Δp为015～1M Pa),对煤层井壁的稳定性益处相当大,从而实现了既保护煤层又安全钻进的目的。
为了实现充气欠平衡的安全钻进,还须规范欠平衡起、下钻及欠平衡接单根等施工工艺。例如,接单根时的过量注气容易将水平井直井段的泥浆排空,从而诱发井喷、地层坍塌等钻井事故。因而当注气压力低于安全注气压力时,立即停止注气。安全注气压力由注气量、井身结构和泥浆密度等因素决定。环空有大量气体返出时,严禁接单根,必须停止注气,待空气全部返出时才可以接单根。进行起、下钻作业时,上提下放钻杆应平稳,尤其在煤层段应缓慢上提,防止井眼坍塌。
6 应用实例
中国石油集团公司首次在山西宁武盆地开钻了一口目前世界上煤层埋藏最深的煤层气多分支水平井武M121,采用了煤层造洞穴、两井对接、随钻地质导向、水平多分支、充气欠平衡等多项世界先进钻井技术。武M121多分支水平井垂深为900m,在煤层主水平井眼中向两侧钻水平分支10个,总进尺为7993m,全井钻探仅用48d。武M121洞穴井完钻井深为950m,直井造洞穴高度为5m(井段为878～883m),直径约为1 m。但是,完成的10个分支水平井,由于完井后的煤层垮塌和堵塞、地质选区和储层保护等原因,截至目前均没有实现计划的产能目标。
7 结 论
(1)煤层气多分支水平井工艺具有科技含量高、开发风险大、投资回报高的特点,集钻井、完井和增产措施于一体,是先采气后采煤的最佳配套技术。
(2)井眼剖面优化设计须考虑产能优化、煤层井壁稳定、摩阻等因素,尽量让进入煤层的井眼方位垂直于煤层最小主应力方向,并且井眼轨迹处于煤层的中上部位。
(3)裸眼侧钻是煤层气多分支井钻井中的难点,侧钻时将工具面角摆到±140°～±150°,采取连续滑动的方式,同时严格控制机械钻速。
(4)煤层气多分支水平井常用的注气方法为洞穴井井筒注气法和油管注气法,后者有利于实现稳定的气液两相流,使欠平衡工艺更容易控制。
参考文献
[1] 郑毅,黄洪春.中国煤层气钻完井技术发展现状及发展方向[J].
石油学报,2002,23(3):81Ο85.
Zheng Y i,Huang Hongchun.Development of drilling and comple2 tion technology of coalΟbed met hane wells in China[J].Acta Pe2 trolei Sinica,2002,23(3):81Ο85.
[2] 鲜保安,陈彩红,王宪花,等.多分支水平井在煤层气开发中的控
制因素及增产机理分析[J].中国煤层气,2005,2(1):14Ο17.
Xian Bao’an,Chen Caihong,Wang Xianhua,et al.Analysis on ap2 plied mechanism of multiple laterals horizontal well in developing coalbed met hane[J].China Coalbed Met hane,2005,2(1):14Ο17.
[3] 江山,王新海,张晓红,等.定向羽状水平井开发煤层气现状及发
展趋势[J].钻采工艺,2004,27(2):4Ο6.
Jiang Shan,Wang Xinhai,Zhang Xiaohong,et al.Development sta2 tus quo and trend of directional pinnate horizontal well for coalbed gas[J].Drilling&Production Technology,2004,27(2):4Ο6. [4] 鲜保安,高德利,王一兵,等.多分支水平井在煤层气开发中的应
用机理分析[J].煤田地质与勘探,2005,29(6):30231.
Xian Bao’an,Gao Deli,Wang Y ibing,et al.Analysis on applied mechanism of multiple laterals horizontal well in developing coal2 bed met hane[J].Coal Geology&Exploration,2005,29(6): 30231.
[5] 黄洪春,卢明,申瑞臣.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究[J].
天然气工业,2004,24(5):76Ο78.
Huang Hongchun,L u Ming,Shen Ruichen.Study on pinnate hori2 zontal directional drilling technique of coal2bed gas[J].Natural Gas Indust ry,2004,24(5):76Ο78.
[6] 田中岚.山西晋城地区煤层气钻井完井技术[J].煤田地质与勘
探,2001,29(3):25Ο28.
Tian Zhonglan.Drilling&completion techniques for coalbed met hane wells in Jincheng area,Shanxi,China[J].Coal Geology &Exploration,2001,29(3):25Ο28.
[7]Tracy L,Grills P.Magnetic ranging technologies for drilling steam
assisted gravity drainage well pairs and unique well geometries—a comparison of technologies[R].SPE79005,2001:1Ο8.
[8] 韩宝山.欠平衡钻井技术与煤层气开发[J].煤田地质与勘探,
2002,30(4):61Ο62.
Han Baoshan.Under balance pressure drilling technology and coalbed gas development[J].Coal Geology&Exploration,2002, 30(4):61Ο62.
(收稿日期2006Ο06Ο26 改回日期2006Ο11Ο13 编辑 黄小娟)
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然 石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井） 国外定向井发展简况
（表一）
10．井眼尺寸不受限制 11．可以测井及取芯 12．从一口直井可以钻多口水平分枝井 13．可实现有选择的完井方案 （4）．短曲率半径水平井的优缺点 优点缺点 1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具 2．侧钻容易２．非常规的完井方法 3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多 6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头 7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制 8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测 第三节定向井的基本术语解释 1）井深：指井口（转盘面）至测点的井 眼实际长度，人们常称为斜深。国外 称为测量深度（MeasureDepth）。 2）测深：测点的井深，是以测量装置 率是井斜角度（α）对井深（L?）的一阶导数。 dα Kα＝─── dL 井斜变化率的单位常以每100米度表示。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，?是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下： dΦ ＫΦ＝─── dL
水平井钻井技术及其在石油开发中的应用 经济的快速发展使人们对石油的需求急剧增加以及对环境保护意识的日益增强，如何高效，清洁，经济地开采地下能源已经成为目前继续解决的问题。在此情况下，水平井钻井技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油，天然气开发中得到广泛应用的一项综合技术。水平井钻井技术的发展对油井产量提高已经油田采收率提高都起到了只管重要的作用，水平井钻井技术的出现是石油钻井技术方面重大的突破。 水平井技术作为油气田开发的一项成熟，适用技术，在油气田开发中日益得到推广应用，近几年来，随着水平井工艺技术的突破性进展，综合钻井成本逐年下降，经济效益的显著提高，水平井在许多不同油气藏开发中逐步得到广泛应用。本文介绍了水平井的优点及应用范围，论述了水平井的施工技术，并结合钻井工程实例，详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用，最后点出了水平井钻井技术的应用效果和存在的问题。并得出了相应的结论。 关键词：水平井，钻进工艺，攻关目标水平井钻井技术存在的问题，井眼轨迹控制，随钻测量。
第1章绪论 现在，随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，水平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20世纪80年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量，降低采油成本。并且随着MWD (随钻测量仪)、PDC (聚晶金刚石复合片钻头)和高效导向螺杆钻具的应用，水平井技术已日趋完善。 总的来说。21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化，智能化，轻便化和经济化的方向发展。 传统的公关领域，主要是为钻井施工提供实用心情的工艺技术和装备，目的是提高钻井速度，降低钻井成本。水平井是未来钻井队的主要作业方式，对水品经的研究和发展将成为我们今后的最重要的课题之一，一定要重视和完善。
煤层气钻井中的几个关键技术问题 2008-11-17 来源 关于煤层气 1.1煤层气的成因及主要成份 煤层气是一种在含煤岩层中，以腐植性有机物质为主的成煤物质在成煤过程中自生、自储式非常规的天然气，俗称瓦斯，主要成分为CH4，占90%以上。煤层气在煤层中生成，并以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。 1.2煤层气的危害 煤层气一直被看作是对煤矿开采造成严重安全威胁的有害气体，在煤炭开采史中，由于煤层气导致了多起瓦斯、煤尘爆炸事故和煤与瓦斯的突出事故。煤层气的主要成分甲烷是具有强烈温室效应的气体，其温室效应要比CO2大20倍，散发到大气中的甲烷污染环境，导致气候异常，同时大气中的甲烷消耗平流层中的臭氧，而臭氧减少使照射到地球上的紫外线增加、形成烟雾，还可诱发某些疾病，危害人类健康。 1.3煤层气的利用 另一方面，甲烷作为煤层气的主要成分，其常温下的发热量为3.43～ 3.71MJ/Nm3，其热值与天然气相当，是一种高效、洁净的非常规天然气，可以用作民用燃料，也可以用于发电和汽车燃料，还是化工产品的上等原料，具有很高的经济价值。 1.4山西沁水潘庄矿区煤层气开发 山西沁水潘庄矿区煤层气开发已经初具规模，其中由中联公司开发的煤层气井日产气量平均在2000m3以上，主要用作化工及工业燃料、汽车燃料等，山西晋城煤业集团所属的寺河煤矿正在建设全国最大的120MW燃气轮低热值煤层气发电站。 1.5煤层气钻井工艺 煤层气钻井工艺基本和石油钻井工艺相似，都是在井眼钻成后，全井下生产套管，固井，然后通过射孔、压裂等工艺，最后达到采气的目的。一九四队从2006年8月起在山西沁水县为中联公司施工煤层气井，已成功完井6口，进尺2800多米，实现产值300余万元。本文结合煤层气井施工的实际，提出煤层气井钻井施工中防止井斜、钻井液固相控制、煤层钻进、下套管和固井这四个关键性技术问题。 2.煤层气钻井施工中的几个关键技术问题 2.1钻井防斜 2.1.1煤层气钻井对井斜的要求 由于在钻井完成后，还要进行射孔、压裂、安装井下装置等后续施工，对于钻井质量中的井斜有严格的要求，井深500m井斜0～1.0°为优质，1.0～2.5°为合格，超过2.5～3.0°为不合格，超过3.0°为报废。 2.1.2造成井斜的主要原因
2010年第25期（总第160期） NO.25.2010 （CumulativetyNO.160） 摘要：在煤层气开发过程当中，掏穴井既能取得分层参数，为多分支水平井钻井施工提供可靠依据，又可作为欠平衡施工的注气井，在生产阶段作为多分支水平井排采井。文章介绍了掏穴井施工中，应选用合理的钻具组合、适当的钻井参数以及先进的掏穴技术。 关键词：多分支水平井；煤层气掏穴井；钻井工具；钻井参数；掏穴技术 中图分类号：TE241 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）25-0133-02 在丹麦哥本哈根召开的联合国气候变化大会，使降低二氧化碳排放成为人们关注的话题。毫无疑问，未来低碳排放是社会发展的一个重要方向。近年来，随着我国一系列扶持煤层气产业发展的优惠政策出台，国内外企业对中国的煤层气产业的投资不断加大，使得我国煤层气钻井技术有了突破性的发展。特别是煤层气水平井的广泛应用，极大的推进了煤层气开发和煤矿瓦斯治理的进步和创新。然而每口煤层气水平井的成功都离不开一个重要的因素，那就是先期要有一口成功的联通直井即掏穴井，掏穴井是取得该地区分层参数，为多分支水平井钻井施工提供可靠依据，又是作为欠平衡施工的注气井，更是生产阶段作为多分支水平井排采井。 1 地质概况 钻遇地层由老至新分别为石炭系上统太原组(C 3 t)、二 叠系下统山西组(P 1s)、二叠系下统下石盒子组(P 1 x)、二叠系 上统上石盒子组(P 2 s)和第四系(Q)，其中石炭系上统太原组 (C 3t)和二叠系下统山西组(P 1 s)为主要含煤地层。 2 技术要求 (1)完井井斜不大于2°。 (2)井底水平位移不大于10m。 (3)全角变化率(/30m)不大于1.50。 (4)单点：50m/点；电子多点：10m/点。 (5)钻井液体系：坂土浆，以防垮、防漏为主。泥浆性能：密度1.05～1.08g/cm3，粘度不限制。应具有较强的携砂能力。 (6)表层套管低于地面0.38m，生产套管低于地面0.10m，生产套管与表层套管之间采用环形钢板来固定。 (7)穿过3#煤层底板以下65m完钻，井内无沉渣。 (8)完钻后，经测电子多点来确定3#煤层的确切方位与水平位移；经电测来确定3#煤层顶底板的确切位置。 (9)电测后下入177.8mm生产套管，3#煤层下1根玻璃钢套管，玻璃钢套管下深必须在3#煤层底板0～0.40m之间。生产套管固井时，水泥返高为3#煤层顶板以上200m。 (10)生产套管固井后，候凝30小时透水泥塞，透水泥塞至阻流环以上0.50m处；候凝48小时掏穴。 (11)掏穴掏出的煤必须在0.5m3左右及掏出的洞穴不得小于500m，填砂前必须将孔内泥浆置换成清水，填砂位置必须高出洞穴底板0.5～1.00m之间。 3 钻井施工 一开采用用Ф311.20mm牙轮钻头，钻进至二叠系上石盒子组砂岩5～10m左右完钻；下Ф244.5mm表层套管固井候凝48小时后；下入Ф215.9mm牙轮钻头，下接Ф159mm钻铤6～8根，以下接Ф89mm钻杆，钻进至200～250m(下石盒子组)之间把Ф215.9mm牙轮钻头换成Ф215.9mmPDC钻头，钻进至3#煤层底板把Ф215.9mmPDC钻头换成Ф215.9mm牙轮钻头直至完钻。 在一开钻进时，由于地层不稳定，易漏失，钻压为8～20kN，转速为30rpm，排量在10～16L/s之间，泥浆比重在1.08～1.10g/cm3之间，粘度在18～20s之间，pH值为8.5。 二开钻进至200～250m(下石盒子组)之间，地层不稳定，软硬不一，多为灰白色、灰色砂岩，紫红色泥岩及少量灰绿色、灰色砂质泥岩，钻压为35kN，转速为30rpm，排量为16L/ s，泥浆比重在1.05～1.08g/cm3之间，粘度在15～18s 之间，pH值为8～8.5。200～250m(下石盒子组)钻进至3#煤层顶板，地层稳定，多为浅灰-灰-深灰色泥岩、砂质泥岩及浅灰-灰色砂岩，钻压为30kN，转速为60r/min，排量为16L/s，泥浆比重在1.05～1.08g/cm3之间，粘度在15～18s之间，pH值为8。3#煤层钻压为8kN，转速为30rpm，排量为16L/S，泥浆比重在1.02g/cm3，粘度在15s 之间，pH值为8。3#煤层底板至完钻，地层岩性为灰色灰岩，灰黑色泥岩及深灰色砂岩，钻压为45～50kN，转速为60rpm，排量为16L/s，泥浆比重在1.08g/cm3，粘度在18s，pH值为8。 二开完钻后由电子多点测斜数据来确定3#煤层的确切方位与水平位移；经电测来确定3#煤层顶底板的确切位置； 煤层气掏穴井钻井工艺浅析 胡向志 （河南豫中地质勘察工程公司，河南 郑州 450053） -- 133
煤层气水平井钻井工程作业规程 The Operation Regulation of Coalbed Methane Horizontal Drilling 1 范围 本标准作为中联煤层气有限责任公司（以下简称中联公司）企业标准，规范了煤层气水平井钻井工程作业全过程的程序和要求。包括水平井钻井工程设计、钻前准备及验收、水平井井眼轨迹控制作业、水平井测量作业、水平井完井作业、水平井钻井工程质量要求、健康、安全与环境管理（HSE）要求、水平井钻井工程资料汇交要求等六项内容。 本标准适用于煤层气勘探开发过程中水平井钻井工程的设计、施工作业、工程质量要求、资料汇交和验收。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 Q/CUCBM 0301 煤层气钻井作业规程 GB/T 8979 污水排放要求 GB/T 11651 劳动保护用品 SY/T 5172 直井下部钻具组合设计方法 SY/T 5272 常规钻井安全技术规程 SY/T 5313 钻井工程术语 SY/T 5322 套管柱强度设计推荐方法 SY/T 5334 套管扶正器安装间距计算方法 SY/T 5358 砂岩储层敏感性评价实验方法 SY/T 5396 石油套管现场验收方法 SY/T 5411 固井设计格式 SY/T 5412 下套管作业规程 SY/T 5435 定向井轨道设计与轨迹控制 SY/T 5526 钻井设备安装技术、正确操作和维护 SY/T 5547 动力钻具使用、维修和管理 SY/T 5618 套管用浮箍、浮鞋 SY/T 5619 定向井下部钻具组合设计作法 SY/T 5672 钻井井下事故处理基本规则 SY/T 5724 套管串结构设计 SY 5876—93 石油钻井队安全生产检查规定 SY/T 5957—94 井场电器安装技术要求 SY/T 5958 井场布置原则和技术要求 SY/T 5964 钻井井控装置组合配套规范 SY/T 6075 评价入井流体与多层配伍性的基础数据 SY/T 6228—1996 油气井钻井及修井作业职业安全的推荐方法中第八章和第10.5、10.6款 SY/T 6283—1997 石油天然气钻井健康、安全与环境管理体系指南 SY/T 6426 钻井井控技术规程 3水平井钻井工程设计
水平井和多分支井技术 来源：挪威石油网2010-06-17 14:31:53 | 字号:大中小 水平井作为一种开发低渗透油气田的一项成熟技术已经在世界各国油田中得到广泛应用。从低渗透油田开发的角度来讲，水平井水平段在油层中的位置、延伸长度和延伸方向是决定水平井产能的关键因素，因此在水平井的建井过程中必须应用能保证水平井以最佳井身轨迹钻进的新工艺。 目前，俄罗斯已经可以利用地震声学X射线层析成像法以高精确度确定产层在不同方位上产层的深度和含油厚度，作为最佳井身轨迹的设计的依据；并且试图建立能够控制钻具钻进移动方向的自动系统，该自动系统包括从井底方向和钻柱下部组合装置的表面遥测控制系统，能自动和手动操作钻柱下部组合装置、钻具(变向器、钻铤、寻中器、稳定器)的控制工具。 美国Andrill公司研制出地质导向工具，可测得离钻头1?2m范围内的方位、地层电阻率、伽玛射线、转速和井斜等，并把这些钻头附近的数据传到MWD系统，以便更好地引导钻头穿过薄层和复杂地层，利用测井数据直接进行地质导向钻井，而不是按预先设计的井眼轨迹钻井。 多分支井的完井已经有TAML分级标准，但是仍然是分支井技术上的难点，其主要困难在于主井眼与分支井眼的连接技术。分支井的连接技术是分支井所特有的，支井眼与主井眼的密封连接问题是目前分支井完井作业技术难度最大的。因此分支井研究的主要方面集中在分支井完井中的主、支井眼连接技术。 不密封连接方式(仅将主井眼与支井眼内管柱机械地连在一起)有Sperry公司的可回收分支井系统和分支回接器，Baker公司早期的根部系统等；密封连接系统目前有Sperry公司的RMLS系统、ITBS及LTBS系统，Hauiburton公司的分支井系统3000TM，Baker公司最新的根部系统；为了顺利再进入分支井眼，可使用选择性再进入工具(SRT)。多数密封连接系统都是选择性再进入的，如Sperry-San公司的多管柱完井系统(MSCSTM)，PCE公司的分支井再进入系统等。 由Marathon oil与Baker oil Tools、National oil well联合开发的井下分离头系统(Down hole oil Splitter System)是一项专利技术，利用该系统可以在一口井中钻数个分支，并可以下套管固井、完井，同时可以保持各分支间的任意进入性。 由Sperry-Sun钻井服务公司、CS资源公司和Cardium工具服务公司联合研制开发的一套分支井衬管回接新技术??分支井段回接系统(LTBS)。LTBS主要包括套管开窗接头、可回收式导斜器、分支井衬管悬挂器及下送工具等四个部分。利用LTBS可采用常规定向井工艺钻出分支井段，实现分支井衬管与主井眼油层套管的回接，并可对分支井衬管进行注水泥固井，保证以后可以重新进入分支井筒内作业。 利用水平井开发低渗透油藏主要有以下几方面的原理： 水平井生产剖面具有很强的泄油能力；
页岩气水平井钻井技术 摘要当前我国页岩气水平井钻井施工整体表现出成本高、周期长、复杂事故多等问题。针对这些问题，本文对国内页岩气井进行了技术跟踪，归纳了当前我国页岩气水平井钻井过程中所面临的轨迹优化及控制、井壁稳定、摩阻扭矩、井眼清洁以及固井技术等难点问题。 关键词页岩气水平井轨迹控制井壁稳定摩阻 美国页岩气资源的规模化开发和商业化利用，正在改变着世界能源格局，而同为世界能源进口大国的中国，同样拥有丰富的页岩气资源。政策以及相关支持政策的陆续出台，不但表明了我国政府大力发展页岩气资源的决心，而且正在积极推进我国页岩气产业的全面、快速发展。 页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式，在一定地质条件下聚集成藏并具有商业开发价值的非常规天然气。与常规天然气藏相比，页岩气储层孔隙度主体小于10％，储层孔隙为0~500nm，孔喉直径介于5~200nm，渗透率极低，一般多采用水平井并经水力压裂技术改造后进行开发。当前，公认的具备商业开采价值的页岩气藏需具备以下条件：①页岩气储集层厚度大于100ft（30m）；②富有机质页岩有机质丰富，TOC > 3 %；③成熟度Ro在1.1-1.4之间；④气含量>100ft3/t；⑤产水量较少，低氢含量；⑥黏土含量小于40 %，混合层组分含量低；⑦脆性较高，低泊松比、高杨氏弹性模量；⑧围岩条件有利于水力压裂控制。页岩气藏作为典型的连续型油气聚集，往往分布在盆地内厚度大、分布广的集“生-储-聚”为一体的页岩烃源岩地层中。页岩作为粘土岩常见岩石类型之一，是由粘土物质经压实、脱水、重结晶作用后形成的，其成分复杂，除包含高岭石、蒙脱石、水云母、拜来石等粘土矿物外，还含有诸如石英、长石、云母等碎屑矿物和铁、铝、锰的氧化物与氢氧化物等自生矿物，页岩层理构造发育，多呈页状或薄片状（图1左），并沿层理发育有大量裂隙和微裂隙（图1右），脆性高、易碎，外力击打作用下易裂成碎片，且吸水膨胀性强，长时间裸露浸泡后极易引起井壁缩径、垮塌、掉块等复杂事故。例如，四川威远-长宁构造完成的3口页岩气水平井，水平井段钻进过程多次遭遇井壁垮塌、掉块等复杂，引发卡钻、报废进尺等事故，并导致3口水平井储层段40%进尺作业占总作业时间70%以上。同时，页岩气水平井井壁失稳问题频发，不但严重影响到钻井周期、钻井成本等问题，还直接导致井身质量差、固井难度大、储层污染严重等问题，这些问题都给后续开发带来极为不利的影响。据不完全统计，截止2012年初，四川威远、长宁及云南昭通页岩气产业化示范区完钻的4口水平井，平均井深3357米，平均钻井时间118天，而北美地区井深4000~5000米，水平段1500~2000米的页岩气井钻井周期通常在15~20天，水平段钻井时间仅为5~8天。由此可见，我国相对落后的页岩气水平井钻井技术，已经成为制约我国页岩气工业快速发展的重要瓶颈。
煤层气钻井井控实施细则（暂行） 中石油煤层气有限责任公司 ○二一一年四月
目录 一一一总则 一一一风险评估和分级管理 一一一一级风险井井控管理 一一一二级风险井井控管理 第五章防火、防爆措施 第六章井控应急救援 第七章井控技术培训 第八章井控管理制度 第九章附则
第一章总则 第一条煤层气是一种以吸附态吸附在煤的微孔隙表面的气体，需要通过排水降压方式才得以采出，是一种非常规气藏。 第二条为了进一步推进煤层气钻井井控工作科学化、规范化，提高井控管理水平，有效预防井喷事故的发生，保证人民生命财产安全，保护环境和油气资源不受破坏。参照中国石油天然气集团公司《石油与天然气钻井井控规定》，结合煤层气自身开发特点制定本实施细则。 第三条本实施细则适用于煤层气勘探开发钻井工程施工作业，进入所辖地区的所有钻井队伍及相关技术服务队伍应执行本细则。 第二章风险评估和分级管理 第四条井控风险评估 根据煤层气特点，将煤层气钻井作业风险划分为两级，按二 级井控风险进行管理。 一级风险井：预探井、含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的开发井、评价井。 二级风险井：不含浅层气和CO2、H2S等有毒有害气体的详探（评价）井、开发井。 第五条井控分级管理 （一）井控装备配套 一级风险井必须安装防喷器，二级风险井在满足一次井控的条件下，可不安装防喷器。
（二）管理要求 一级风险井：相关建设单位在公司专业管理部门的指导下全 面进行管理。 二级风险井：相关建设单位独立进行全面管理。 第三章一级风险井井控管理 第六条井控设计是钻井地质和钻井工程设计的重要组成 部分，公司地质、工程设计部门要严格按照井控设计的相关要求进行井控设计，需由公司主管部门负责审核审批。 第七条钻井井口距离高压线及其它永久性设施不小于75m，距民宅不小于100m；距铁路、高速公路不小于200m；距学校、医院、油库、河流、水库、人口密集及高危场所等不小于500m。若安全距离不能满足上述规定，应组织进行安全、环境评估，并制定有针对性的井控措施和应急预案。 第八条地质设计应根据物探资料及本构造邻近井和邻构造的钻探情况，提供本井全井段预测的地层压力系数、浅气层、有毒有害气体资料和复杂情况。 第九条工程设计应根据地层压力系数、浅气层资料、岩性剖面及安全钻进的需要，设计合理的井身结构和套管程序，绘制 各次开钻井口装置及井控管汇安装示意图，并提出相应的安装、试压要求。 第十条工程设计应根据地质设计提供的资料进行钻井液设计，钻井液密度以各裸眼井段中的最高地层孔隙压力当量钻井液密度值为基准，另加一个安全附加值0.02g/cm3～0.15g/cm3；具
石工1207《钻井新技术》复习资料 1.1 写出以下名词的解释或定义。（10分） 多分支井钻井：多分支井是指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至在从二级井眼钻出 三级子井眼。 几何导向钻井：由井下随钻测量工具测量的几何参数：井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制 井眼轨迹的钻井工具。 地质导向钻井：用地质准则来设计井眼的位置，对准确钻入油气目的层负责的钻井方式。 套管钻井：使用套管或尾管作为钻柱进行钻进，在一个钻井过程中同时完成钻井及固井作业。 控压钻井：是一种精确控制整个井筒环空压力的钻井技术，能有效解决窄窗口钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等多种复杂情况， 避免地层流体侵入井筒，减少井涌、井漏的发生。 泥浆帽钻井（）：是液相欠平衡钻井的一种，指环空、节流阀关闭，环空施加重稠的流体（所谓的泥浆帽）而清稀的钻井液通过 钻具进入地层实现边漏边钻的一种钻井方式。 1.2根据课程学习对现代钻井技术包含的内容和未来钻井技术发展方向做一简单评述。（10分） 内容：水平井钻井技术、大位移井钻井技术、多分支井钻井技术、旋转导向钻井技术、地质导向钻井技术、小井眼钻井技术、套管钻井技术、柔性管钻井技术、随钻测量钻井技术、钻井信息应用技术、智
能钻井技术。 方向:1.钻井技术的发展将以信息化智能化、综合化、现代化为特点，并以实现自动化钻井阶段为目标；2.在世界石油资源的主要地区和复杂地区的工作量将增大，在极地、远海、深层和复杂油气田江钻更多的井；3.钻井技术将按三个层次发展，即成熟技术集成化，在研究技术工业化、高新技术和创新工程加快引入和发展；4.钻井工程的理论研究将更加系统化及成熟。 1.3根据课程学习分析我国钻井技术发展现状、存在问题和努力方向。（10分） 差距：我国在智能钻井、智能完井、复杂结构井、多分支井、大位移井和柔性管钻井完井等方面几乎还是空白或刚刚起步。钻井信息技术、随钻测量技术和深井技术（尤其是深初探）方面差距较大。水平井的应用还未达产业化的程度。钻井总体差距约为5-10年。 问题：我国钻井技术基本上还是以跟踪为主，创新成果不多。 今后：今后应明确目标、集中攻关、强调研究及开发有自主知识产权的创新工程及技术。应加强钻井理论研究，如钻井预测理论等，面向21世纪钻井技术的发展关键在人才，如何培养为钻井服务的创新人才和胜任国际全球化竞争的队伍迫在眉睫。 1.4 写出十种以上钻井新技术的中、英文名称。（10分） 水平井钻井技术： 大位移井钻井技术： 多分支井钻井技术： 旋转导向钻井技术：
水平井技术措施 1. 侧钻 1) 直井段要保证钻直，钻进至造斜点测ESS，及时计算出井身轨迹数据，以此为依据计算设计下部施工的井眼轨道； 2) 侧钻井段要选择在井径规则、钻时较快的井段，最好是砂岩段； 3) 水泥塞要保证打实，候凝48小时以上，检查水泥塞质量。检查方法：修水泥面，试钻钻压50~80千牛，钻时不高于5~8分/单根，水泥塞质量达到上述要求后钻至侧钻点井深； 4) 侧钻用直马达加弯接头，使用MWD监测井身轨迹的变化情况，判断是否侧钻成功； 5) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 6) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 7) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 8) 钻井参数服从马达参数，轻压，根据钻进直井段时的钻时选择控制好侧钻钻时； 9) 随时注意钻进时的返砂情况，根据返砂情况及时调整钻井参数，确认新井眼与老井眼偏离2米，新砂样达90%，可确定出新井眼，方可起钻； 10) 起钻前，充分循环至振动筛上无砂子返出； 11) 起钻后采用导向系统钻进。 2. 导向钻进 1) 严格按照推荐上扣扭矩紧扣； 2) 控制起下钻速度在15柱/小时以下； 3) 若下钻遇阻，划眼时应保证工具面是钻进该井段时使用的工具面； 4) 开泵前要确保已安放了钻杆泥浆滤清器； 5) 钻井参数参考马达使用参数； 6) 如果造斜率偏高，马达角度在2度以下可考虑采用10－30转/分以下的转速启动转盘导向钻进; 7) 如果造斜率偏低，起钻换高角度马达； 8) 工具造斜率应稍高于设计造斜率，避免因造斜率不足而起钻； 9) 实际施工过程中，应使实钻轨道尽量靠近设计轨道； 10) 根据现场实际情况，分段循环，及时短起下，保证井眼清洁； 11) 钻具倒装，原则是井斜30度以深井段采用18锥度钻杆，加重钻杆
煤层气井钻井完井技术浅议 蒋作焰 【摘要】：煤层在储层物性、机械力学性质及储集方式等方面具有与常规油气储层不同的特征；这些特征决定了煤层气井钻井、取心、完井及储层保护诸技术的特殊性。据此，我们从钻井完井工程的角度分析了现有技术存在的问题和制约煤层气开发效果的主要因素。研究并形成了一整套煤层气井的取心技术、储层保护技术和完井技术。这套技术应用于中国多个煤层气试验开发区，不仅满足了地质评价的需要，也为实现煤层气工业性开采起到了积极推动作用。 【关键词】：煤层气钻井技术完井技术 【作者】：蒋作焰2006年毕业于长江大学石油工程专业，中原石油勘探局钻井一公司工程师。
前言 煤层气又称煤层甲烷,是一种优质高效清洁能源。凭借良好的安全效益、环保效益和经济效益，煤层气的勘探开发已在国际上引起广泛的关注。我国煤层气资源十分丰富,但是目前我国的天然气勘探开发还处于起步阶段。中原钻井通过多年的攻关研究和试验，形成并掌握了一整套适合煤层气的钻井完井工艺技术，其内容包括：煤层造穴技术、连通技术、煤层井眼轨迹控制技术、水平分支井技术、充气欠平衡钻井技术、煤层绳索取心技术、煤层气完井技术、煤储层保护技术、煤层气井完井技术等。 一、煤层气井钻井完井的特殊性 煤层气钻井完井技术是建立在煤层地质力学性质及开采要求基础之上的。煤层具有不同于其他储层的特殊地质特性表现在以下几个方面： 1、井壁稳定性差，容易发生井下复杂故障。 煤层机械强度低，裂缝和割理发育，均质性差，存在较高剪切应力作用。因而煤层段井壁极不稳定，在钻井完井过程中极易发生井壁坍塌、井漏、卡钻甚至埋掉井眼等井下复杂。 2、煤层易受污染，实施煤层保护措施难度大。 煤层段孔隙压力低且孔隙和割理发育，极易受钻井液、完井液和固井水泥浆中固相颗粒及滤液的污染；但在钻井完井过程中，为安全钻穿煤层，防止井壁坍塌，又要适当提高钻井液完井液的密度，保持一定的压力平衡。这就必然会增加其固相含量和滤失量，加重煤层的污染。因此，存在着防止煤层污染和保证安全钻进的矛盾，从而使实施煤层保护较油气层更为困难。 3、煤层破碎含游离气多，取心困难。
多分支井钻井：多分支井是指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼（二级井眼），甚至在从二级井眼钻出三级子井眼。几何导向钻井：由井下随钻测量工具测量的几何参数：井斜、方位和工具面的数值传给控制系统，由控制系统及时纠正和控制井眼轨迹的钻 井工具。 地质导向钻井：用地质准则来设计井眼的位置，对准确钻入油气目的层负责的钻井方式。 套管钻井：使用套管或尾管作为钻柱进行钻进，在一个钻井过程中同时完成钻井与固井作业。 控压钻井：是一种精确控制整个井筒环空压力的钻井技术，能有效解决窄窗口钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等多种复杂情况，避免地层流体侵 入井筒，减少井涌、井漏的发生。 泥浆帽钻井（mudcap drilling ）：是液相欠平衡钻井的一种，指环空、节流阀关闭，环空施加重稠的流体（所谓的泥浆帽）而清稀的钻井液通 过钻具进入地层实现边漏边钻的一种钻井方式。 1.2根据课程学习对现代钻井技术包含的内容和未来钻井技术发展方向做一简单评述。（10分） 内容：水平井钻井技术、大位移井钻井技术、多分支井钻井技术、旋转导向钻井技术、地质导向钻井技术、小井眼钻井技术、套管钻井技术、柔性管钻井技术、随钻测量钻井技术、钻井信息应用技术、智能钻井技术。 方向:1.钻井技术的发展将以信息化智能化、综合化、现代化为特点，并以实现自动化钻井阶段为目标；2.在世界石油资源的主要地区和复杂地区的工作量将增大，在极地、远海、深层和复杂油气田江钻更多的井；3.钻井技术将按三个层次发展，即成熟技术集成化，在研究技术工业化、高新技术和创新工程加快引入和发展；4.钻井工程的理论研究将更加系统化与成熟。 1.3 根据课程学习分析我国钻井技术发展现状、存在问题和努力方向。（10分） 差距：我国在智能钻井、智能完井、复杂结构井、多分支井、大位移井和柔性管钻井完井等方面几乎还是空白或刚刚起步。钻井信息技术、随钻测量技术和深井技术（尤其是深初探）方面差距较大。水平井的应用还未达产业化的程度。钻井总体差距约为5-10年。 问题：我国钻井技术基本上还是以跟踪为主，创新成果不多。 今后：今后应明确目标、集中攻关、强调研究与开发有自主知识产权的创新工程与技术。应加强钻井理论研究，如钻井预测理论等，面向21世纪钻井技术的发展关键在人才，如何培养为钻井服务的创新人才和胜任国际全球化竞争的队伍迫在眉睫。 1.4 写出十种以上钻井新技术的中、英文名称。（10分） 水平井钻井技术.大位移井钻井技术.多分支井钻井技术旋转导向钻井技术.地质导向钻井技术：欠平衡钻井技术：小井眼钻井技术：控制压力钻井技术套管钻井技术：连续管钻井技术： 2.1 完成一口水平井的设计和施工将包含哪些方面的技术研究工作？（10分） 1.水平经济性：产量、效益、增加可采储量、提高采收率。 2.水平井井位确定布井方案研究：地址要素、长度、泄油面积 3.水平井油藏工程：锥进、产量预测、表皮效应、井网和形状研究 4.水平井设计：剖面设计、钻井参数、井身结构、钻柱组合
作者简介:黄洪春,1966年生,工程师;1986年毕业于重庆石油学校钻井专业,现从事煤层气研究与试验工作,已发表论文 10余篇。地址:(065007)河北省廊坊市万庄44号信箱。电话:(010)69213379。 Ο加里?特瑞特.新型水平定向钻井系统.煤矿区煤层气项目投资与技术国际研讨会论文集.2000年9月北京。 煤层气定向羽状水平井钻井技术研究 黄洪春 卢明 申瑞臣 (中国石油勘探开发研究院廊坊分院) 黄洪春等.煤层气定向羽状水平井钻井技术研究.天然气工业,2004;24(5):76～78 摘 要 从煤储层特性分析入手,讨论了现有煤层气井增产技术的不足,阐述了用特殊的羽状水平井来提高煤层气单井产量的有利条件。并通过室内实验和研究,介绍了煤层气定向羽状水平井的设计方案、钻井关键技术和主要工具结构原理,提出了在国内现有技术与装备条件下相应的实施方案和建议。所述技术对中国煤层气的开发具有实际应用价值。 主题词 煤层气 羽状水平井 设计 钻井技术 煤层实施羽状水平井的有利条件 由于垂直井贯穿煤层割理系统长度有限(通常为煤层厚度),而煤层气藏基岩渗透率很低,为获得经济产量需要对煤层实施增产措施。从我国煤层气试验井来看,先后试验了水基压裂液压裂、CO 2泡沫压裂、裸眼洞穴等多种增产技术措施。 对各向异性的煤层气藏压裂水力裂缝方位研究表明,水力裂缝通常沿与面割理(煤层主应力和渗透率方向)平行方向延伸,不能充分地进入煤层深部。加之煤层机械强度低、易压缩,压裂裂缝难以控制,压裂砂易嵌入煤岩使其对煤层的支撑效果大大降低,并有可能在裂缝周围形成一个屏障区。从8口裸眼洞穴完井的试验情况来看,因造洞穴方式和施工工艺的不同,未达到改善近井地带渗透率而使增产效果差。 理论研究和常规油气储层实践证明,当储层纵横向渗透率比值大于0.1时钻水平井效果显著,其产量可达直井的3～10倍,煤层气储层渗透率完全符合该条件。 要在渗透率较低的煤储层中获得经济的煤层气产量,需要更多的煤层裸露和割理系统沟通才能实现,而羽状分支水平井可以做到这点。 综上所述,煤层气储层具有钻羽状水平井有利 的条件。 煤层气定向羽状水平井设计 所谓羽状分支水平井是指在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道,分支井筒能够穿越更多的煤层割理裂缝系统,最大限度地沟通裂缝通道,增加泄气面积和气流的渗透率,使更多的甲烷气进入主流道,提高单井产气量。 1.煤层气羽状水平井完井方法 对于煤层气定向羽状分支水平井的完井方式,工艺较简单,主要采用裸眼完成,直接投产。 2.井身结构 煤层气需要通过排水降压解吸附才能产出,因此,定向羽状水平井井身结构必须考虑排水采气。参考美国已成功完成的羽状分支水平井钻井方案Ο,结合我国煤层特点提出如下两种井身结构方案。 方案一,需要另钻直井抽排水。 215.9mm 井眼在目的煤层顶部下入 177.8mm 技术套管并注水泥固井;用 152.4mm 钻头小曲率半径造斜进入煤层,并在煤层中钻500～1000m 长的主水平井眼;然后用 120.6mm 钻头由下往上在主水平井眼两侧不同位置交替侧钻出4～6个水平分支井眼。单个水平分支井眼长300～600m ,与主水平井眼成45°夹角,全部采用裸眼完井。最后,在距水平井井 ? 67?
川西水平井钻井技术研究 【摘要】水平井是在定向斜井钻井技术基础上发展起来的一项钻井技术，单井增产效果明显。近年来由于水平井的大量投产，水平井技术在川西得到了较广泛的应用，通过不断研究和探索，总结出了部分川西水平井施工工艺技术。本文从川西地层钻井状况结合水平井工程难点进行分析，详细阐述了针对难点的技术措施，为今后的水平井施工提供参考。 【关键词】川西；水平井；钻井技术 一、川西地层钻井状况分析 川西地层复杂，上部地层易漏，下部地层高压，施工难度较大，下面以新场构造、孝泉构造、马井构造为例分析川西地层钻井状况：川西新场气田蓬莱镇组气藏为大型次生气藏，区块内为陆相砂、泥岩沉积，断层、裂缝不发育，新场构造地层岩石强度大、可钻性差、机械钻速低、钻井周期长，由于高压超高压地层，易出现常规钻井井涌、井漏等复杂情况。 川西孝泉构造气藏，为下覆地层通过断层裂缝向上运移而成的次生气藏，储层处高压状态，裂缝性高压气藏，往往伴随着井漏，严重时会导致井喷，并且裂缝通道的漏失安全密度窗口很窄，安全钻井液密度窗口选择困难，井控难度大。 马井构造位于川西中部，马井构造浅部地层的第四系及白垩系以种植土、砂砾层、泥岩及石膏、砾石为主。由于浅井段的砂砾层及地层界面的不整合接触在钻井过程中易发生井漏。砂砾层、泥岩与粉砂
岩及石膏夹层造成井眼失稳，极易产生井塌、掉块卡钻、下套管作业困难等情况。 二、川西水平井钻井施工难点 川西地区地质条件复杂，水平井施工风险高、易发生井下复杂情况，除设计上合理确定井身结构外，更重要的是解决施工过程中的难点问题。川西水平井施工难点主要集中表现在以下三个方面：一是轨迹控制难度大。由于水平井一般是三维靶体，井眼轨迹不仅要求进入窗口，更要求避免进入水平井段时由于钻头穿出靶体而导致的脱靶现象；摆放工具面角难度系数大。水平井斜井段不断延伸，随之井眼摩阻不断增大，导致钻具在井眼中不易转动，工具面角的摆放问题尤其表现出难度所在；控制难度系数大。因工具造斜能力的模糊性以及地质的不确定性和测量信息缺乏时效性等各种客观因素的制约，致使水平井中的水平井段控制和着陆控制难度大大增加。 二是钻柱与井眼之间的摩阻较大。受水平井造斜段井斜角的作用，井眼的弯曲程度对相应钻柱的受力具有较大的影响，并且当钻具进入水平段后，随着井眼轨迹的上下波动，摩阻越来越大，钻具拖压压风险增大。因此，确定合理的钻具组合是水平井又一施工难点。 三是井眼净化难度大。由于水平井段钻具整体躺在下井壁上，钻具与井壁的轴向摩擦和径向摩擦加大了起下钻阻力和扭矩，易造成钻具遇阻、遇卡、钻杆胀扣、脱开等井下复杂情况，大斜度井段和水平段的岩屑不易携带，易形成岩屑床，如果净化不好将导致摩阻和扭矩的增加，造成下套管和固井作业不能顺利进行，因此，加强井眼净化，
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 定向井、水平井的基本概念 定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）Ｔ．A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1９34年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由ＢP勘探公司钻成,井深达10,65４米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于１99７年在英国北海的ＲyｔｃｈＦarm 油田钻成的M11井,水平位移高达1，0１１4米。 垂深水平位移比最高的是Statoｉl公司钻成的的33/９—C２达到了１:3．14； 丛式井口数最多，海上平台:９6口；人工岛:17０口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾３5０米，水平位移444.2米,最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF１28井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平
阶梯水平井钻井技术 冯志明 颉金玲 (大港油田集团公司定向井技术服务公司,天津大港 300280) 摘要 阶梯水平井是在水平井完成第1水平靶区后,通过降斜、稳斜、增斜段的调整,进入并完成第2水平靶区井段的水平井钻井技术。该技术将水平井技术又推上了一个新的高度。使水平井的应用扩展到常规油气层,连续薄油层、断块油层等复杂油气田。文中从施工难点、优化工程设计、井眼轨迹控制3方面论述了阶梯水平井的钻井技术。列举了TZ406井、YX2P1井、LN61-H1井3口阶梯水平井的施工数据。针对TZ406井施工经过、施工要点、施工技术措施,对阶梯水平井的设计、轨道控制技术、施工难点经验、体会和认识,做了全面的论述。现场应用表明:阶梯水平井显著地增加了产量,大幅度地提高勘探开发的综合经济效益,必将成为油气田开发的重要手段之一。 主题词 水平井 导向钻井 井眼轨迹 工程设计 钻具组合 作者简介 冯志明,1966年生。1987年毕业于重庆石油学校钻井工程专业,工程师。 颉金玲,1945年生。毕业于华东石油学院,现任副经理,高级工程师。 阶梯水平井是指在一个井眼中连续完成具有一定高度差的两个或者多个水平井段,形成具有两个或多个台阶的井眼轨迹,用一个井眼开采或者勘探两个或多个层叠状油藏、断块油藏的水平井井型。利用阶梯水平井连续在这两个油层中水平延伸一定长度,节约了重复钻井的投资,增加了单井产量,可取得最佳的开发效果。 一、施工难点 1口成功的阶梯式水平井,能实现取代2口或多口水平井的开发目的,既节约投资,又能获得好的效益。常用于阶梯式水平井开发的区块具有以下特点:(1)层叠式或不整合薄油藏;(2)断块油藏;(3)上部油层断失或尖灭,存在下部可供开采的油藏。 1.目的层油层薄,区块复杂,井眼轨迹拐点多,不平滑,不利于送钻和钻压传递,控制和调整井眼轨道工作量大。着陆、阶梯过渡段控制困难。 2.对钻井装备、钻井液净化设备要求高,井眼的净化和携砂难度大,大斜度井段易形成岩屑床,造成井下复杂情况发生,需要有足够的动力,配套齐全的净化设备。 3.钻具组合、监测仪器等针对性强,技术含量高,钻柱受力复杂。 二、优化工程设计 1.优化井身剖面设计 阶梯水平井的地质设计,通常只给定AB段、CD段两个阶梯水平段的入窗窗口和目标靶区,工程设计则需要满足以下3个方面的条件。(1)满足地质对轨迹控制的要求:即中靶要求。(2)井下专用钻具、工具、仪器装备能满足设计井眼轨迹控制的要求。(3)完井电测、下套管、固井等完井工艺技术水平须满足开放要求。 阶梯式水平井,与普通水平井不同的是怎样依据地质要求,对第1水平段终点到第2水平段终点间的井身剖面进行设计。 2.优化井身结构 根据TZ406井、YX2P1井和LN61-H1井的施工技术,结合国内外其它地区阶梯水平井的施工经验、油层特点和完井方式,一般认为技套必须封固目的层以上的异常高压以及易垮塌、破碎带等不稳定地层,以保证水平井安全、快速地钻井和完井。 三、井眼轨迹控制技术 1.合理的钻具组合设计 分析近年来完成的数十口水平井资料,总结出几套适合于常规水平井和阶梯水平井施工,目前国内工艺技术和装备又能够实现的钻具组合结构。 (1)侧钻钻具组合。钻头+螺杆钻具+定向接头+无磁钻铤+MWD短节+钻铤+钻杆。该钻具组合常用于回填导眼后的侧钻井段和第1造斜井段的施工,平均造斜率达10～12(°)/30m。 (2)钻盘微转增斜钻具组合。钻头+稳定器+无磁钻铤+MWD短节+无磁钻挺+稳定器+钻铤+ 22石油钻采工艺 2000年(第22卷)第5期DOI:10.13639/j.od pt.2000.05.006