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煤层气多分支水平井施工工艺

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收稿日期:2009-06-03 作者简介:王　剑(1980-),男,山西长治人,2007年毕业于中国矿业大学,现从事地面瓦斯抽采开发管理工作。煤层气多分支水平井施工工艺王　剑,崔秀奇,杨国军(山西潞安环能股份公司,山西长治　046204) 摘　要:以潞安矿区第一口多分支水平井LA-01H的实钻工程资料和现场施工经验为基础,总结了LA-01H井钻井工艺特点,深入剖析钻井工艺中的经验和教训。通过对多分支水平井进行技术研究,为煤层气开发提供了一种新的方法。 关键词:煤层气;多分支水平井;施工工艺 中图分类号:TD845 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2010)0220030202 我国煤层气资源非常丰富,但从目前所开发的煤层气井看,产量普遍偏低,气产量衰减快,制约了煤层气勘探开发的步伐。究其原因在于我国煤层普遍具有储层压力低、渗透率低的特点。多分支水平井技术是近年发展起来的一种集钻井、完井与增产措施于一体的新技术,特别适合于开采低渗透储层的煤层气。这种技术是在一个水平井眼两侧再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裂缝,最大限度地沟通裂缝通道,增加泄气面积和地层的渗透率,从而提高单井产量。1　国内外研究现状美国公司最早发明并采用羽状分支水平井技术进行煤层气开发。该项技术具有产量高、采收率高、控制面积大、不受地形环境影响等优点。截止到2004年底,已钻煤层气羽状分支水平井200余口,形成了煤层气羽状分支水平井钻井、开采设计与施工的一系列工程技术,近几年被美国环保局和天然气产业部门指定为开发煤层气的推广技术。我国煤层气羽状多分支水平井研究还处于初期阶段。2004年11月在山西沁水盆地大宁煤矿完成了国内第一口煤层气多分支水平井—DNP02井,煤层中水平进尺达到了7687m。2004年11月28日,DNP2井正式投入生产,排采135d后稳定产量在20000m3/d左右,实现了预期工艺和产能的双重突破。2005年在山西宁武盆地施工了多分支水平煤层气井武M1-1井,这是我国依靠自己的技术力量打出的第一口井多分支水平井。该井垂深达900m,是世界最深的一口煤层气多分支水平井。其后,陆续的在沁水盆地组织施工成功了若干口多分支水平井,其中在沁水樊庄区块的水平井最高产量达到了10万m3/d。2　潞安矿区多分支水平井钻井工艺潞安矿区多分支水平试验井由一口垂直井LA-01V井与一口水平分支井LA-01H井组成。钻井施工工艺较复杂,先在距离水平井井口(LA-01H)东北方向约210m处钻一口垂深为665m的垂直井(LA-01V),在山西组3#煤层段下插入1根长度约8m的玻璃钢套管。进行固井作业后,下入刮管器破碎煤层段的玻璃钢套管和水泥环,再下入井下扩孔工具,在3#煤岩井段做人工洞穴,其中煤岩段井孔直径扩到015m左右,以利于井眼连通。直井造洞穴结束后,水平井场安装钻机,进行水平井的钻井作业。水平井(LA-01H)由31111mm钻头开眼,钻至井深约80m的位置下入24415mm表层套管,进行固井作业。然后更换为216mm的钻头第二次开钻,钻进至井深421m处,结束直井段施工。开始连续定向造斜至井深至661m,下入17718mm的套管。之后更换使用12016mm钻头第三次开钻,共在煤层段水平钻进超过3500m。LA-01H井井深结构图如图1所示。

图1　LA-01H井井身结构图根据LA-01H多分支水平井在钻井过程中存在的主要技术难题,通过大量的资料调研、论证分析、研究试验,形成了一套完整的可行性工程技术和完井技术方案,使用了两井连通技术、水平井技术、分支井技术、随钻地质导向技术、欠平衡技术、悬空侧钻技术等多种国内外最新技

03　施工技术 煤　炭　工　程 2010年第2期　术工艺,收到良好的应用效果。211　电磁波随钻测量技术在钻井工程中,随钻测量(MWD)是井眼轨道监测与控制中的一项核心技术。随钻测量是指在不停钻情况下,在钻头附近安装的测量设备随时测量井下各种参数,并保存在固态存储器上,然后通过某种介质(电缆、钻井液、电磁波)发送到地面,经计算机系统采集处理后,得到实时的井身参数及地层参数。电磁波随钻测量(EM-MWD)技术是利用电磁信号实现信息传输的一项新技术,具有信号传输速度高、不需要循环钻井液便可传送数据、测量时间短、成本低等特点。特别是,EM-MWD系统基本上不受钻井液介质的影响,不仅适用于常规钻井液中的随钻测量,而且还适用于在气体、泡沫、雾化、空气、充气等钻井液中使用,从而解决了钻井液脉冲MWD系统难以逾越的随钻测量难题。本次水平段施工采用电磁波随钻测斜仪,仪器不仅具有测斜的功能,还具有随钻测井(LWD)的功能,除了可以随时测量井眼轨迹参数,还可以测量很多测井参数以及环空压力、环空当量密度、井温等多种参数。212　小井眼钻进技术由于本区块相对而言,煤质较软,疏松易垮塌,考虑到使用小井眼钻井技术,井眼不易垮塌,而且钻井液消耗量等较小。由于水平钻井遇到的摩阻很大,使用小井眼钻进的困难在于钻杆较细,无法给钻头传递较大钻压,钻进过程中增斜和扭方位均困难。本次分支钻进,在初始井段采用复合钻进方式,即滑动钻进和旋转钻进相结合的方式。以便控制好井眼轨迹,保持轨迹尽量光滑流畅。在后面井段钻进中,由于摩阻过大,定向钻进十分缓慢,基本采用旋转钻进。在旋转钻进中,每打一个单根,及时测量井斜和方位,为下面钻进提供依据。213　两井连通技术采用的两井连通技术,达到了很好的效果。连通过程中首先在直井(洞穴井)中下入探管,在钻头处连接一个永磁短节。连通前首先将直井LA-01V井的坐标数据和LA-01H井中MWD随钻测斜的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,然后及时将井眼方向纠正至洞穴中心的位置。并将结果与在LA-01V的监视磁场强度对比,在离LA-01V井还剩10m时,将探头取出,钻头沿设计轨迹钻进,达到了一次连通。两井连通施工工艺如图2所示。214　欠平衡钻井技术欠平衡钻井是指钻井过程中钻井液液柱压力低于地层孔隙压力,允许地层流体流入井眼、循环出并在地面得到有效控制的一种钻井方式。

使用这种钻井方式用于煤层气井的好图2　两井连通示意图处在于由于钻井液柱压力低于地层压力,钻井液不会渗入地层,从而不会导致因钻井液将煤层裂隙堵塞造成以后抽采煤层气困难。LA-01H井利用直井将压缩空气注入到水平井的环空,以减少泥浆的当量密度,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。215　分支侧钻技术煤层中的各个分支是在裸眼中侧钻完成的,裸眼侧钻是煤层气多分支井钻井中的难点。目前国内多采用悬空侧钻技术来进行各分支水平井眼侧钻。侧钻时起钻从每一个分支的设计侧钻点上部开始,然后上提下放,将钻柱中的扭力释放后开始悬空侧钻。现场人员根据马达压差、测斜数据、钻井参数的变化,及时判断侧钻是否成功。LA-01H共钻出两个主井眼和六个分支井眼,基本达到了设计要求。3　结　语1)LA-01H多分支水平井,成功采用了国内外最新的多分支水平井技术。在本区煤层不稳定、煤层倾角变化大的情况下,掌握了一套完整的水平井钻井技术,形成了一套经济有效的水平多分支井施工作业规范。2)在钻进造斜段中,需选用造斜能力比设计井眼轨迹造斜率稍大的螺杆钻具,这样既可以减少下钻的次数,又可以增大旋转钻井进尺的比例。3)水平井施工的最大难点在于在疏松的煤层中水平钻进,既要防止煤层井壁的坍塌,造成卡钻,井眼报废,又不能使用常规的钻井液进行护壁,堵住煤层的微小裂隙。目前,国内相关研究还不成熟,低摩阻、低伤害无固相钻井液是以后研究的重点。参考文献:[1]　董建辉,张宁生,李天太,李文卉.樊庄区块煤层气羽状水平井钻井实践[J].天然气工业,2007,23(3):55～57.[2]　饶孟余,杨陆武,张遂安,梁乙伟.煤层气多分支水平井钻井关键技术研究[J].天热气工业,2007,2(7):52～55.[3]　乔磊,申瑞臣,黄洪春.煤层气多分支水平井钻井工艺研究[J].石油学报,2007,28(3):11～15.(责任编辑　李泽荃)13　2010年第2期 煤　炭　工　程 施工技术

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水平定向钻井轨迹设计

水平定向钻井轨迹设计

2. 以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计或者欠平衡钻井工艺技术设计。

本文选择以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计。

煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。爱的是它是一种清洁能源，有很大的利用价值；恨的是它是矿难的原因之一。因此，安全有效地采集煤层气可谓是一举两得的好事。近些年，部分国家开始用定向钻井技术开采煤层气，取得了良好效果。

定向钻井，简单说就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。定向钻井通常在石油和天然气开发中使用较多，但近些年煤炭行业也越来越多地将这项技术用于矿山开采前的瓦斯抽放、排水、矿井探查等方面。在煤炭领域使用这一技术的主要有美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区，而利用这一技术采集、利用煤层气的国家以美国和澳大利亚等国为主。

澳大利亚目前有17个煤矿用定向钻井技术排放井内瓦斯，以确保安全生产。而悉尼的一家公司在2000年成功地利用这一技术在地下600米深处开出了一口商业用煤层气井。美国的一些煤矿企业为了矿井安全和开采煤层气也热衷采用定向钻井技术。在2000年，美国10％的煤层气井都采用了这项技术。由于这项技术的逐步开发，部分美国和澳大利亚企业的煤层气产量都得到了提高。

资料显示，定向钻井的纵向深度一般在600～1200米，横向煤层钻井长度可达到400米。据美国某钻探公司的个例统计，采用横井采气比传统的单一竖井采气的初期产量可高出10倍，气井的生产寿命也会增加。根据对某些项目的估算，运用定向钻井法商业采集煤层气的内部回报率为15～18％，明显高于传统竖井采集法约3％的内部回报率。

1 定向水平井的井身类型

井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，特别是韩城地区，构造复杂，经过大范围地层沉降，上覆地层压力较大，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。

中国煤层气井钻进技术综述

中国煤层气井钻进技术综述

中国煤层气井钻进技术综述X

张　晋,张泽宇(中国石油大学(北京)石油工程学院,北京　100000)

摘　要:中国煤层气的开采已经进入初步商业化生产的阶段,煤层气钻进中遇到的许多问题需要将钻井的先进技术与煤储层特征相结合,而不能照搬常规油气田钻井技术。本文从煤层气井钻进的特殊性、多分支水平井技术、欠平衡钻井技术和煤层气钻井液技术四个方面介绍煤层气钻进过程中的技术。关键词:煤层气;多分支水平井;欠平衡钻井;钻井液 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)11—0078—02

我国是世界上第一煤炭生产大国,煤炭资源量巨大,同时我国的煤层气资源也十分丰富,2000年由中联煤层气有限责任公司承担的国家计委一类项目“全国煤层气资源评价报告”,预测我国陆上烟煤和无烟煤煤田中,在埋深300～2000m范围内煤层气资源量为31.46×1012m3,与我国陆上天然气资源量相当,位居世界第三位。现在煤层气开采已经初步进入商业生产的阶段,煤层气井的钻进技术在这其中起着重要的作用。1　煤层气井钻进的特殊性煤层气井钻进的特殊性是由煤储层区别于常规油气储层的特征所带来的。1.1　储层保护问题突出中国煤层气储层具有独特性,由于成煤期后构造破坏强烈,构造煤发育,所以具有煤层气储层低含气饱和度、低渗透率以及低压力的“三低”特性,煤层钻进的过程中要特别注意储层保护问题。由于低压和丰富的割理存在,钻井液、完井液和水泥浆很容易造成储层的污染。1.2　井壁稳定性问题煤层气井钻井中经常会遇到井壁稳定性差的问题,这是由于煤的岩石力学特征造成的。煤的机械强度低,杨氏模量小,一般在2.1×104kg/cm3,泊松比值一般在之间0.2～0.3,煤比岩石易压缩,当煤层被破碎后,煤层难以支撑上覆地层的压力易于坍塌,钻开后的煤层,浸泡时间越长,煤层垮塌更厉害。煤层孔隙和割理发育,煤的孔隙体积一般占总体积的60%,割理也相当发育,钻开后滤失量大,易吸水垮塌产生漏失。2　多分支水平井技术中国煤层气井以直井为主,但是在钻井技术充分发展的前提下,将多分支水平井井应用于煤层气井中,对煤层气提高产能有着重要的意义。多分支水平井是指在主水平井眼的两侧不同位置分别侧钻出多个水平分支井眼,也可以在分支上继续钻二级分支,因其形状像羽毛,国外也将其称为羽状水平井。定向羽状水平井扩大了泄压半径,有利于减小流动阻力增加煤层气流速,提高产能。定向羽状水平

煤层气水平井方案

煤层气水平井方案

煤层气水平井方案

1.方案设计

1.1选址：选取地质条件良好、煤层埋藏深度适中、含气量较高的地区作为水平井的选址点，避免地质构造复杂、含水层丰富等问题的存在。

1.2井型设计：根据煤层气田的特点，选择合适的水平井井型。常用的井型有水平主井和支撑井两种。水平主井负责收集煤层气，支撑井则用于增加井眼的稳定性和增加压裂作业的缓冲地带。

1.3井距设计：井距的设计应根据地质条件、煤层厚度、煤层气含量等因素进行合理安排，以保证煤层气的充分开采。

1.4钻探方法：根据地质条件和煤层厚度，选择合适的钻井方法。常用的钻探方法有常规钻井、立体钻井、环状钻井等，可根据实际需要选择合适的方法。

2.技术要点

2.1钻井方法：常用的钻井方法有钻井绳、钻井管和旋喷法等。钻井绳法钻井速度快，但要求井眼稳定性高；钻井管法钻井成本低，但作业效率较低；旋喷法结合了两者的优点，常用于煤层气水平井的钻井作业。

2.2完井技术：水平井完井技术是确保煤层气产量和采收率的关键。常用的完井技术有压裂技术和射孔技术。压裂技术通过将压裂液注入煤层，使其裂缝扩展，增加煤层的渗透性；射孔技术通过在煤层中钻孔，打通煤层与井筒之间的通道，使煤层气能充分流入井筒中。 2.3井眼稳定性控制：由于水平井位于地下较深处，地应力较大，井眼稳定性较差，需要采取一定的措施进行控制。例如，在钻探过程中使用加筋套管和套管级间充填物，增加井眼的稳定性。

2.4井壁清洁与防塞措施：在钻井过程中，由于煤层中存在大量的湿气和浮游物质，会导致井壁被污染和堵塞。因此，需要采取适当的措施进行井壁清洁和防塞，以确保水平井的正常运行。

综上所述，煤层气水平井的方案设计关键在于选址、井型、井距和钻探方法等的合理选择，而技术要点则涵盖了钻井方法、完井技术、井眼稳定性控制以及井壁清洁与防塞措施等方面。只有在正确的方案设计和技术要点的指导下，水平井才能有效地提高煤层气的采收率和产量。

煤层气多分支水平井钻井技术浅析

煤层气多分支水平井钻井技术浅析

煤层气多分支水平井钻井技术浅析

摘要: 由于我国煤层气储层具有渗透率低压力低的特点，直井煤层控制面积小，产量低，钻单支水平井不利于后期的排水降压作业，所以现在煤层气开发多采用羽状水平井，羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通，两井连通需要对两井距离方位偏差新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量，找出新的靶点，然后对定向井进行定向指导，确保成功连通。可以提高单井的产量、降低钻井的综合成本。本文主要介绍了煤层气多分支水平井的主要特点以及煤层气多分支水平井钻井的几种主要技术。

关键词：煤层气；多分支水平井；钻井技术

一、煤层气多分支水平井的主要特点

煤层气水平井主要借鉴的是常规天然气水平井的钻井工艺技术，但是，其工作的对象与煤层气的储藏性质和排采方式不相同，所以，在设计及施工的工艺等方面都有自己独有的特点：

1、开发目的层比较单一，而且是水平面多分支。

运用多分支的水平井钻井技术来开发煤层气，当前通常是选择某个主力煤层进行开发，在某个单一层相似的水平面上会钻出很多分支，这和油井在两个以上的层位钻出的多分支也不相同。

2、目的层段的分支和进尺比较多。

因煤储层的地层压力及渗透率相对来说比较低，因此，如果要提高煤层气的产量，就要比常规的油气井有更加多的渗滤面积和排气通道，这就会使煤层段所钻的分支变得更多，通常有l到2个主分支，在主分支的两侧需要钻出多个，通常是6到8个分支，而累计煤层段的进尺通常需要达到4000米以上。

3、运用裸眼完井的方式。

煤层气的多分支水平井通常会运用裸眼完井的方式，这主要是因为：（1）煤层气的开发区一般也是煤炭的开采区，比如山西的沁水盆地。按国家先采气、后采煤、采气和采煤一体化的政策要求，在采完气之后还需要采煤，然而采煤的禁忌是在煤层里有金属套管；（2）因为受到完井技术的限制，当前很多的分支井还较难下入完井的套管或者筛管。

4、主井眼和分支井眼的尺寸比较小。

由于煤层的强度和胶结的程度比较差，容易发生垮塌。而依照国内外的煤层气多分支水平井钻井的经验来看，比较小的井眼利于避免煤层的垮塌。