煤层气01钻井工程设计

1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：X2802050Y18412825Z2005●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、2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10m，井径扩大率小于20%。4.3钻井取芯要求3根据该井钻探施工目的和任务，全孔采用绳索取芯，以确定地层层位和倾角；煤芯是获取含气量等参数的主要来源，所以，取芯工艺是关键环节。为保证取芯成功，并保证各项分析测试成果的正确性，特对该井取芯做如下要求：●煤芯的采取必须采用绳索取芯技术；●煤芯的采取必须采用半盒式取煤内管；●煤、岩芯采取率均不得低于80%；●煤芯采取结构完整，不污染、不磨烧变质；●为避免钻井液对煤层的污染，钻取煤层时应采用清水、低排量钻进；●为确保煤层含气量测定数据的准确性，煤芯钻取提钻应尽量迅速，要求从开始钻取煤芯到煤芯提至井口时间不超过20分钟；●钻探施工井队必须做好见煤预告，见煤前应及时通知甲方现场地质监督和工程监督以及分析测试等人员，提前做好各项准备工作；●为减少煤芯在空气中的暴露时间，要求煤芯到达地面后进行照相，并在10分钟内装入事先检验好的煤层气解吸罐中，并立刻开始进行现场解吸；●在煤系层段取芯应作好煤、岩芯的地质编录工作，编录内容除煤田地质所要求的内容外，还应特别注意观察、记录煤芯和煤层顶、底板岩芯的裂隙发育特征。岩芯要洗净、编号、妥善保存。5施工设计5.1施工程序为保证参数井试井安全和获得真实的煤层渗透率、储层压力等实测储层参数，并为改扩成煤层气生产试验井的压裂、排采作好必要的准备，整个钻井的施工分以下两个步骤进行：1）参数井采用全井绳钻满眼取芯钻进，钻到第一目标层以下2—3米，进行电测井径和试井；钻到第二目标层、第三目标层以下2—3米，4分别进行电测井径和试井。2）根据试井、测井分析结果，如果获得的储层参数显示具有开发潜力，则采用Ф215.9mm口径扩井，至C21b煤层底板以下50米，下入Ф139.7mm生产套管并固井。5.2井场布置本着少占地又方便施工的原则，井场布置紧凑、有序、明快。造成一个好的施工环境。面积约为1500m2，见图1。5.3钻井工艺根据《云南省恩洪煤田煤层气勘探总体部署方案》和EH—01井地质设计要求，鉴于该区地质构造复杂，断层发育，煤层多、厚度大、倾角150º—300、稳定性差，因此，在这种复杂的地质条件下，吸取以往勘探区内钻井施工经验教训，参数井阶段，为取准取全第一性资料，确保钻井打直，保证地质和试井成果质量，主要采用金刚石绳索取芯满眼钻进。进入生产试验井阶段，采取Ф215.9mm锒齿无芯牙轮钻头和金刚石无芯钻头强力钻进，扩孔成井。5.4井身结构参数井:Ф130mm孔径开孔,穿过基岩20m,孔深0－30m下Ф108mm外接箍套管护孔导向，换Ф89mm孔径金刚石绳索取芯钻进至孔深660m。生产试验井：起出Ф108mm套管。Ф311mm扩孔至孔深30m，下入Ф244.5mm套管，固井，水泥返高至地表。井口水泥封闭。换Ф215.9mm牙轮钻头扩井至井深660m，下入Ф139.7mm生产套管、固井，完井。(井身结构见图2)5.5钻井设备1）参数井阶段：钻井工艺主要绳索取芯钻进，钻井设备为煤田钻探TK—3钻机及其配套水泵、柴油发电机组系列等，详见表1。2）生产试验井阶段：5图1井场布置图钻井设备为GZ钻机系列，见表2。绳索取芯钻进主要设备表1防护室工程室值班室地质室泥浆室材料房监理房值班房地质室泥浆室钻具发电机房废浆坑泥浆坑井口振动筛除砂器6序号名称型号及规格数量负荷或功率制造厂家出厂时间使用年限1钻机TK—31台37KW石家庄煤机厂2000.5102泥浆泵NBB—250/601台30KW石家庄煤机厂2000.5103发电机组61352台75KW上海柴油机厂1999.10104绞车SJ—15001台7.5KW上海1999.10105除砂器JSN—2B1台大地公司1998.656除泥器WL—2601台7.5KW大地公司1998.657钻塔TA-70/27m1台石家庄2000.558泥浆测试仪1套青岛2000.510钻井施工的主要设备及配套设备表2序号名称型号数量制造厂商出厂时间使用年限1钻机GZ—20001台石家庄煤机厂2000.5102转盘660mm1台石家庄煤机厂2000.5103游车大钩70t1台石家庄煤机厂2000.5104水龙头CH—1251台石家庄煤机厂2000.555主机动力机6V1351台贵州柴机厂1999.10106泵组动力机12V1351台无锡柴机厂1999.7107发电机6V1351台上海柴机厂1998.8108发电机4V1351台潍坊柴机厂2000.5109振动筛2S2*1.15/3P1台宝石厂1998.10810井架TA—70/271套石家庄煤机厂2000.51011泥浆泵TBW1200/7B1台石家庄煤机厂2000.51012测斜仪单点式1套上海1998.101013泥浆仪器1套青岛2000.51014液压钳1000型1台江苏如东1999.7815油罐15m31个大地公司2000.5816电焊机300型1台天津2000.5817电话1部北京2000.518钻杆89mm800米日本1998.1619钻铤121mm180米日本1998.1520值班房18m31栋大地公司1999.5521监理房18m31栋大地公司1999.5522工具房15m31栋大地公司1999.5523电脑打印机各1台联想集团2000.555.6钻具配置71）参数井阶段：采用SQ系列绳索取芯钻具。钻具结构Ф89mm钻头+Ф89mm扩孔器+Ф84mm岩芯管+Ф81mm钻杆+Ф90mm主杆。绳钻具体规格见表3。钻具结构见图3。SQ绳钻技术规格表表3钻头扩孔器外管内管钻杆主杆外径mm内径mm长度mm外径mm内径mm长度mm外径mm内径mm长度mm外径mm内径mm长度mm外径mm内径mm长度mm外径mm内径mm长度mm89578989.570184847032306660299781703000905360002)试验井阶段:Ф311.1mm钻头+Ф121mm钻铤+133.4方钻杆,见图4。扩孔成井:Ф215.9mm钻头+Ф121mm钻铤12根+Ф89mm钻杆+133.4方钻杆。从下至上第一根下部及第二根钻铤上部各加Ф214mm螺旋稳定器1个，以防井斜。见图5。5.7钻头选择1）参数井阶段；按岩石可钻性级别，选用以下孕锒金刚石钻头。①可钻性在5级以内的岩层选用Ф89mm同心平底三环尖齿钻头。②可钻性在3级以内的岩层选用Ф89mm同心两阶梯尖环齿钻头。③可钻性在7—11级的岩层选用Ф89mm同心平底半圆弧唇面自磨锐钻头。④煤层选用同心尖环齿底喷钻头。钻头性能参数见表4。金刚石钻头性能参数表表4序号钻头性能参数名称外径mm内径mm胎体硬度HRC工作层厚mm保径聚晶粒水口个金刚石品级JR粒度目浓度%1三环尖齿895730-354.5408-10546-6010082二三环交错齿895735-384.0328446-60753阶梯尖环齿895730-324.54010546-601004尖环齿底喷895730-324.5328546-601005同心平底半圆弧895728-304.5408-10546-601002)试验井阶段：开孔钻头Φ311.1mm，型号XHP2扩孔钻头Φ215.9mm，型号XHP35.8钻井液根据中联公司对钻井液使用的要求，结合近年来煤层气钻井施工冲洗液使用的成功经验，本井采用PHP—HPAN不分散低固相泥浆；煤系上覆层段采用低固相钻井液，煤系地层采用无固相钻井液，采煤清水。各井段钻井液性能见表5。各井段钻井液性能指标表表5井段密度粘度胶体率%失水量ml/30min固相含量%含砂量%PH值泥饼厚mm漏斗塑料表层1.05-1.0830-4020-30984-87491-2非煤层1.03-1.0518-2215-20988-10628-70.5煤系1.01-1.0216-1816-188015-20118-70.4坍漏1.02-1.0325-2825-289810-12428-70.5泥浆配方与性能表表6泥浆名称配方主要性能粘土%纯碱%CMC%HPAM%PHPPP%KHm%粘度S相对密度失水量ml/30min泥皮mmpHPAM泥3-43-50.2-0.30.2-0.3100-4000.318-251.02-1.057-100.58-99浆●泥浆配制：选用优质膨润土作为造浆材料，造浆率大于10m3/T。制成的基浆失水量应低于20ml/30min。配浆水选用软水或矿化度低的清洁水。配制过程中，首先把钙质膨润土加入一定量的纯碱并加水搅拌均匀，预水化使用其转化为钠质膨润土。然后，用水解度30—70%，分子量大于100万的聚丙烯酰胺和其他处理剂，以提高造浆能力和粘度，降低失水量，直到失水量不再下降时，停止加高聚物。最后将泥浆稀释到所需的固相含量即可。水解聚丙烯酰胺应稀释成水溶液使用。钻进过程中，要不断地补充水解聚丙烯酰胺溶液以补充沉除钻屑时的消耗。钻井液循环系统，长度大于15m，泥浆池2个，规格2×3×1.6m，沉淀池2个，规格1.5×1.5×1.5m。循环槽断面规格0.4×0.3m。钻井液循环系统布置如图示●钻井液的管理选配优秀的泥桨管理人员，负责现场钻井液的配制、测定、调整和仪器、材料的保管。配齐钻井液性能测仪器。井场配泥桨工程师统一管理。每次开钻前，钻井液性能必须调整到设计要求的范围。每2小时测量一次钻井液密度和粘度，8小时测量一次API全套性能。井下情况复杂时要加密测量，并填入班报表。进行钻井液大型处理前心须做小型试验。井场配小型试验室。钻井液处理剂选用具有产品合格证的优质产品。送到井场后，必须认真检验，并备有检验报告可查。井场存放时注意防潮防变质。钻井过程中，尽量保持钻井液压力与地层压力平衡，维持近平衡钻井。无芯钻进时，实施二级除砂净化，绳索取芯钻进应用除泥器，达10到三级净化。井场及时、准确，取全钻井液录井资料。按〈煤田钻探规程〉做好简易水文观测，并记入班报。5.9钻进