沁水盆地南部煤层气U型井钻井技术及应用
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沁水盆地地质概况页数:12
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沁水盆地南部地应力三维有限元模拟页数:32
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SN_015煤层气U型水平井钻井液技术_刘彬
2. 1 配
合理调整钻井液密度， 使之与地层压力相匹
根据邻井及井深资料初步判定钻井液密度为 1. 15g / cm3 ，为实现低固相钻井液的高密度， 通过 加入工业盐提高钻井液的密度。 2. 1. 1 盐水钻井液的优点 采用无固相盐水钻井液开发煤层气主要具有以 下几方面优点： （ 1 ） 无固相盐水钻井液摆脱了其他无固相钻 井液尤其是微泡钻井液上水不好， 泵压不易控制， 排量波动大的问题，钻进过程排量保持稳定，降低 出现抽吸压力和激动压力出现的可能性 。 （ 2 ） 钻井过程中， 其他无固相钻井液可能由 于含有大量聚合物，聚合物在循环过程中导致气泡 现象，影响录井导向工作，无固相盐水钻井液传输 信号良好，不影响 MWD 信号运输。 （ 3 ） 无固相盐水钻井液中加入页岩抑制剂后 性能基本不受影响，体系具有良好的抑制性，利于 井壁稳定。 （ 4 ） 工 业 盐 价 格 低 廉， 形 成 体 系 费 用 不 高， 经济效益好。 2. 1. 2 盐水钻井液体系密度调整方案 在清水中加入工业盐，随工业盐加量的增加盐 水体系密度变化见表 1 。.
漏斗粘度 （ s） pH API 滤失量 （ mL /30min） 泥饼 （ mm）
3. 2
施工过程及现场维护
配制无固相聚合物盐水钻井液， 控制密度为 1. 10g / cm3 ，pH 值为 8 ， 粘度 35s， 开始钻进， 钻 进 126m 后出现掉块， 为维护井壁稳定， 减少掉块 继续添加工业盐，适量加入增粘剂、降滤失剂，提第 10 卷第 3 期 2013 年 6 月
中国煤层气 CHINA COALBED METHANE
Vol. 10 No. 3 June. 2013
SN-015 煤层气 U 型水平井钻井液技术
刘 彬 宋百强 王瑞城 杨 勇
煤层气U型井钻井采气技术及应用
煤层气U型井钻井采气技术及应用强明宇中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津300452摘要：煤层气作为清洁能源的一种，也是我国能源接替战略中重要的一部分。
我国煤层气储量约三十万亿立方米，其中高陡构造的煤层气占17.5%,且分布范围广。
根据高陡构造煤层气开发存在地层倾角比较大、渗透率低、煤层非均质性强等难点，本文提出一种U型井钻井采气的技术，并基于某区块的地质条件，优化了配套的工艺技术。
实践证明，U型井钻井采气技术可以有效的发挥直井开采稳定、成本较低和水平井控制面积大、生产速度快的优势，扩大高陡构造煤层气的排采区，有助于解决渗透率低、投资回报周期长等问题，对整个煤层开展降压、排水和采气。
使用充气欠平衡钻井技术，通过优化注气压力、液排量等关键参数，能够降低储层的污染。
借助组合U型井钻井采气技术，还可以使多口U型井共同使用一口直井排采，节约资源，提高效率。
关键词：煤层气U型井钻井采气技术欠平衡钻井Coalbed methane U well drilling technology and its applicationQiang MingyuCNOOC Energy Development Limited by Share Ltd Engineering Technology Branch. Tianjin 300452 Abstract：Coal bed m ethane is a kind of clean energy，and a n important part of energy to repla ce strategy in China.Coalbed m ethane re s e rv e s in our country about thirty trillion cubic m eters，of the high and s te e p structure of coal-bed m ethane accounts for 17.5%，and the distribution range is wide.According to the high and ste e p structure of coalbed m ethane development low dip Angle is bigger，permeability，the coal seam，such a s the strong heterogeneity，this paper proposes a u—sha ped drilling g a s extraction technology，and b a s e d on the geological conditions of a certain block，optimized the m atching technology.P ractice h a s proved that U well drilling extraction technology ca n effectively play a vertical well drilling stability，lower cost and the adva n ta g e of horizontal well control a re a is large，fa s t production，expanding the high and s te e p structure of coal-bed m ethane mining area，help solve problem s such a s low permeability，long investm ent return cycle，antihypertensive，drainage and g a s extraction of the coal se a ing ae ra te d underbalance drilling technology，through the optimization of g a s injection pressure，fluid rate，su ch a s key param eters，c a n reduce the pollution of bination with U well drilling extraction technology，but a ls o ca n m ake the multi-port U well together using a vertical line，s a v e resources，improve efficiency.Key words：coal bed methane;U well;Drilling extraction technology;Under—balanced drilling1高陡构造煤层气井井身的结构优化髙陡构造的煤层在国内很多地区都有分布，具有倾角 大，渗透率髙的特点，若采用羽状井和多分支井网开发则 经济性差。
SN-06H1煤层气U型井复杂地层钻进施工技术实践
Ｗ ＡＮＧ Ｒｕ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ， Ｓ ＯＮＧ Ｂａ ｉ ｑ ｉ ａ ｎｇ， Ｌ Ｉ Ｙｕａ ｎ ｌ ｉ ｎ ｇ， ＨＯＵ Ｙａ ｎ ｂｏ， ＬＩ Ｕ Ｂｉ ｎ
（ Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ０ ４ ８ ０ ０ ０ ）
ａ ｎ ｄ Ｓ ｈ ｉ ｑ ｉ ａ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｆｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ ２ ０ ～２ ５ ｍ’ ／ｈ． Ｆ ｉ ｖ ｅ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｓ， ａ ａ ｎ ｔ ｉ ｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｓ ｙ ｎｃ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｓ ｈａ ｎ ｘ ｉ Ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｈａ ｒ ｄ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｏ ｉｚ ｒ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｄ ｉｌ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，
度 。作 业 队对钻 探施 工过 程 中遇到 的复 杂地层 进行 冷静 分析 ，针 对钻 遇地层 特 点及 时调 整施 工方 案 ，保 证 了工程 的顺 利 完成 ，煤层 钻遇 率达 到 ９ ２ ． ３ ６ ％ ，总结 经验 提 出好 的 建议 ，为 以后 该 区块 井位部 署 和钻 井施 工奠 定基础 。
第１ １卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
中国煤 层气
Ｃ ＨＩ ＮＡ Ｃ ０ＡＬ Ｂ Ｅ Ｄ ＭＥＴ ＨＡＮＥ
（ Ｊ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ０ ４ ８ ０ ０ ０ ）
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第１ １卷 第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
中国煤 层气
Ｃ ＨＩ ＮＡ Ｃ ０ＡＬ Ｂ Ｅ Ｄ ＭＥＴ ＨＡＮＥ
沁水盆地南部高阶煤层多分支水平井钻井工艺_崔树清
１ 多分支水平井钻井技术难点
由于高阶煤层 力 学 性 质 较 “脆”，而 且 煤 层 中 发 育 相互垂直的面割理 和 端 割 理，钻 进 过 程 中 极 易 发 生 井 眼垮塌、卡钻等复杂 情 况 且 处 理 难 度 较 大，使 主、分 支 井眼钻进延伸受 到 制 约。 目 前，沁 水 盆 地 南 部 高 阶 煤 层多分支水平井钻井施工中遇到的技术难点可概括为 以下方面： １．１ 井 壁 稳 定 性 差 ，容 易 发 生 井 下 复 杂 事 故 由 于 高 阶 煤 层 热 演 化 程 度 高 ，微 孔 隙 发 育 ，机 械 强 度低，存在较高的剪切应力作用［４］，因而煤层段井 壁 极 不稳定，在钻完井过 程 中 极 易 发 生 井 壁 坍 塌、井 漏、起 钻遇卡、下钻遇阻，甚 至 埋 掉 井 眼 等 井 下 复 杂 和 事 故。
第３１卷第１１期 大 气 田 巡 礼
· １９ ·
护之间的矛盾，是沁 水 盆 地 南 部 高 阶 煤 层 多 分 支 水 平 井钻井成败的关键。 １．３ 岩 屑 携 带 不 畅 ，井 壁 严 重 失 稳 迄今为止，在沁 水 盆 地 南 部 煤 层 气 开 发 中 的 多 分 支 水 平 井 均 由 一 口 洞 穴 直 井 （排 采 井 ）和 一 口 水 平 分 支 井（工艺井）组成，排 采 井 在 其 煤 层 处 的 洞 穴 作 用 主 要 是为了工艺井与其 交 汇 时 的 连 通 提 供 便 利，但 其 副 作 用是不利于携带岩屑。当从排采井注气帮助携岩时， 往往由于注气的工艺及配套参数掌握不好而导致井底 压 力 波 动 太 大 ，造 成 煤 层 井 壁 严 重 失 稳 。 １．４ 缺 乏 先 进 适 用 的 钻 井 工 具 及 仪 器 煤层气多分支水平井钻井过程中涉及许多专用工 具和 仪 器［５］，例 如，用 于 两 井 连 通 的 电 磁 测 量 装 置、适 合于煤层气施工特点 的 地 质 导 向 工 具、高 效 减 阻 短 接 等 ，目 前 由 于 缺 乏 这 些 先 进 适 用 的 装 备 和 仪 器 ，在 一 定 程度上制约了煤层气多分支水平井钻井施工队伍的国 内化进程。
由于高阶煤层 力 学 性 质 较 “脆”，而 且 煤 层 中 发 育 相互垂直的面割理 和 端 割 理，钻 进 过 程 中 极 易 发 生 井 眼垮塌、卡钻等复杂 情 况 且 处 理 难 度 较 大，使 主、分 支 井眼钻进延伸受 到 制 约。 目 前，沁 水 盆 地 南 部 高 阶 煤 层多分支水平井钻井施工中遇到的技术难点可概括为 以下方面： １．１ 井 壁 稳 定 性 差 ，容 易 发 生 井 下 复 杂 事 故 由 于 高 阶 煤 层 热 演 化 程 度 高 ，微 孔 隙 发 育 ，机 械 强 度低，存在较高的剪切应力作用［４］，因而煤层段井 壁 极 不稳定，在钻完井过 程 中 极 易 发 生 井 壁 坍 塌、井 漏、起 钻遇卡、下钻遇阻，甚 至 埋 掉 井 眼 等 井 下 复 杂 和 事 故。
第３１卷第１１期 大 气 田 巡 礼
· １９ ·
护之间的矛盾，是沁 水 盆 地 南 部 高 阶 煤 层 多 分 支 水 平 井钻井成败的关键。 １．３ 岩 屑 携 带 不 畅 ，井 壁 严 重 失 稳 迄今为止，在沁 水 盆 地 南 部 煤 层 气 开 发 中 的 多 分 支 水 平 井 均 由 一 口 洞 穴 直 井 （排 采 井 ）和 一 口 水 平 分 支 井（工艺井）组成，排 采 井 在 其 煤 层 处 的 洞 穴 作 用 主 要 是为了工艺井与其 交 汇 时 的 连 通 提 供 便 利，但 其 副 作 用是不利于携带岩屑。当从排采井注气帮助携岩时， 往往由于注气的工艺及配套参数掌握不好而导致井底 压 力 波 动 太 大 ，造 成 煤 层 井 壁 严 重 失 稳 。 １．４ 缺 乏 先 进 适 用 的 钻 井 工 具 及 仪 器 煤层气多分支水平井钻井过程中涉及许多专用工 具和 仪 器［５］，例 如，用 于 两 井 连 通 的 电 磁 测 量 装 置、适 合于煤层气施工特点 的 地 质 导 向 工 具、高 效 减 阻 短 接 等 ，目 前 由 于 缺 乏 这 些 先 进 适 用 的 装 备 和 仪 器 ，在 一 定 程度上制约了煤层气多分支水平井钻井施工队伍的国 内化进程。
沁南盆地煤层气U型水平井部署优化研究
沁南盆地煤层气U型水平井部署优化研究房茂军;柳迎红;杨凯雷;杜希瑶;董锦;廖夏【摘要】针对煤层气生产中提高单井产能的需要,提出采用U型水平井进行开发的技术思路,并依据构造简单、煤层厚度大、含气量高、煤体结构完整、水文地质条件简单等标准对U型水平井的部署区域进行了区块优选.对影响该区域U型水平井部署的水平段距离、水平段长度和水平段位置进行了优化研究.结果表明:U型井水平段间距过小,会造成控制地质储量偏小,影响稳产期长短和后期的产气潜力;井距过大,虽然控制储量会相对变大,但是很难形成井间干扰,难以达到面积降压的目的,累产气量也并未增加;从15 a的累产气量来看,最优井距为300 m;最优间距的大小受煤储层割理渗透率的影响明显,随着渗透率增大,最优间距增大;水平段位于煤层中部时日产气量和累产气量较高,推荐水平段位于煤层中部.【期刊名称】《洁净煤技术》【年(卷),期】2014(020)003【总页数】4页(P103-105,108)【关键词】煤层气;U型井;水平井;数值模拟;优化设计【作者】房茂军;柳迎红;杨凯雷;杜希瑶;董锦;廖夏【作者单位】中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027;中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027;中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027;中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027;中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027;中海石油(中国)有限公司北京研究中心,北京100027【正文语种】中文【中图分类】TE122.14;TD8490 引言中国煤储层的渗透率普遍偏低，造成煤层气井产能比较低[1－4]。
目前中高阶煤层气开发采用的主要技术为直井水力压裂、多分支井等[5－8]，但由于中高阶煤层气富集地区地形条件复杂，多以山地、沟壑为主，地表高差大，水力压裂施工难度大，且煤岩机械强度低，分支水平井在排采过程中随着储层压力的降低，主支及分支井眼周围煤层易发生破碎、垮塌，部分直井、多分支井单井产气效果差，有的产气量一直很低，有的前期产量高、后期递减严重且无法恢复。
山西沁水盆地煤层气勘探方向和开发建议
山西沁水盆地煤层气勘探方向和开发建议叶建平1,2 彭小妹1 张小朋3(1.中联煤层气有限责任公司 2.中国煤炭学会煤层气专业委员会 3.中原油田井下特种作业处)摘 要:通过研究近几年沁水盆地煤层气的资源、地质、储层成果,剖析山西组3号煤层和太原组15号煤层性质差异及其根源,分析煤层气勘探开发生产状况,进一步论述了当前沁水盆地煤层气勘探开发所存在的问题,认为沁水盆地是我国煤层气勘探开发投入工程量最多、研究程度最高、产量最大的盆地。
提出沁水盆地已经具备作为整装特大型天然气田开发的条件,应该集中力量加快3号煤层煤层气勘探力度,积极研发15号煤层煤层气开发技术,争取到“十二五”末,煤层气探明储量达到8000亿m 3,建成年产量50亿m 3煤层气生产基地。
关键词:沁水盆地煤层气田煤层气勘探开发Exploration Orientation and Development Proposal of C oalbed Methanein Qinshui Basin of Shanxi ProvinceY e Jianping 1,2,Peng X iaomei 1,Zhang X iaopeng 3(1.China United C oalbed Methane C orporation Ltd. 2.C oalbed Methane S pecializedC ommittee ,China C oal S ociety 3.Downhole Service C om pany of Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau )Abstract :The authors think that Qinshui Basin is the cradle of China ’s C BM exploration and development and is als o the largest C BM production basin in China ,where we conducted m ore research and made m ore en 2gineering w ork of exploration and development ,after studying C BM res ources ,geological conditions ,reserv oir achievements in Qinshui Basin in the recent years and analyzing the differences and s ource between coal seam 3of Shanxi formation and coal seam 15of T aiyuan formation and the condition of C BM exploration ,develop 2ment and production.We should focus on accelerating and intensifying the exploration of coal seam 3,im prov 2ing the proportion of C BM proven reserves and actively making research and development on C BM development technology ,and finally realize the development of tw o main coal seams in the same pace.It is estimated that C BM proved reserves shall reach 800billion cubic meters and construct the C BM production base with the an 2nual production v olume of 5billion cubic meters by the end of “the twelfth 2five Y ear Plan ”.K eyw ords :Qinshui basin ;C BM field ;C BM ;exploration and development1 问题的提出山西沁水盆地拥有全国十分之一的煤层气资源,拥有四分之一煤层气矿权登记面积,拥有90%探明地质储量,现有产气量占全国煤层气产量的93%。
SN-015煤层气U型水平井钻井液技术
＋０ ． ２ ％ ～０ ． ５％ ｆ ｉｌ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ＋０． ５ ％ ～ｌ ％ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ＋０ ． ２ ％ ～０ ． ５ ％ ｓ ｈ ａ ｌ ｅ ｉ ｎ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｏ ｒ ＋０． ０ ３％ ～
０ ． ０ ６ ％ ｔ ａ ｃ ｋ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ＋３ ０ ％ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ａ ｌ ｔ ，ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｉ Ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ １ ． １ ５ —１ ． ２ ０ ｇ ／ ｃ ｍ３ ．ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ４ ０ —５ ０ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ
Ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｈｕ ｉ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ Ｓ Ｎ一 ０ １ ５ Ｕ－ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ Ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ Ｈｏ ｉ ｒ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ Ｗｅ ｌ ｌ
Ｌ Ｉ Ｕ Ｂｉ ｎ，Ｓ ＯＮＧ Ｂａ ｉ ｑ ｉ ａ ｎｇ，Ｗ ＡＮＧ Ｒｕ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ，ＹＡＮＧ Ｙｏ ｎ ｇ
构 强度 ，增 强钻 井液抑 制性 ，提 高泥饼质 量 ，防止 井壁坍 塌 ，利 用增粘 剂控制 泥 浆流 变性 实现 高
效携 岩。应 用该钻 井液 ，Ｓ Ｎ － （ ） １ ５井水 平段 纯钻 时间 １ ４ ８ ． ３ ｈ ，平 均机械 钻速 ４ ． ５ １ ｍ ／ ｈ ，煤层 总进
０ ． ０ ６ ％ ｔ ａ ｃ ｋ ｉ ｆ ｉ ｅ ｒ ＋３ ０ ％ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ａ ｌ ｔ ，ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｉ Ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ １ ． １ ５ —１ ． ２ ０ ｇ ／ ｃ ｍ３ ．ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ４ ０ —５ ０ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ
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沁水盆地煤层气井钻井技术
２ ２ 钻 进参 数 （ 表 １ 。 见 ）
表 １ 钻进参数表
（）煤 的机 械 强 度 低 ， 压 碎 。当煤 层 被 破 碎 后 ， １ 易 煤 层难 以支撑 上覆 地层 的压 力 易 塌垮 ， 开 后 的煤 层 ， 钻 浸饱时 间越长 ， 煤层 塌垮 越厉 害 。
（） ２ 煤层孔隙和割理 发育。煤的孔隙体积一般 占 总体积 的 ６ ， 理 也 相 当 发 育 ， 开 后 滤 失 量 大 ， ０／ 割 ９ ５ 钻 易 吸水 垮塌 产生 漏失 ， 造成 孔 隙堵 塞 。 （）煤 的压力 系数 变化大 ， ３ 规律 差 。 同一 口井 不 同 的煤 层压 力 系数 不一 样 ， 时常 出现 上高 下低 。 （） ４ 煤液呈 酸性 ， 隙发育。因此要求 钻井液 的 孔 ｐ Ｈ值不大于 ７５否则造成堵塞煤层气通道 ， ．， 影响煤层 气 的早 日发 现 。 ２ 煤层 气钻 井技术
２ ３ 冲洗液 （ 。 见表 ２ ）
（） １冲洗液配制与维护： 土粉采用山东产 的钠土 粘 粉， 配制泥浆之前 ， 膨润土要进行预水化浸泡 ２ ｈ ４ 处理 ， 并充分搅拌。泥浆管理员要随时监测调整泥浆性能 ， 检 修、 维护泥浆净化装置 ， 保证其正常运转 ， 保证冲洗液各
维普资讯
（） ２ 冲洗液 的使用 ： 开为 防止 钻孔塌 坍 ， 一 可使 用粘
常， 因此采 用 常规 的钻井 方法 。 ２ １ 钻 具组 合 ．
合理的钻井技术是分不开的， ０ ０ 自２０ 年以来 ， 我公司先 后 与晋煤集 团蓝焰 公 司成 功合作 完成 了一期 、 期共 计 二 ６ ０余 口煤层 气 井 的施 工 任 务 。通过 近 几 年 的施 工 ， 我 们 掌握 了一 整套适 合 沁 水盆 地 煤层 气地 质 条 件 下 的 钻 井工艺 ， 文根据 煤层气 的特 点 ， 煤层 气井 钻井 技术 、 本 对 绳索取 技术等进行阐述。 １ 煤 层气 特点 煤层 气 顾名 思义 就 是煤 层 中 的气体 ， 其成 份 是 Ｃ 主要以吸附状态（ Ｈ， 其次以游离状态和少量溶解气） 存在 于煤层 中 ， 生 的机 理 是 降 压 、 析 、 散 、 透 的 产 调 扩 渗 过程 ， 煤层具有双重孔隙结构 ， 其机械物 理性质不 同于 常规砂 岩 ， 埋藏 深 度浅 、 力 低 ， 疏 松 易 垮 易 压缩 ， 它 压 且 内生裂隙发育等因素 ， 构成煤层气不同于油气特有的特
煤层气井压裂技术的现场应用
煤层气井压裂技术的现场应用王杏尊刘文旗孙延罡马跃进二、晋城地区煤层基本情况1. 地质概况晋城地区位于沁水盆地南部斜坡,东临太行山隆起,西临霍山凸起,南为中条隆起,北以北纬36°线连接沁水盆地腹部,面积约3260km2 ,是以石炭—二叠系含煤沉积为主的富煤区,初步确定有利于煤层气勘探的煤层埋深为300～1500m。
在这一深度范围内,含煤面积1696km2 ,煤碳资源量348×108t ,煤层含气量以平均值13m3/ t 计算,煤层气资源量估计为4500 ×108m3 ,其中已探明和控制的含气面积约406km2 ,煤层气地质储量992 ×108m3。
此区块煤层气勘探的目的层系主要是二叠系山西组和石炭系太原组,山西组3 # 号煤、太原组15 #煤单层厚度大、分布稳定,具有较强的生气能力,因而成为这一地区煤层气试采的主要目的层。
2. 力学参数煤的力学参数主要有弹性模量、泊松比、抗压强度、体积压缩系数、抗张强度等,这些参数可由实验室样品测试求取,也可用测井曲线求取,前者称静态参数,后者称动态参数。
晋试1 井煤层力学参数见表1。
根据晋试1 井室内测试结果,结合测井解释的动态结果计算出煤的静态力学参数如下:3 # 煤层:扬氏模量3970MPa ,泊松比0. 3 ;15 # 煤层:扬氏模量2684MPa ,泊松比0. 32 。
三、压裂工艺技术应用此区块共压裂6 口井11 井次,压裂层段为3 # 、15 #煤层。
有3 口井进行了测试压裂,两层分压后进行合采。
1. 工艺管柱常规压裂中,90 %的液体摩擦阻力发生在井筒中的压裂管柱内,并且与进液面积成反比。
在煤层压裂中由于煤层施工压力较高,如果摩阻比较大,势必会对地面设备(如压裂泵、管线、井口等) 提出较高的指标要求。
因此除晋试1 井采用封隔器分压管柱、油管注入外,其它5 口井均采用油套混注。
2. 泵注排量提高排量是煤层压裂的重要方面,它有利于形成较宽的裂缝,降低或弥补压裂液在煤层中的滤失量。
沁水盆地煤层气安全钻井工艺
第35卷第5期2007年9月 石 油 钻 探 技 术PETROL EUM DRILL IN G TECHN IQU ESVol135,No15Sep.,2007收稿日期:2006207210;改回日期:2007206206作者简介:薛改珍(1968-),女,山西万荣人,1991年毕业于西安石油学院油田开发系,高级工程师。
联系电话:(0317)2723370#钻井与完井!沁水盆地煤层气安全钻井工艺薛改珍1 金学锋1 张景良2 戴北宏3(1.华北油田分公司采油工艺研究院,河北任丘 062552;2.华北石油管理局钻井工艺研究院,河北任丘 062552;3.华北石油管理局管具工程技术处,河北任丘 062552)摘 要:在煤层气钻井过程中,经常出现煤岩坍塌、井漏、煤层气气侵等问题,极大地影响了钻井安全。
为了减少钻井事故及井下复杂情况的发生,提高钻井速度,在调研了国内外煤层钻井的现场经验和资料的基础上,结合目前煤层气钻井技术的发展状况,以及华北石油管理局近年来40多口煤层气井的钻井实践,针对沁水盆地在煤层气钻井过程中产生的复杂问题,及对安全钻井影响较大的井漏、坍塌和低密度水泥浆固井等问题,做了一些研究和总结,并提出了相应的解决办法,为同类煤层气的开采提供了借鉴。
关键词:煤成气;井漏;坍塌层;卡钻;钻井中图分类号:P63415 文献标识码:B 文章编号:100120890(2007)0520065203 沁水盆地位于太行隆起以西,汾渭地堑以东,南北分别以中条山隆起和盂县隆起为界。
该盆地是一个大型复式向斜,南北两端宽阔,中部窄,构造简单,含煤面积约2139×104km2,煤层气资源量6.85×1012m3。
主要煤层有3号和15号煤,煤层气含量普遍较高,一般为5～25m3/t[1]。
在目前被认为最具开发潜力的煤层气高渗富集区———沁南地区,已有DN P02井、M121井等羽状水平井完钻,并有一批羽状水平井正在施工,该地区有望被建成国内第一个煤层气产业开发基地。
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见表 １ 。
表 １ 沁 水 盆 地 南部 区块 地 层 特 征 简 表
沁水 盆地 南部 煤储 层 的渗透 率 多小 于 ０ ． １ ×１ ０ ｍ ，属 于 低～ 中渗 ；储 层厚 度 多 在 ６ ｍ 左 右 ；储层
压力 平均 为 ３ ． ７ ３ ＭＰ ａ ，压 力 梯 度 为 ０ ． ６ ～Ｏ ． ８ ＭＰ ａ ／ ｌ Ｏ Ｏ ｍ， 属 于 低 压 ；含 气 量 多 在 １ ５ ～２ ０ ｍ。 ／ ｔ ，具 有 较
３ Ｓ Ｎ ０ １ ５ － ５井 设 计概 况
煤层气勘探 开 发采 用 Ｕ 型 连通 井技 术 ，利 用 定 向 井 与其 远端 的直井 在 井 下连 通 ，建 立 煤 层 流体 循 环 系
统 ，进 而在 直井 端进 行 后期 的排 采作 业 （ 见图 １ ） 。煤 层气 开发采用 Ｕ 型井 具 有扩 大单 井 控制 面 积 、提 高单
高 的含 气 量 ；含水 通常 较少 ，构 造稳 定 ，储层 延续 性 好 ；割理 发 育 ，密 度达 到 ５ ０ ０条 ／ ｍ ，且端 割 理 与 面割 理 同等发 育 。综上 所述 ，沁 水 盆地南 部煤 储层 应 属于低 压低 渗厚 层 高含气 量储 层 。
２ 沁 水 盆 地 南 部 地 层 ｕ 型 井 作 业 难 点
长江大学学报 （ 自科版 ） ２ ０ １ ３ 年５ 月号石油中旬刊 第 １ ｏ 卷第 ｌ ４ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｍａ ｙ ． ２ ０ １ ３ ，Ｖ ｏ １ ． １ ０ Ｎ ｏ ． １ ４
（ １ ）可参 考 的资料 少 ， 目的层 深度不 能 确定 ，造 成着 陆 困难 。煤 层气 开 发 中普 遍不 进行 地震 勘查 ， 没有详 细 的二 维地 震和 三维 地震 资料 ，可 以参 考 的数据 主要 来源 于煤 矿 的钻孔 数据 ，而煤 矿钻 孔距 此井 位又 比较 远 ；无 地 层压力 、井温 梯度 的 预测 ，也无 断层 提示 ，增 大 了作业 的风 险 ；煤 层 薄 ，煤 层一 般厚 度为 ２ ～４ ｍ，地层 起伏 变化 大 ，一次 着 陆的难 度大 。这样 ，能参 考 的仅有 邻井 的测 井数据 ，但 邻井 的距
型 井 设 计 、钻 具 组 合 优 化 、 随钻 测 量 技 术 、 井 眼 轨 迹 控 制 和 煤 层 段 钻 井液 技 术 等 。
Hale Waihona Puke ［ 关 键 词 ］ 煤 层 气 ；Ｕ 型 井 ；无 固相 钻 井 液 ； 沁水 盆地 ［ 中 图分 类号 ］ＴＥ ２ ４ ２ ［ 文 献标 志码 ］Ａ ［ 文章 编 号 ］ １ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ３ Ｊ １ ４— ０ ０ ４ ３ ～Ｏ ４
沁 水 盆 地 南 部煤 层 气 Ｕ 型 井钻 井技 术 及 应 用
刘 亚 军 ，陈 旭 （ 中海油能 源发展监督监理技术分公司， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
［ 摘 要 ］ 根 据 沁 水 盆地 南 部 地 质 及 煤 储 层 的发 育特 点 ，介 绍 了该 区 块 远 端 水 平 连 通 井 的 钻 井 工 艺 ，包 括 Ｕ
组 （ Ｃ ２ ｂ ） 、上 统太 原组 （ Ｃ 。 ｔ ） 、二叠 系下 统 山西组 （ Ｐ ｓ ） 和下 石 盒 子组 （ Ｐ ｘ ） 、二 叠 系 上统 上 石 盒 子
组 （ Ｐ 。 ｓ ） 、上统 石千 峰组 （ Ｐ ｓ ｈ ） 、 中生 界 三 叠 系下 统 刘 家 沟组 （ Ｔ １ ）及 新 生 界第 四系 （ Ｑ） 。其 中主 要含煤 层 系 山西组 和太 原组 广 泛 分 布 ，保 存 完整 ，是 主要 的煤 层 气 勘 探 和 生 产层 系 。具 体 地 层 及 深度
井 产能 、减少征 地 面积 的优 势 。水 平段 长度 小于 ５ ０ ０ ｍ
的称为短 Ｕ 型井 ，水平 段 长 度大 于 ５ ０ ０ ｍ 的称 为 长 Ｕ
型井 。如何保证水平段 的安全钻进 、防止井 壁坍塌 、做
好煤层 段 的储层保 护是 Ｕ 型井 的主要技术 难点 。 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５井组 是 中联 煤层 气 有 限 责任 公 司在 沁水 盆地南部 布 置的一 对长距 离联 通 ｕ 型井 ，含 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５ Ｖ及 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５ Ｈ 两 口井 ，Ｓ Ｎ ０ １ ５ — ５ Ｈ 为工程 井 ，其 三开水平 段 在 ３ ＃煤层 中钻 进 ，并 与 Ｓ ＮＯ １ ５ — ５ Ｖ 井在 ３ ＃煤层 连通 。井身 结构示 意 图如 图 ２所示 。 图１ Ｕ型连通水平井井身结构示意图
离 也在 １ ． ４ ｋ ｍ左右。
（ ２ ）煤 层厚 度 薄 ，地 层起 伏 大 ，很难保 证 煤层钻 遇 率 。地 区的煤层 厚 度一般 在 ２ ～４ ｍ，地层 起伏 很
大 ，钻 遇 顶底板 的几 率很 大 ，一旦 钻 遇顶板 或 者底板 ， 回调 的难度 大 ，对煤 层 的钻遇 率有 影响 ，而 井身
［ 收稿 日期］２ ０ １ ３— ０ １ —１ ３ ［ 作者简介］刘亚军 （ １ ９ ７ ７一 ） ，男 ，工程师 ，现主要从事煤层气钻井技术方面的研究工作。
石油中旬刊 ＊油气田开发 工程
２ ０ １ ３年 ５月
质量要 求煤层 钻遇 率必须 大 于 ８ Ｏ ％。 （ ３ ）煤层 的防踏 、防漏 、储层 保护难 度 。煤层气 是 吸附气 ，主要 赋存 于煤层 的割理 和裂缝 中 ，优 良 的产煤 层气 的煤层 普遍存 在割 理 、裂缝 发育 的特点 ，煤层 具有 的脆性 大 、强 度低 、孔 隙度低 的特 点 ，受 应 力 、水敏 、 自吸 、结垢 、固相侵 人等影 响 ，因此水 平段 钻进 时易发 生坍塌 、漏 失等工 程风 险 （ 事 故率 超过 ５ Ｏ ％） ，储 层易 伤害 ，储层 保护难 度大 。
１ 沁 水 盆 地 南 部 地 层 特 征 及 煤 储 层 发 育 特 点
沁水 盆地 南部 区块 地层 为典 型 的华北 石 炭一 二 叠 纪 含煤 地 层 ，煤 系 基底 为 奥 陶 系峰 峰 组 （ ０ ｆ ） 。根 据实 际钻 探 资料 ，该 区地层 自下 而上 发育 下古 生界 奥 陶系 中统 峰峰组 （ ０ ｆ ） 、上古 生界石 炭 系 中统 本溪
表 １ 沁 水 盆 地 南部 区块 地 层 特 征 简 表
沁水 盆地 南部 煤储 层 的渗透 率 多小 于 ０ ． １ ×１ ０ ｍ ，属 于 低～ 中渗 ；储 层厚 度 多 在 ６ ｍ 左 右 ；储层
压力 平均 为 ３ ． ７ ３ ＭＰ ａ ，压 力 梯 度 为 ０ ． ６ ～Ｏ ． ８ ＭＰ ａ ／ ｌ Ｏ Ｏ ｍ， 属 于 低 压 ；含 气 量 多 在 １ ５ ～２ ０ ｍ。 ／ ｔ ，具 有 较
３ Ｓ Ｎ ０ １ ５ － ５井 设 计概 况
煤层气勘探 开 发采 用 Ｕ 型 连通 井技 术 ，利 用 定 向 井 与其 远端 的直井 在 井 下连 通 ，建 立 煤 层 流体 循 环 系
统 ，进 而在 直井 端进 行 后期 的排 采作 业 （ 见图 １ ） 。煤 层气 开发采用 Ｕ 型井 具 有扩 大单 井 控制 面 积 、提 高单
高 的含 气 量 ；含水 通常 较少 ，构 造稳 定 ，储层 延续 性 好 ；割理 发 育 ，密 度达 到 ５ ０ ０条 ／ ｍ ，且端 割 理 与 面割 理 同等发 育 。综上 所述 ，沁 水 盆地南 部煤 储层 应 属于低 压低 渗厚 层 高含气 量储 层 。
２ 沁 水 盆 地 南 部 地 层 ｕ 型 井 作 业 难 点
长江大学学报 （ 自科版 ） ２ ０ １ ３ 年５ 月号石油中旬刊 第 １ ｏ 卷第 ｌ ４ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｙ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ Ｓ ｃ ｉ Ｅ ｄ ｉ ｔ ） Ｍａ ｙ ． ２ ０ １ ３ ，Ｖ ｏ １ ． １ ０ Ｎ ｏ ． １ ４
（ １ ）可参 考 的资料 少 ， 目的层 深度不 能 确定 ，造 成着 陆 困难 。煤 层气 开 发 中普 遍不 进行 地震 勘查 ， 没有详 细 的二 维地 震和 三维 地震 资料 ，可 以参 考 的数据 主要 来源 于煤 矿 的钻孔 数据 ，而煤 矿钻 孔距 此井 位又 比较 远 ；无 地 层压力 、井温 梯度 的 预测 ，也无 断层 提示 ，增 大 了作业 的风 险 ；煤 层 薄 ，煤 层一 般厚 度为 ２ ～４ ｍ，地层 起伏 变化 大 ，一次 着 陆的难 度大 。这样 ，能参 考 的仅有 邻井 的测 井数据 ，但 邻井 的距
型 井 设 计 、钻 具 组 合 优 化 、 随钻 测 量 技 术 、 井 眼 轨 迹 控 制 和 煤 层 段 钻 井液 技 术 等 。
Hale Waihona Puke ［ 关 键 词 ］ 煤 层 气 ；Ｕ 型 井 ；无 固相 钻 井 液 ； 沁水 盆地 ［ 中 图分 类号 ］ＴＥ ２ ４ ２ ［ 文 献标 志码 ］Ａ ［ 文章 编 号 ］ １ ６ ７ ３ —１ ４ ０ ９（ ２ ０ １ ３ Ｊ １ ４— ０ ０ ４ ３ ～Ｏ ４
沁 水 盆 地 南 部煤 层 气 Ｕ 型 井钻 井技 术 及 应 用
刘 亚 军 ，陈 旭 （ 中海油能 源发展监督监理技术分公司， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
［ 摘 要 ］ 根 据 沁 水 盆地 南 部 地 质 及 煤 储 层 的发 育特 点 ，介 绍 了该 区 块 远 端 水 平 连 通 井 的 钻 井 工 艺 ，包 括 Ｕ
组 （ Ｃ ２ ｂ ） 、上 统太 原组 （ Ｃ 。 ｔ ） 、二叠 系下 统 山西组 （ Ｐ ｓ ） 和下 石 盒 子组 （ Ｐ ｘ ） 、二 叠 系 上统 上 石 盒 子
组 （ Ｐ 。 ｓ ） 、上统 石千 峰组 （ Ｐ ｓ ｈ ） 、 中生 界 三 叠 系下 统 刘 家 沟组 （ Ｔ １ ）及 新 生 界第 四系 （ Ｑ） 。其 中主 要含煤 层 系 山西组 和太 原组 广 泛 分 布 ，保 存 完整 ，是 主要 的煤 层 气 勘 探 和 生 产层 系 。具 体 地 层 及 深度
井 产能 、减少征 地 面积 的优 势 。水 平段 长度 小于 ５ ０ ０ ｍ
的称为短 Ｕ 型井 ，水平 段 长 度大 于 ５ ０ ０ ｍ 的称 为 长 Ｕ
型井 。如何保证水平段 的安全钻进 、防止井 壁坍塌 、做
好煤层 段 的储层保 护是 Ｕ 型井 的主要技术 难点 。 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５井组 是 中联 煤层 气 有 限 责任 公 司在 沁水 盆地南部 布 置的一 对长距 离联 通 ｕ 型井 ，含 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５ Ｖ及 Ｓ Ｎ０ １ ５ — ５ Ｈ 两 口井 ，Ｓ Ｎ ０ １ ５ — ５ Ｈ 为工程 井 ，其 三开水平 段 在 ３ ＃煤层 中钻 进 ，并 与 Ｓ ＮＯ １ ５ — ５ Ｖ 井在 ３ ＃煤层 连通 。井身 结构示 意 图如 图 ２所示 。 图１ Ｕ型连通水平井井身结构示意图
离 也在 １ ． ４ ｋ ｍ左右。
（ ２ ）煤 层厚 度 薄 ，地 层起 伏 大 ，很难保 证 煤层钻 遇 率 。地 区的煤层 厚 度一般 在 ２ ～４ ｍ，地层 起伏 很
大 ，钻 遇 顶底板 的几 率很 大 ，一旦 钻 遇顶板 或 者底板 ， 回调 的难度 大 ，对煤 层 的钻遇 率有 影响 ，而 井身
［ 收稿 日期］２ ０ １ ３— ０ １ —１ ３ ［ 作者简介］刘亚军 （ １ ９ ７ ７一 ） ，男 ，工程师 ，现主要从事煤层气钻井技术方面的研究工作。
石油中旬刊 ＊油气田开发 工程
２ ０ １ ３年 ５月
质量要 求煤层 钻遇 率必须 大 于 ８ Ｏ ％。 （ ３ ）煤层 的防踏 、防漏 、储层 保护难 度 。煤层气 是 吸附气 ，主要 赋存 于煤层 的割理 和裂缝 中 ，优 良 的产煤 层气 的煤层 普遍存 在割 理 、裂缝 发育 的特点 ，煤层 具有 的脆性 大 、强 度低 、孔 隙度低 的特 点 ，受 应 力 、水敏 、 自吸 、结垢 、固相侵 人等影 响 ，因此水 平段 钻进 时易发 生坍塌 、漏 失等工 程风 险 （ 事 故率 超过 ５ Ｏ ％） ，储 层易 伤害 ，储层 保护难 度大 。
１ 沁 水 盆 地 南 部 地 层 特 征 及 煤 储 层 发 育 特 点
沁水 盆地 南部 区块 地层 为典 型 的华北 石 炭一 二 叠 纪 含煤 地 层 ，煤 系 基底 为 奥 陶 系峰 峰 组 （ ０ ｆ ） 。根 据实 际钻 探 资料 ，该 区地层 自下 而上 发育 下古 生界 奥 陶系 中统 峰峰组 （ ０ ｆ ） 、上古 生界石 炭 系 中统 本溪