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
煤层气参数井小井眼钻井技术 3 莫日和1 覃成锦2 高德利2 (1.中联煤层气有限责任公司,北京 100011; 2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室, 北京昌平区 102249) 摘 要:为了降低煤层气钻井成本,中联煤层气有限责任公司试用了小井眼钻井技术钻参数井。本文介绍此技术的关键组成部分,其中包括:钻井地面设备的配置,各开钻具组合的构成,钻进参数的选择,钻井液体系的选择,钻井液体系的性能维护,钻井液固相控制的措施,防斜、取芯和测井的技术。此技术在贵州保田青山项目6口井的施工中得到成功的应用,其所需费用不及常规油气钻井技术的一半。综上所诉,煤层气井小井眼钻井技术是切实可行。关键词:小井眼 煤层气 钻井 参数井 Slim H ole Drilling T echnology for Parameter Well of C oalbed Methane M o Rihe 1,T an Chengjin 2,G ao Deli 2 (1.China United C oalbed Methane C orporation ,Ltd.Beijing 100011;2.C MOE K ey Lab of Petroleum Engineering in China University of Petroleum ,Beijing 102249) Abstract :In order to reduce the cost in drilling ,China United C oalbed Methane C orporation adopts slim hole drilling technology to drill parameter wells.In this paper ,key parts of this technology are introduced ,which includes selections of surface equipment ,drill string ,drilling parameter and drilling fluid ,maintenance of drilling fluid ,control measures of s olid content ,deviation prevention ,coring technology ,and logging technol 2ogy.These techniques are success fully applied in the Qingshan project in Baotian ,G uizhuo Province ,which only cost less than half of what may cost in conventional oil and gas well drilling.According to the above dis 2cussion ,a conclusion can be reached that slim hole drilling is feasible for the drilling of parameter well.K eyw ords :Slim hole ;coalbed methane ;drilling ;parameter well 煤层气就是煤层中的甲烷气,主要以吸附状态存在于煤层中,其产生机理是降压、解析、扩散和渗透等过程。煤层气井垂深一般为300～1500m ,单井产量偏低,为1000～10000m 3/d (通常为3000～5000m 3/d ),而且作为储层的煤层与常规石油天 然气储层相比具有特殊的物理力学性质。目前,国内煤层气田勘探环境的特征是:勘探区地处丘陵或山地,交通不便,山高坡陡,便道路远湿滑,简易公路坡陡弯急,煤田地质条件比较复杂,煤储层机械强度低,易造成井下情况复杂和井下事故,煤储 3获中国石油集团应用基础研究项目“煤层气钻井技术研究与应用”(06A20202)资助 作者简介 莫日和,男,汉族,1969生,广东高州人,油气井工程专业,硕士,现任中联煤层气有限责任公司工程师,从事钻探工程技术及管理工作。 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
煤层气排采技术规范
煤层气企业标准 煤层气井排采工程技术规范 (试行) 2008-08-18发布2008-08-18实施
煤层气企业标准 煤层气井排采工程技术规范 1范围 本标准规定了煤层气井排采工程施工过程中各工序的技术标准，包括排采总体方案的制定、泵抽系统、排采设备及地面流程的安装、场地标准、下泵作业、洗井、探冲砂、资料录取、分析化验、总结报告编制等技术要求。 本标准适用于煤层气井的排采作业工程。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过对标准的引用而成为本规范的条文。 中联煤层气有限责任公司煤层气井排采作业管理暂行办法 SY/T 5587.6-93 油水井常规修井作业起下油管作业规程 SY/T 5587.7-93 油水井常规修井作业洗井作业规程 SY/T 5587.16-93 油水井常规修井作业通井、刮削套管作业规程 SY/T 5587.5-93 油水井常规修井作业探砂面、冲砂作业规程 SY/T5523-92 油气田水分析方法 SY/T6258-1996 有杆泵系统设计计算方法
3 排采总体方案的制定 3.1基本数据 3.1.1钻井基本数据 钻井基本数据包括地理位置、构造位置、井别、井型、施工单位、目的层、开钻日期、完钻日期、完井日期、钻井周期、完钻井深、完钻层位、最大井斜、井深、方位、人工井底、补芯高。 3.1.2完成套管程序 完成程序包括套管规范、下深、钢级、壁厚、水泥返高、固井质量、短套管、油补距。 3.1.3煤层深度、厚度及射孔井段 3.1.4解吸/吸附分析成果 包括含气量、含气饱和度、临界压力 3.1.5注入/压降测试及原地应力测试数据 包括渗透率、表皮系数、储层压力、压力梯度、研究半径、煤层温度、闭合压力、闭合压力梯度、破裂压力等。 3.2 排采总体方案 3.2.1排采目的 3.2.2排采目的层及排采方式 3.2.3排采设备及工艺流程设计 3.2.4排采周期 3.3工艺技术要求 3.3.1动力系统 3.3.2抽油机 3.3.3泵挂组合
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
. 恩洪煤田煤层气勘探EH-01井 钻井工程设计 1 设计依据 主要依据： 1）中联煤层气有限责任公司《云南省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》； 2）《恩洪煤田清水沟井田地勘报告》； 3）本勘探区与相邻勘探区以往钻探施工经验； 4）现有煤层气钻探施工设备、人员、技术状况实际。 2 基本数据 ●钻井名称：EH-01 ●钻井性质：煤层气参数井兼生产试验井 ●设计井位：曲靖市东山镇咱得村北，清水沟井田北部15勘探线上1501号钻孔以东125m处。 ●设计坐标：X 2802050 Y 18412825 Z 2005 ●设计井深：660m
b号煤层。 C、C、l●目的煤层：P组C212916b号煤层以下50米，下二叠系、峨眉山玄武岩组。●完钻层位：C21●完井方式：套管完井。 3 钻井目的 1）获取系统可靠的目标煤层的储层参数，主要包括煤层厚度、埋深、煤岩及煤质特征、割理和裂隙发育程度、含气量、含气饱和度、. . 等温吸附曲线、渗透率、储层压力、原地应力、煤层顶底板岩石的力学性质等参数； 2）评价该区煤层气地质条件、储层特征、资源分布与开发条件。3）根据分析、测试资料决定是否对参数井进行扩孔改造，变成生产试验井，对目标煤层进行压裂排采试验，以获取煤层气井生产数据；4）根据排采试验成果，评价该区煤层气勘探开发潜力和开发试验的可行性。 4 技术要求 4.1 钻井液性能使用要求 储层压力一般随埋藏深度的增加而增大。根据区域地质、煤田地质资料，预测该区煤储层压力梯度在10—12kPa/m之间。据此可对钻井液及各项工程参数进行调整，维持近平衡钻进。 根据该区构造复杂、断层多，煤层层数多、厚度大、倾角大的特点，如何有效的保持井壁的稳定性又能尽量减少钻井液对煤储层的伤害，从而确保EH—01井能真正达到钻井目的。对该井钻井液性能使用要
恩洪煤田煤层气勘探EH-01井 钻井工程设计 1 设计依据 主要依据： 1）中联煤层气有限责任公司《云南省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》； 2）《恩洪煤田清水沟井田地勘报告》； 3）本勘探区与相邻勘探区以往钻探施工经验； 4）现有煤层气钻探施工设备、人员、技术状况实际。 2 基本数据 ●钻井名称：EH-01 ●钻井性质：煤层气参数井兼生产试验井 ●设计井位：曲靖市东山镇咱得村北，清水沟井田北部15勘探线上1501号钻孔以东125m处。 ●设计坐标：X 2802050 Y 18412825 Z 2005 ●设计井深：660m ●目的煤层：P2l组C9、C16、C21b号煤层。 ●完钻层位：C21b号煤层以下50米，下二叠系、峨眉山玄武岩组。 ●完井方式：套管完井。 3 钻井目的 1）获取系统可靠的目标煤层的储层参数，主要包括煤层厚度、埋深、煤岩及煤质特征、割理和裂隙发育程度、含气量、含气饱和度、
等温吸附曲线、渗透率、储层压力、原地应力、煤层顶底板岩石的力学性质等参数； 2）评价该区煤层气地质条件、储层特征、资源分布与开发条件。 3）根据分析、测试资料决定是否对参数井进行扩孔改造，变成生产试验井，对目标煤层进行压裂排采试验，以获取煤层气井生产数据； 4）根据排采试验成果，评价该区煤层气勘探开发潜力和开发试验的可行性。 4 技术要求 4.1 钻井液性能使用要求 储层压力一般随埋藏深度的增加而增大。根据区域地质、煤田地质资料，预测该区煤储层压力梯度在10—12kPa/m之间。据此可对钻井液及各项工程参数进行调整，维持近平衡钻进。 根据该区构造复杂、断层多，煤层层数多、厚度大、倾角大的特点，如何有效的保持井壁的稳定性又能尽量减少钻井液对煤储层的伤害，从而确保EH—01井能真正达到钻井目的。对该井钻井液性能使用要求如下： 1）开孔至第一目标层以上10米，采用泥浆钻井，以便起到良好的护壁作用； 2）从第一目标层开始，要求采用清水钻进，以达到： ●最大限度地减少钻井液对煤层的污染； ●保证试井工作的顺利进行，以获取准确的储层参数。 4.2 钻井质量要求 根据该井钻井目的和任务，要求井身质量： 最大全角变化率不得大于10/30m，全井井斜不得超过30，井底最大位移不得超过10 m，井径扩大率小于20%。 4.3 钻井取芯要求
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
煤层气井排采操作手册中石油煤层气公司韩城分公司
目录 一、名词解释 二、煤层气排采基本原则 三、韩城煤层气地质特征 四、韩城煤层气排采特点 五、韩城煤层气井排采制度要求 六、煤层气井排采资料录取要求 七、排采巡井工岗位职责 八、排采住井工岗位职责 九、排采工作业流程 十、排采设备检查保养要求 十一、典型案例 基础篇 一：名词解释 1、煤层气：就是指在煤层内产生和赋存的天然气，其主要成分是 甲烷（CH4），约占70%以上，又称煤层甲烷、煤层吸附气或煤层瓦斯，它是煤层气的一种，是一种非常规天然气。煤层气与常规天然气最大不同点就在于煤岩既是它的储集岩又是生气原岩，它是煤层煤化作用的结果。煤的储集性和煤中天然气的储集是整个成煤作用过程的结果。 2、煤储集岩石学方面的参数：主要指煤阶、煤的显微组分、煤的 显微硬度。煤阶通过测定煤中镜质组反射率（R0）来确定。其余则用反光显微镜区分，同时亦可以求得割理宽度和密度。
3、煤阶：表示煤在埋藏历史中，沉积物有机质在成分和结构上经 历了一系列变化，其过程称之为煤的变质作用或煤化作用。可 以用多种物理和化学参数来表征煤的变质程度，常见的煤阶参 数有固定碳含量、镜质组反射率、水分含量。煤阶是影响割理 发育的主要因素。通常，低媒阶的煤割理不甚发育，到烟煤系 列时割理发育。割理面最密集的主要发生在低挥发分烟煤煤阶 附近，高于低挥发分烟煤煤阶，割理或裂缝又不发育，标本上 表现为割理封闭。 4、煤岩工业分析参数：该类参数是指煤的固定碳、挥发分、灰分、 水分，目的是对煤岩性能质量作出评价以及在煤储层评价中校 正含气量。 5、煤显微硬度：显微镜下可识别的煤的显微组分的抗压强度。不 同煤级和不同显微组分的显微硬度不同。在研究中，一般以均 质镜质体的显微硬度为代表。它是用专门的显微硬度仪进行测 定的。随着煤级的增高，煤显微硬度也有变化。 从褐煤到超无烟煤，煤的显微硬度值是增大的；同一煤级中，当镜质组还原性增强时，煤显微硬度略微降低；同一煤样中，煤显微硬度最大值与最小值间亦存在微小差异，反映出非均一性。 6、煤层含气量：是散失气量、解析气量和残余气量之和。散失气 量是指现场取出的含气煤心在装入解析罐之前释放出的气量； 解析气量是指煤心装入解析罐之后解析出的气体总量；残余气 量是指终止解析后仍留在煤中的那部分气量。对煤层气开采有 实际意义的是散失气量和自然解析气量，两项之和占总含气量 百分率越大，对煤层气开采越有利。 7、煤储层压力：是指煤层孔隙内流体所承受的压力，即通常所说 的孔隙流体压力。 8、临界解析压力：临界解析压力是指在煤层降压过程中气体开始 析出时所对应的压力值。可以根据临界解析压力与煤层压力了 解煤层气早期排采动态，临界解析压力越接近地层压力，排水 采气中需要降低的压力越小，越有利于气体降压开采，据此可 为制定煤层气排采方案提供重要依据。 9、地解比：地解比是临界解析压力与原始地层压力的比值。据此 比值可以预测产气高峰期到来的时间及是否可以高产。临界解 析压力越接近原始地层压力，含气饱和度愈高，高产富集条件 愈优越。据已勘探开发的数据，可将地解比划分为高地解比(＞
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。
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?
煤层气井排采制度探讨总结 1、稳定生产阶段。这一阶段储层特性将决定气、水产量和生产时间。此时环空液面应低于生产层，而且井口压力应接近大气压。随着排采的进行，压力的下降，在近井地带形成一个很小的低含水饱和区，有助于解吸气体流人井筒。此时，生产制度平稳，不要频繁更换油嘴改变生产压差。尽管在开始排采的前几周，产气量较低，达不到设计产量，但从长远的观点看，有助于保证今后生产的正常进行，减少故障发生。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 2、当储层压力接近解吸压力时要特别注意，这时易产生一个突变，一般表现为气产量突然增大，套压增大，有时气会将环空水带出，造成环空液面突然下降。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 3、由于继续排水，液面缓慢下降，同时逐步加大油嘴使套压降低，减小套压利于储层中更多的水进入井筒并疏干井筒附近的水，目的是在环空液面降低到泵的吸人口后，地面压力长期保持在正常工作的范围(O.05～0.1MPa)。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 4、加大油嘴直径，套压下降，产气量上升；反之，减小油嘴直径，套压上升，产气量下降。一般油嘴直径为3～7mm，套压不低于0.05MPa。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 5、对产水量大的井，需长期的排采才能使压力逐步下降，不可能在很短时间内将液面降低到要求的范围。因此，有些供液能力强的井，需要一个很长的排采周期。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 6、检泵时最好不洗井,一旦需要检泵，在砂面不埋煤层的情况下最好不要洗井，如必须洗井，最好用煤层产出的水，这样可防止煤层污染。另外，尽量缩短检泵作业时间，可缩短恢复产气的时间。检泵后，排采降液仍需一个缓慢的过程，切不可降液幅度太大，急于产气。（任源峰.煤层气排采中的技术管理[J].油气井测试，2003,12（5）：66-68.） 7、排采流压的控制依靠控制液面来实现，要及时调整排采工作制度，使环
第42卷 第3期 煤田地质与勘探 Vol. 42 No.3 2014年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2014 收稿日期: 2013-09-23 基金项目:国家科技重大专项课题 (2011ZX05061；2011ZX05042-001；2011ZX05034-003) 作者简介:曹立虎(1989—)，男，甘肃庆阳人，硕士研究生，从事煤层气井水力压裂研究. 文章编号: 1001-1986(2014)03-0031-05 煤层气水平井煤粉产出及运移特征 曹立虎，张遂安，张亚丽，秦 鹏，韩 树，王 雪 (中国石油大学气体能源开发与利用教育部工程研究中心，煤层气研究中心，北京 102249) 摘要: 煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素，影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块 煤层气水平井的排采数据，分析了煤粉产出特征；通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验，揭示 了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律；利用流体迁移规律研究装置，进一步研究了煤粉在水平 井筒的流动规律，建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层 的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷；煤粉对支撑裂缝中导流能力 伤害率达90%，且排采速度越大，出煤粉量越多；煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动，通 过控制压力、流量和煤粉含量，可在排采初期实现对煤粉的控制。 关 键 词：煤层气水平井；煤粉；产出；运移；支撑裂缝；水平井筒 中图分类号：TE375；P618.13 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.007 Investigation of coal powder generation and migration characteristics in coalbed methane horizontal well CAO Lihu, ZHANG Suian, ZHANG Yali, QIN Peng, HAN Shu, W ANG Xue (Engineering Research Center of the Ministry of Education for Gas Energy Development & Utilization , Coalbed Methane Research Center , China University of Petroleum , Beijing 102249, China ) Abstract: As a disadvantage factor of drainage gas recovery in CBM horizontal well, pulverized coal usually leads to reservoir damage, pump stuck and other accidents when it transports in the fracturing propped fracture and horizontal wellbore, increasing the cost. Therefore, the coal powder output characteristic was analyzed according to the production data of Fanzhuang block in southern Qinshui basin, the migration of pulverized coal in propped fractures and the damage rule were revealed through physical model experiments on the migration of pulverized coal in propped fractures. The flow rule of pulverized coal in horizontal wellbore was further studied and the pul- verized coal migration model was established with the use of the device for research of fluid migration law. The result indicates that the main sources of pulverized coal are the drill grinding of coal seam in the process of drilling and the friction and erosion of large displacement fluid mixed with sand in coal wall cracks in the process of frac- turing; the damage rate of propped fracture diverting capacity caused by pulverized coal could reaches 90%, what’s more, the higher the velocity of production, the more the amount of coal powder; the flow pattern of migration of pulverized coal in horizontal wellbore is the laminar flow regime, the pulverized coal could be well controlled at the beginning of production by controlling the pressure, flow and pulverized coal concentration. Key words: CBM horizontal well; coal powder; output ；transport; propped fracture; horizontal wellbore 煤粉是煤层气开采中的不利因素，严重影响煤 层气的产能，而煤层气水平井生产过程中煤粉的产 出量和浓度远高于直井[1–6]。目前，国内外学者对煤 粉的伤害机理进行了研究，取得了一些成果[3–9]。煤 粉对排采的危害主要由煤粉的运移造成：一方面， 煤粉在煤层天然裂隙或压裂支撑裂缝中运移沉积， 堵塞裂隙孔隙，影响储层渗透率；另一方面，煤粉 随储层流体产出至水平井筒段，与井筒中原有的煤粉一起随流体发生运移，到达泵的吸入口，造成卡泵或埋泵等事故，降低了检泵周期。根据资料统计，鄂尔多斯盆地东缘和沁水盆地南部煤层气水平井的平均检泵周期为3~6个月，而实施煤粉控制措施后，平均检泵周期达15个月[3,8]。频繁的检泵会对储层的渗透性和生产动态产生不利影响，降低了产能，增加了排采成本。因此，研究煤粉在裂缝和水平井筒的运移规律，可有效预防和控制煤粉对生产的不
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