国家安全生产监督管理总局煤层气有限责任公司企业标准煤层气钻井工程作业规程8??,???,煤???,?煤??,??8
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煤层气有限责任公司企业标准煤层气钻井工程作业规程
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煤层气“U”型井施工技术
编辑:责编君
来自:中华建设杂志2013第9期
煤层气“U”型井套管完井施工工艺工序繁杂，每一步都是工程成功与否的关键，并且煤系地层较软，水平钻进时容易形成坍塌掉块，造成卡钻、埋钻事故，为钻井施工造成很大困难，水平段下套管难度较大，固井质量不易保证， ...
　　煤层气，俗称瓦数，是我国天然气最现实可靠的替代资源，国际能源机构统计，我国煤层气资源量位列俄罗斯、加拿大之后，居世界第三位。我国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区。为了从本质上解决煤矿安全，积极开发利用煤层气这一清洁洁净资源，我国加大了煤层气的开发力度，从井下和地面双管齐下进行煤层气的综合开发和治理。在地面开采中，经过近十年的生产实践证明，直井井型结构简单，钻井、排采施工技术难度小，是目前大部分区域煤层气开发的主要井型，并取得了较好的效果。但是，我国煤层气普遍具有低压、低渗透储层特性，有些地区地质构造复杂、地层倾角大、赋水条件好、煤层厚度大、采取直井井型开采煤层气受到局限。　　“U”型井最早产生于开采食盐及盐卤的生产实践，由水平井段注入水，大量溶解盐类后，由带有空腔的直井排出。后来逐渐引入石油、天然气开采领域。由于水平井和“U”型井组具有增强有效供给范围、提高导流能力、提高单井产量和采出程度等优点，这几年应用“U”型井组在复杂地层进行煤层气开发，有效实现产能最大化。　　一、“U”型井技术　　“U”型井技术也称“U”型连通井技术，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，实现在同一目的层连通。“U”型井施工的核心技术是远距离穿针技术即实现远距离精确两口井连通。这项技术的原理是，在直井中下入测量探管，在水平井钻头出安装一磁源装置，测量探管采集磁源发射装置产生的旋转磁场信号后传回地面，通过专业软件计算出两口井的相对位置关系后，调整水平井井眼轨迹，并最终实现两井连通。“U”型井组示意图如下：　　二、“U”型井特点及开发煤层气的适应性　　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、水平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，可以实现排水与采气同时进行。　　④两个井口可以任意选择，充分依靠倾斜地层的坡度，利用重力作用实现排水采气。　　⑤水平井压裂控制范围大，可以减少钻井数量，降低开采成本。　　⑥“U”型井的特点，适合含气量高、硬度高、割理发育、含水量高以及复杂高陡构造煤储层的开发。　　三、“U”型井钻井工艺　　（一）掏穴井施工　　“U”型井是由一口掏穴井和一口水平井组成，首先进行掏穴井施工，井身结构为Φ244.5mm表层套管+Φ177.8mm生产套管完井，在目的层位下入玻璃钢套管，固井后在连通目的层段进行了扩孔，扩孔直径500mm，长度4m。　　（二）水平井钻井施工　　1.井身结构　　“U”型井可采用散开井身结构，一开孔径Φ444.5mm，钻穿基岩风化带10m后下入Φ339.7mm表层套管；二开孔径Φ311.1mm钻至着陆点下入Φ244.5mm技术套管；三开孔径Φ215.9mm，钻至目的层位连通后，下入生产套管Φ139.7mm套管完井。　　2.二开井段钻进　　二开直井段钻进要控制好井斜，为下部井段施工创造良好条件，钻具组合Φ311.1mm钻头+Φ165mm无磁钻铤1根+Φ177.8mm钻铤3根+Φ127mm钻杆。　　3.二开造斜段钻进　　造斜段钻进要控制好造斜率，全角变化率不大于7°/30m，尽量使井眼轨迹圆滑，并准确在稳定地层着陆，为下技术套管和水平段施工打好基础。为了准确判断层位，定向仪器采用LWD，钻具组合为：Φ311mm钻头+Φ197mm单弯螺杆+Φ177.8mm无磁钻铤+LWD+Φ127mm加重钻杆2根+Φ177.8mm钻铤4根+Φ127mm钻杆+Φ127mm加重钻杆8根+Φ127mm钻杆。　　4.三开水平段钻进　　三开水平段钻进要控制好井眼轨迹，全角变化率不大于2°/30m，使水平段尽可能多穿过目的层位。钻具组合为：Φ215.9mm钻头+Φ165mm单弯螺杆+Φ165mm无磁钻铤+LWD+Φ127mm加重钻杆2根+Φ127mm钻杆+Φ127mm加重钻杆+Φ177.8mm钻铤。钻压30～50KN，泵压4～7MPa，排量15～20l/s。　　（三）连通段施工　　连通段的施工是“U”型井施工的关键步骤，因此连通前，要保证掏穴井和水平井井口坐标以及掏穴井测井数据等关键数据的准确性，在钻头离井底掏穴井洞穴距离100m左右起钻，下入强磁短接，在掏穴井下入连通仪器，准确测量水平井钻头与掏穴井的方位和距离，然后调整水平井钻井方位，当钻头与掏穴井距离15m时，取出掏穴井内的连通仪器，继续钻井，当钻压放空，泵压下降，井口无钻井液返出，掏穴井进口返出钻井液时，确认连通成功。钻具组合：Φ215.9mm钻头+Φ165mm强磁接头+Φ165mm单弯螺杆+Φ165mm无磁钻铤+LWD+Φ127mm加重钻杆2根+Φ127mm钻杆+Φ127mm加重钻杆+Φ177.8mm钻铤。　　（四）钻井液　　一开井段地层胶结性差、疏松、井壁不稳定，易坍塌掉块，渗透率高易漏失，钻井液消耗量大，用膨润土钻井液保证井壁的稳定性。　　二开造斜段和三开采用低固相钻井液，为了使岩屑能及时返出，保证孔内干净，要提高钻井液的结构力、粘度和切力，增加携岩悬屑能力，同时降低滤失量，防止泥皮太厚，形成粘钻和键槽卡钻。因此二开钻井液性能应满足：漏斗粘度30～45s，密度1.05～1.10g/ cm3，静切力0.5～3Pa，动切力4～6Pa，滤失量＜5ml，泥饼＜0.5mm，塑性粘度12～14mPas。　　（五）完井技术　　1.掏穴井封井　　水平井下套管前，将掏穴井封井，保证固井质量，首先将掏穴井填砂，砂面高处洞穴顶2m，然后用水泥浆封固井段30～50m，候凝24小时，水平井下套管。　　2.下生产套管　　为了防止固井水泥浆流入掏穴井洞穴内，将洞穴内砂凝固，下套管前送入泥球3～5m，并将泥球捣挤密实，使水平井与掏穴井形成泥墙，禁止固井水泥浆流进洞穴内，下套管时，水平段每两根套管下一个刚性扶正器，造斜段每一根套管下一个刚性扶正器，力求使套管串居中，增强紊流顶替效果。　　管串结构：244.5mm浮鞋+244.5mm浮箍+244.5mm套管串　　3.生产套管固井　　水平井水平段长、位移大，套管居中难度大，不易提高顶替率，容易造成泥浆串槽，因此宜采用变密度水泥浆，浅部选用低密度水泥浆，下部斜井段和水平井段采用防串速凝早强水泥浆体系，提高顶替率，防止在顶替水泥浆过程中因液柱压力过高而造成井漏。　　四、结语　　煤层气“U”型井套管完井施工工艺工序繁杂，每一步都是成功与否的关键，并且煤系地层较软，水平钻进时容易形成坍塌掉块，造成卡钻、埋钻事故，为钻井施工造成很大困难，水平段下套管难度较大，固井质量不易保证，因此要严格执行设计，并衔接好每一步工序，才能提高煤层气“U”型井套管完井施工的成功率。　　（作者单位：河南省煤田地质局）图片和公式详见《中华》电子版
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