第三章 煤层气钻井技术与工程设计

煤层气开发理论与技术第一章绪论第二章煤层气储层特征第三章煤层气钻井技术与工程设计第四章煤层气工程管理与质量控制第五章煤层气测井第六章煤层气试井第七章煤层气增产技术第八章煤层气排采控制理论与工艺技术第九章煤层气数值模拟《煤层气开发与开采》煤层气开发理论与技术2014/11/2523.1煤层气典型钻井类型及适应性3.2典型钻井井身结构及钻井工程3.3绳索取芯技术及钻井液3.4主要完井技术3.5钻井工程设计煤层气钻井技术与工程设计煤层气开发理论与技术2014/11/253煤层气钻井技术与工程设计煤层埋藏在地下几十米到至几百米的地层中，要把它开采出来，需要在地面和地下煤层之间建立一条气通道，这条通道就是井确定井型直井水平井多分支水平井钻井设计井身结构井陉/套管选择钻机及设备钻井及其它作业取芯试井录井完井与固井储层强化煤层气钻井工程煤层气开发理论与技术2014/11/254煤层气钻井技术与工程设计一、直井（verticalwell）直井的井口和井底在同一条铅垂线上。直井是开发煤层气最常用的方式，同水平井、丛式井相比，直井与储层接触的面积最小，要想获得理想的产量，对储层有一定要求，含气量、储层厚度、储层压力以及渗透率有1项较高即可。通常需要压裂第一节煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术2014/11/255煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性定向井定向井丛式井水平井多分支水平井定向钻井是沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层，井口与井底不在同一条铅垂线上煤层气开发理论与技术2014/11/256煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性二、丛式井又称密集井、成组井，在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井，其中可含1口直井，使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位，通常用于海上平台或城市、良田、沼泽等地区，可节省大量投资，占地少，并便于集中管理可以开发渗透率较低或薄煤层煤层气开发理论与技术2014/11/257煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性三、水平井一分支二分支三分支四分支水平井是指井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。适应性：中等物性煤储层煤层气开发理论与技术2014/11/258煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性四、多分支水平井一、多分支水平井1.概念：是指一个或多个主水平井眼盘侧再侧钻出多个分支井眼，又叫羽状水平井或鱼骨井煤层气开发理论与技术20世纪40～70年代，美国和前苏联等国钻了一批多分支水平试验井。70年代后，美国、加拿大、法国等国开展了多分支水平井开发油气藏的研究，进入80年代，此项技术才开始大规模工业化推广应用。主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等70多个国家和地区。2.煤层气多分支水平井开发技术发展历程煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术世界上第一个煤层气多分支水平井项目，是由美国矿业局和能源部于1976～1979年在圣湖安盆地上共同完成的。其总进尺2909m，日产量79～600m3。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性发展历程煤层气开发理论与技术煤层气多分支水平井是20世纪90年代中后期在常规油气水平井和分支井的基础上发展起来主水平井分支水平井煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性发展历程煤层气开发理论与技术美国CDX公司率先为美国的钢铁公司在西弗吉尼亚州的煤层气开发项目施工了近60口羽状水平井。发展历程煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术2004年，奥瑞安能源国际有限公司设计并组织施工的第一口煤层气多分支水平井（DNP02井）取得成功。大宁煤矿DNP02井，主井眼水平位移1256米，分支井数13支，总进尺8018米，水平总进尺7687米，日产量2万多立方米。发展历程煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性中国煤层气开发理论与技术继DNP02多分支水平井成功之后，多分支水平井倍受关注。亚美大陆、中国石油、中联公司、晋煤集团等单位分别委托奥瑞安公司在宁武、沁水南部、河东煤田等地施工了百余口煤层气多分支水平井。中石油华北油田分公司与奥瑞安签订的第一批45口多分支水平井施工合同，标志着煤层气多分支水平井进入规模应用阶段。发展历程煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术1：井位标定技术2：井身结构模型优化技术3：井眼轨迹优化设计与校核技术4：井眼轨迹控制及地质导向技术5：欠平衡钻井工艺技术6：完井工艺技术3.煤层气多分支水平井技术要点e.减少占地面积4.煤层气多分支水平井主要优点煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性a.增加有效供给范围b.提高有效导流能力c.减少对煤层的损害d.单井产量高，经济效益显著煤层气开发理论与技术与当前的直井模式相比，多分支水平井不仅大大提高了单井排采面积（6-10倍），而且排出单位体积的甲烷所需时间仅仅是直井所需时间的30%，单井日产量超过20倍，总采出率也超过直井近2倍1000001000000005101520年数累计气产量（m3）100.001000.0010000.00气产量（m3/d）累计气产量气产量潘庄直井产能模拟10000010000000100000000005101520年数累计气产量（m3）100.001000.0010000.00100000.00气产量（m3/d）累计气产量气产量潘庄水平井产能模拟采用多分支水平井模式，前4年日均产量可维持在20000方以上，从第5年到第8年日均产量可维持在10000方以上，从第9年开始日均产量就低于5000方目前的直井模式，前2年日均产量可维持在1300方，从第3年开始日均产量约1000方，但第6年开始日均产量就低于900方优点煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术（1）煤层比较脆，而且存在着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、卡钻等复杂事故，甚至井眼报废。因此，多分支水平井技术可应用区域比较有限。（2）由于煤层埋藏比较浅，同时井眼的曲率较大，钻压难以满足要求，同时钻水平分支井眼时钻柱易发生疲劳破坏，导致井下复杂。5.煤层气多分支水平井技术难题煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术6.适用性该钻井类型适用煤储层构造条件高煤阶储层厚层高含气量低渗透率割理比较发育煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术1.概念五、U型井“U”型井技术也就是水平连通井技术，也有的人称作对接水平井技术，连通井是指两口不同位置的水平井与直井、定向井与水平井、定向井与定向井或水平井与水平井在同一目的层连通。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术2.优点和特点（1）“U”型井由水平井与直井构成，兼有单分支水平井沟通割理与直井“点”状排采煤层气的特点。（2）作为新型钻井，其为两井连通、地质导向、欠平衡钻井等多种先进技术的综合，钻井难度大。（3）具有水平井及直井两个井口，但排水与采气通常依靠直井。（4）充分依靠倾斜地层的坡度，利用重力作用实现排水采气。（5）不同水平井利用同一直井排水采气。煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术3.适用性该钻井类型适用煤储层中高煤阶储层割理发育厚层高含气量倾斜煤层煤层气钻井技术与工程设计煤层气典型钻井类型及适应性煤层气开发理论与技术煤层气钻井技术与工程设计第二节典型钻井井身结构及钻井工程设计井身结构的基本原则是：第一，应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；第二，应充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；第三，能确保钻井施工的安全、优质、快速、低成本。直井井身结构是指由直径不同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。主要由表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成井身结构煤层气开发理论与技术231、表层套管—Surfacecasing封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂层安装井口、悬挂及支撑后续各层套管2、中间套管—Intermediatecasing表层和生产套管间因技术要求下套管可以是一层、两层或更多层主要用来分隔井下复杂地层3、生产套管—Productioncasing钻达目的层后下入的最后一层套管用以保护生产层，提供油气生产通道套管的分类及作用第二节典型钻井井身结构及钻井工程煤层气开发理论与技术第二节典型钻井井身结构及钻井工程直井井身结构根据生产套管尺寸和井身结构设计原则，煤层气项目通常的井身结构设计为：用311.5（12¼）的钻头一开，钻至基岩风化带10m处，下入244.48（9⅝）表层套管；然后用215.9（8½）的钻头二开，钻至目标煤层底界60m完钻，下入139.7（5½）生产套管，注水泥封固至煤层以上200米煤层气开发理论与技术2014/11/2525套管设计直井钻井工程煤层气开发理论与技术2014/11/2526固井直井钻井工程煤层气开发理论与技术2014/11/2527多分支水平井井身结构设计原则造斜位置:原则上最下一个造斜点应在煤层之上20m左右，并尽可能地在砂岩段施工，且不可在泥岩段。造斜点应呈90°相位螺旋状分布，造斜点之间高差应尽量大于20m。造斜井段的增斜率应控制在9°/30m～12°/30m之间。主水平井长度应控制在1000～1,200m。各翼水平分支总数应为10～12个，各分支间距300m，分支长度依次为700m、600m、500m、400m、300m、200m，各分支井采用大曲率半径造斜（（5°/30m～9°/30m）。多分支水平井钻井、完井工程水平井及多分支水平井煤层气开发理论与技术一开：用Φ346.6mm（14-3/4″）钻头，用泥浆钻进，钻入基岩10m，下入Φ298.4mm（11-3/4″）表套并用优质水泥固井；二开：用Φ266.7mm（10-5/8″）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层上20m左右，下入Φ193.7mm（7-3/4″）技术套管，用优质水泥固井。三开：用Φ266.7mm（10-5/8″）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层下部60m，并在煤层段造穴。生产井施工顺序与井身结构排采洞穴直井煤层气开发理论与技术2014/11/2529多分支水平井钻井、完井工程一开：与垂直井类似，用Φ346.6mm（143/4”）钻头，用泥浆钻进，钻入基岩10m，下入Φ298.4mm（113/4”）表套；二开：用Φ266.7mm（105/8”）钻头，用低密度泥浆钻进，钻至煤层之上20m左右，下入Φ193.7mm（73/4”）技术套管，注优质水泥固井。造斜：用Φ165.1mm（61/2”）钻头钻进，钻至煤层中部。之后用Φ149.2mm（57/8”）钻头进入水平井段钻井，完成主水平井钻进。水平段必须采用欠平衡钻井液，如清水充气、泡沫钻井液或清水。施工分支水平井：用Φ120.6mm（43/4”）钻头，由远而近在主水平井两侧不同位置分别钻分支水平井。完井方式：所有水平井均采用裸眼完井。工程井和主水平井施工工序煤层气开发理论与技术2014/11/2530煤层气钻井技术与工程设计第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术目的煤层气储层评价-获得割理、煤质、含气量、吸附等温线、解析时间、孔隙度等重要储层参数，主要任务：（4）进行煤的工业分析（煤岩、煤质、煤级、孔隙度等）（1）测定煤层气含量（2）测定煤的吸附等温线（3）确定、测定割理裂隙方向煤层气开发理论与技术2014/11/2531第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术要求：降低煤心污染程度高的煤心采取率短的气体散失时间较大的煤心直径保持煤的良好原始结构煤层气开发理论与技术2014/11/2532第三节绳索取芯技术及钻井液绳索取芯技术取芯方法（1）常规取芯提取时间长，气体大量散失，煤层气井不常用，但在一个新区或是资料缺乏地区可