第三章 煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計

1、第一章 緒論第二章 煤層氣儲層特征第三章 煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計第四章 煤層氣工程管理與質(zhì)量控制第五章 煤層氣測井第六章 煤層氣試井第七章 煤層氣增產(chǎn)技術(shù)第八章 煤層氣排采控制理論與工藝技術(shù)第九章 煤層氣數(shù)值模擬煤層氣開發(fā)與開采2022-6-123.1 3.1 煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性3.2 3.2 典型鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井工程典型鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井工程3.3 3.3 繩索取芯技術(shù)及鉆井液繩索取芯技術(shù)及鉆井液3.4 3.4 主要完井技術(shù)主要完井技術(shù)3.5 3.5 鉆井工程設(shè)計鉆井工程設(shè)計煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計2022-6-13煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣鉆井工程

2、2022-6-14煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計一、直井（verticalwell）直井的井口和井底在直井的井口和井底在同一條鉛垂線上。同一條鉛垂線上。 直井是開發(fā)煤層氣最常用的直井是開發(fā)煤層氣最常用的方式，同水平井、叢式井相方式，同水平井、叢式井相比，直井與儲層接觸的面積比，直井與儲層接觸的面積最小，要想獲得理想的產(chǎn)量最小，要想獲得理想的產(chǎn)量，對儲層的要求很高，含氣，對儲層的要求很高，含氣量、儲層厚度、儲層壓力以量、儲層厚度、儲層壓力以及滲透率必須有及滲透率必須有1 12 2項達到項達到一定的值。一定的值。 通常需要壓裂通常需要壓裂第一節(jié) 煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性2022-6-15煤層氣鉆井技術(shù)

3、與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性定向井定向井叢式井水平井多分支水平井定向鉆井是沿著定向鉆井是沿著預(yù)先設(shè)計的井眼預(yù)先設(shè)計的井眼軌跡鉆達目的層軌跡鉆達目的層，井口與井底不，井口與井底不在同一條鉛垂線在同一條鉛垂線上上 2022-6-16煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性二、叢式井又稱密集井、成組井， 在一個位置和限定的井場上向不同方位鉆數(shù)口至數(shù)十口定向井，其中可含1口直井，使每口井沿各自的設(shè)計井身軸線分別鉆達目的層位，通常用于海上平臺或城市、良田、沼澤等地區(qū)，可節(jié)省大量投資，占地少，并便于集中管理 可以開發(fā)滲透率較低或薄煤層2022-6-17煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆

4、井類型及適應(yīng)性三、水平井一分支二分支三分支四分支水平井是水平井是指井斜角指井斜角大于或等大于或等于于8686，并保持這并保持這種角度鉆種角度鉆完一定長完一定長度水平段度水平段的定向井的定向井。 適應(yīng)性：中等物性煤儲層2022-6-18煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性四、多分支水平井一、多分支水平井1. 概念：是指一個或多個主水平井眼盤側(cè)再側(cè)鉆出多個分支井眼，又叫羽 狀 水 平 井 或 魚 骨 井煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性發(fā)展歷程煤層氣多分支水平井是煤層氣多分支水平井是20世紀世紀90年代中后期年代中后期

5、在常規(guī)油氣水平井和分支井的基礎(chǔ)上發(fā)展起在常規(guī)油氣水平井和分支井的基礎(chǔ)上發(fā)展起來來主水平井主水平井分支水平井分支水平井煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性發(fā)展歷程 美國美國CDX公司率先為美國的鋼鐵公司在西弗吉尼亞州公司率先為美國的鋼鐵公司在西弗吉尼亞州的煤層氣開發(fā)項目施工了近的煤層氣開發(fā)項目施工了近60口羽狀水平井?？谟馉钏骄?。發(fā)展歷程煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性 2004年，奧瑞安能源國際有限公司設(shè)計并組織年，奧瑞安能源國際有限公司設(shè)計并組織施工的第一口煤層氣多分支水平井（施工的第一口煤層氣多分支水平井（DNP02井）取井）取得成功。得成功。 大寧煤礦大

6、寧煤礦DNP02井，主井眼水平位移井，主井眼水平位移1256米，米，分支井數(shù)分支井數(shù)13支，總進尺支，總進尺8018米，水平總進尺米，水平總進尺7687米，米，日產(chǎn)量日產(chǎn)量2萬多立方米。萬多立方米。發(fā)展歷程煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性中國 繼繼DNP02多分支水平井成功之后，多分支水平井倍受關(guān)注。多分支水平井成功之后，多分支水平井倍受關(guān)注。亞美大陸、中國石油、中聯(lián)公司、晉煤集團等單位分別委托亞美大陸、中國石油、中聯(lián)公司、晉煤集團等單位分別委托奧瑞安公司在寧武、沁水南部、河東煤田等地施工了百余口奧瑞安公司在寧武、沁水南部、河東煤田等地施工了百余口煤層氣多分支水平井。中石油華

7、北油田分公司與奧瑞安簽訂煤層氣多分支水平井。中石油華北油田分公司與奧瑞安簽訂的第一批的第一批45口多分支水平井施工合同，標志著煤層氣多分支口多分支水平井施工合同，標志著煤層氣多分支水平井進入規(guī)模應(yīng)用階段。水平井進入規(guī)模應(yīng)用階段。發(fā)展歷程煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性與當前的直井模式相比，多分支水平井不僅大大提高了單井排采面積（6-10倍），而且排出單位體積的甲烷所需時間僅僅是直井所需時間的30%，單井日產(chǎn)量超過單井日產(chǎn)量超過20倍，總采出率也超倍，總采出率也超過直井近過直井近2倍倍抽采區(qū)域比較抽采區(qū)域比較H 多分支水平井多分

8、支水平井V 垂直井垂直井采用多分支水平井模式，前4年日均產(chǎn)量可維持在20000方以上，從第5年到第8年日均產(chǎn)量可維持在10000方以上，從第9年開始日均產(chǎn)量就低于5000方目前的直井模式，前2年日均產(chǎn)量可維持在1300方，從第3年開始日均產(chǎn)量約1000方，但第6年開始日均產(chǎn)量就低于900方優(yōu)點煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性抽采區(qū)域比較抽采區(qū)域比較H 多分支水平井多分支水平井V 垂直井垂直井6.適用性該鉆井類型適用煤儲層 構(gòu)造條件 高煤階儲層 低滲透率 厚層高含氣量 割理比較發(fā)育煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)

9、性抽采區(qū)域比較抽采區(qū)域比較H 多分支水平井多分支水平井V 垂直井垂直井1.概念五、U型井“U”型井技術(shù)也就是水平連通井技術(shù)，也有的人稱作對接水平井技術(shù)，連通井是指兩口不同位置的水平井與直井、定向井與水平井、定向井與定向井或水平井與水平井在同一目的層連通。 煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性抽采區(qū)域比較抽采區(qū)域比較H 多分支水平井多分支水平井V 垂直井垂直井2.優(yōu)點和特點（1）“U”型井由水平井與直井構(gòu)成，兼有單分支水平井溝通割理與直井“點”狀排采煤層氣的特點。（2）作為新型鉆井，其為兩井連通、地質(zhì)導向、欠平衡鉆井等多種先進技術(shù)的綜合，鉆井難度大。（3）具有水平井及直井兩個井口，

10、但排水與采氣通常依靠直井。（4）充分依靠傾斜地層的坡度，利用重力作用實現(xiàn)排水采氣。 （5）不同水平井利用同一直井排水采氣。煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性抽采區(qū)域比較抽采區(qū)域比較H 多分支水平井多分支水平井V 垂直井垂直井3.適用性該鉆井類型適用煤儲層 中高煤階儲層 割理發(fā)育 厚層高含氣量 傾斜煤層煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計煤層氣典型鉆井類型及適應(yīng)性煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計第二節(jié) 典型鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井工程直井直井井身結(jié)構(gòu)是指由直徑不同，且均注水泥封固環(huán)形空間而形成的軸心線重合的一組套管與水泥環(huán)的組合。主要由表層套管、技術(shù)套管、油層套管和各層套管外的水泥環(huán)等組成23 1、表層套

11、管、表層套管Surface casing 封隔地表淺水層及淺部疏松和復雜層封隔地表淺水層及淺部疏松和復雜層 安裝井口、懸掛及支撐后續(xù)各層套管安裝井口、懸掛及支撐后續(xù)各層套管 2、中間套管、中間套管Intermediate casing 表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要求下套管表層和生產(chǎn)套管間因技術(shù)要求下套管 可以是一層、兩層或更多層可以是一層、兩層或更多層 主要用來分隔井下復雜地層主要用來分隔井下復雜地層 3、生產(chǎn)套管、生產(chǎn)套管Production casing 鉆達目的層后下入的最后一層套管鉆達目的層后下入的最后一層套管 用以保護生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道用以保護生產(chǎn)層，提供油氣生產(chǎn)通道 4、尾管（襯

12、管）、尾管（襯管） Liner套管的分類及作用套管的分類及作用第二節(jié) 典型鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井工程第二節(jié) 典型鉆井井身結(jié)構(gòu)及鉆井工程根據(jù)生產(chǎn)套管尺寸和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，煤層氣項目通常的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計為：用311.5（12 ）的鉆頭一開，鉆至基巖風化帶10m處，下入244.48（9 ）表層套管；然后用215.9（8 ）的鉆頭二開，鉆至目標煤層底界60m完鉆，下入139.7（5 ）生產(chǎn)套管，注水泥封固至3號煤層以上200米2022-6-1252022-6-1262022-6-127造斜位置造斜位置:原則上最下一個造斜點應(yīng)在煤層之上原則上最下一個造斜點應(yīng)在煤層之上20m左右，并盡可能地左右，并盡可能地在

13、砂巖段施工，且不可在泥巖段。在砂巖段施工，且不可在泥巖段。造斜點造斜點應(yīng)呈應(yīng)呈90相位螺旋狀分布，造斜點之間高差應(yīng)盡量大于相位螺旋狀分布，造斜點之間高差應(yīng)盡量大于20m。造。造斜井段的增斜率應(yīng)控制在斜井段的增斜率應(yīng)控制在9/ 30m 12/ 30m之間。之間。主水平井長度應(yīng)控制在主水平井長度應(yīng)控制在10001,200m。各翼水平分支總數(shù)應(yīng)為各翼水平分支總數(shù)應(yīng)為1012個，各分支間距個，各分支間距300m，分支長度依次為，分支長度依次為700m、600m、500m、400m、300m、200m，各分支井采用，各分支井采用大曲率半徑造斜（大曲率半徑造斜（5/30m9/30m）。）。一開：用一開：用

14、346.6mm346.6mm（14-3/414-3/4）鉆頭，用泥漿）鉆頭，用泥漿鉆進，鉆入基巖鉆進，鉆入基巖10m10m，下入，下入298.4mm298.4mm（11-3/411-3/4）表套并用優(yōu)質(zhì)水泥固井；）表套并用優(yōu)質(zhì)水泥固井；二開：用二開：用266.7mm266.7mm（10-5/810-5/8）鉆頭，用低密）鉆頭，用低密度泥漿鉆進，鉆至煤層上度泥漿鉆進，鉆至煤層上20m20m左右，下入左右，下入193.7mm193.7mm（7-3/47-3/4）技術(shù)套管，用優(yōu)質(zhì)）技術(shù)套管，用優(yōu)質(zhì)水泥固井。水泥固井。三開：用三開：用266.7mm266.7mm（10-5/810-5/8）鉆頭，用低密

15、）鉆頭，用低密度泥漿鉆進，鉆至煤層下部度泥漿鉆進，鉆至煤層下部60m60m，并在煤層，并在煤層段造穴。段造穴。排采洞穴直井2022-6-129直井施工按照常規(guī)的地面直徑模式施工，但鉆進過程中應(yīng)嚴格控制井身軌跡。直井井身結(jié)構(gòu)如常規(guī)地面垂直井，技術(shù)套管應(yīng)下在煤層之上20m處。下入套管后必須用清水或泡沫鉆井液鉆進，鉆至煤下30m完鉆。直井應(yīng)進行造穴，以便主水平井與其貫通。2022-6-130一開：一開：與垂直井類似，用346.6mm（14 3/4”）鉆頭，用泥漿鉆進，鉆入基巖10m，下入298.4mm（11 3/4”）表套；二開：二開：用266.7mm（10 5/8”）鉆頭，用低密度泥漿鉆進，鉆至煤

16、層之上20m左右，下入193.7mm（7 3/4”）技術(shù)套管，注優(yōu)質(zhì)水泥固井。造斜：造斜：用165.1mm（6 1/2”）鉆頭鉆進，鉆至煤層中部。之后用149.2mm（5 7/8”）鉆頭進入水平井段鉆井，完成主水平井鉆進。水平段必須采用欠平衡鉆井液，如清水充氣、泡沫鉆井液或清水。施工分支水平井：施工分支水平井：用120.6mm（4 3/4”）鉆頭，由遠而近在主水平井兩側(cè)不同位置分別鉆分支水平井。完井方式：完井方式：所有水平井均采用裸眼完井。2022-6-1312022-6-132煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計第三節(jié) 繩索取芯技術(shù)及鉆井液繩索取芯技術(shù)目的煤層氣儲層評價-獲得割理、煤質(zhì)、含氣量、吸附等溫

17、線、解析時間、孔隙度等重要儲層參數(shù)，主要任務(wù)：（4）進行煤的工業(yè)分析（煤巖、煤質(zhì)、煤級、孔隙度等）（1）測定煤層氣含量（2）測定煤的吸附等溫線（3）確定、測定割理裂隙方向2022-6-133第三節(jié) 繩索取芯技術(shù)及鉆井液繩索取芯技術(shù)2022-6-134第三節(jié) 繩索取芯技術(shù)及鉆井液繩索取芯技術(shù)取芯方法（1）常規(guī)取芯提取時間長，氣體大量散失，煤層氣井不常用，但在一個新區(qū)或是資料缺乏地區(qū)可以提高取芯率2022-6-135第三節(jié) 繩索取芯技術(shù)及鉆井液繩索取芯技術(shù)取芯方法（4）保壓取芯保持壓力，沒有氣解析出來，無損失氣，對含量量測定重要取心鉆進要求：取心鉆進要求：取心鉆進前，轉(zhuǎn)速排量調(diào)到設(shè)計值。取心鉆進前

18、，轉(zhuǎn)速排量調(diào)到設(shè)計值。取心鉆進開始時應(yīng)在距井底取心鉆進開始時應(yīng)在距井底0.2m0.3m內(nèi)將鉆壓加到設(shè)計值并注意井下情況，內(nèi)將鉆壓加到設(shè)計值并注意井下情況，及時調(diào)整參數(shù)。及時調(diào)整參數(shù)。取心鉆進取心鉆進遇軟層就提鉆遇軟層就提鉆。送鉆盡可能均勻，應(yīng)緊跟鉆壓，同時嚴禁頓鉆、溜鉆，嚴禁中途停泵、停轉(zhuǎn)盤送鉆盡可能均勻，應(yīng)緊跟鉆壓，同時嚴禁頓鉆、溜鉆，嚴禁中途停泵、停轉(zhuǎn)盤或上提方鉆桿。或上提方鉆桿。取心鉆進中途不能調(diào)整鉆井循環(huán)介質(zhì)性能。取心鉆進中途不能調(diào)整鉆井循環(huán)介質(zhì)性能。割心操作要求：割心操作要求： 鉆到預(yù)定進尺后，停泵，停轉(zhuǎn)盤，上提鉆到預(yù)定進尺后，停泵，停轉(zhuǎn)盤，上提0.3m0.5m左右，實施割心。注意上

19、提鉆左右，實施割心。注意上提鉆具時應(yīng)一次完成。若地層較硬或鉆遇煤層夾矸時，可適當磨心后，再割心。具時應(yīng)一次完成。若地層較硬或鉆遇煤層夾矸時，可適當磨心后，再割心。2022-6-138煤層氣鉆井技術(shù)與工程設(shè)計第三節(jié) 繩索取芯技術(shù)及鉆井液鉆井液不同鉆井液效果（1） 清潔井底，攜帶巖屑。 （2） 冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱。（3） 平衡井壁巖石側(cè)壓力，防止對油氣層污染和井壁坍塌。 （4） 平衡（控制）地層壓力。防止井噴。 （5） 懸浮巖屑和加重劑。（6） 在地面能沉除砂子和巖屑。 （7） 有效傳遞水力功率。（8） 承受鉆桿和套管的部分重力。（9） 提供所鉆地層的大量資料。（10）水力破碎巖石。作用2022

20、-6-13918911226088 zhang_ho_完井概念：鉆井工程最后一道工序，目的：完井概念：鉆井工程最后一道工序，目的：完井工程內(nèi)容完井工程內(nèi)容1. 鉆開儲集層（生產(chǎn)層）；鉆開儲集層（生產(chǎn)層）；2. 下套管、注水泥、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液；下套管、注水泥、射孔、下生產(chǎn)管柱、排液；3. 確定完井井底結(jié)構(gòu)，使井眼與產(chǎn)層連通；確定完井井底結(jié)構(gòu)，使井眼與產(chǎn)層連通；第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹煤層氣開發(fā)最佳完井方式的要求1、有效封隔煤層和夾層、有效封隔煤層和夾層2、具備分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等措施、具備分層注水、注氣、分層壓裂、酸化等措施3、滿足井下作業(yè)要求、滿足井下作業(yè)要求4、保持井筒

21、穩(wěn)定，確保井具有一定壽命、保持井筒穩(wěn)定，確保井具有一定壽命5、氣層與井筒保持最佳連通，儲層損害最小、氣層與井筒保持最佳連通，儲層損害最小6、氣層與井筒最大滲流面積，入井阻力最小、氣層與井筒最大滲流面積，入井阻力最小7、施工盡可能簡便，經(jīng)濟效益達到最大化、施工盡可能簡便，經(jīng)濟效益達到最大化第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹煤層氣常用5種完井方法：（1）套管壓裂射孔完井法（2）裸眼完井法（3）套管裸眼完井法（4）水平排泄孔襯管完井完井法（5）裸眼洞穴完井一、 完井方法概述第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹1. 射孔完井法射孔完井法 國內(nèi)外最為廣泛和最重要實用的一種完井方法。國內(nèi)外最為廣泛和最重要實用的一種完井方法

22、。套管射孔完井套管射孔完井 工藝步驟：工藝步驟： 鉆穿油層至設(shè)計井深，鉆穿油層至設(shè)計井深，下生產(chǎn)套管至油層底部注水泥固井，下生產(chǎn)套管至油層底部注水泥固井，射孔，射孔彈射穿煤層套管、水泥環(huán)并穿透煤層射孔，射孔彈射穿煤層套管、水泥環(huán)并穿透煤層某一深度，建立起氣流的通道。某一深度，建立起氣流的通道。 二、直井常用完井方法油套鞋距井底13m阻流環(huán)距產(chǎn)層底界15m阻流環(huán)下水泥塞高度20m第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹套管射孔完井優(yōu)點:選擇性射開不同壓力、物性煤層，避免層間干擾；避開夾層水、煤矸等； 避開夾層坍塌；選擇性壓裂或酸化等分層作業(yè)條件。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹二、直井常用完井方法2. 裸眼完井法裸

23、眼完井法 儲集層裸露，儲集層以上儲集層裸露，儲集層以上用套管封固的完井方法。用套管封固的完井方法。2.1 先期裸眼完井先期裸眼完井先下套管固井，后打開儲集層先下套管固井，后打開儲集層。一般結(jié)構(gòu)距產(chǎn)層一般結(jié)構(gòu)距產(chǎn)層20m左右。左右。2.2 后期裸眼完井后期裸眼完井先打開儲集層，后下套管至先打開儲集層，后下套管至產(chǎn)層以上固井。產(chǎn)層以上固井。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹二、直井常用完井方法裸眼完井裸眼完井法優(yōu)點法優(yōu)點 排除上部地層干擾，可在受污染最小的情況下打排除上部地層干擾，可在受污染最小的情況下打開儲集層（先期裸眼完井）。開儲集層（先期裸眼完井）。 打開儲集層階段若遇復雜情況，可及時提鉆具到打開儲

24、集層階段若遇復雜情況，可及時提鉆具到套管內(nèi)進行處理，避免事故進一步復雜化。套管內(nèi)進行處理，避免事故進一步復雜化。 縮短儲集層浸泡時間，減小儲集層受傷害程度?？s短儲集層浸泡時間，減小儲集層受傷害程度。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹裸眼完井適用范圍：井內(nèi)只有單一煤層，不需分層開采。二、直井常用完井方法裸眼完井法缺點適應(yīng)面窄，不適應(yīng)非均質(zhì)、弱膠結(jié)產(chǎn)層，不能克服井壁坍塌對井生產(chǎn)的影響。 不能克服產(chǎn)層間干擾。投產(chǎn)后難以實施酸化、壓裂等增產(chǎn)措施。先期裸眼完井在打開產(chǎn)層前封固地層，此時產(chǎn)層真實情況未知，如出現(xiàn)特殊情況，后步生產(chǎn)被動。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹二、直井常用完井方法3. 套管射孔套管射孔-裸眼復合完

25、井法裸眼復合完井法 部分煤層適于裸眼完成，部部分煤層適于裸眼完成，部分適于套管。分適于套管。 厚煤層非均質(zhì)第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹二、直井常用完井方法第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹5. 裸眼洞穴完井裸眼洞穴完井 -煤層氣特有完井方式煤層氣特有完井方式 見后續(xù)相關(guān)見后續(xù)相關(guān)章節(jié)章節(jié)第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹二、直井常用完井方法三、三、 水平井完井水平井完井裸眼裸眼、襯管。、襯管。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹3.1 水平井裸眼完井 中間套管下至預(yù)計水平段頂部，注水泥固井封隔，然后換小一級鉆頭鉆水平井段至設(shè)計長度完井。 主要用于中高煤階煤層，特別是有一些垂直裂隙的地層。第四節(jié) 煤層氣完井方式介紹3.2

26、水平井割縫襯管完井割縫襯管懸掛在技術(shù)套管上，靠懸掛封隔器封隔管外環(huán)形空間，扶正器保證割縫襯管居中。有助于裸眼完井防塌，方法簡單。中低煤階 第四節(jié) 煤層氣完井方式介zhang_ho_取全取準各類煤儲層參數(shù)：包括煤層厚度、煤層埋藏深取全取準各類煤儲層參數(shù)：包括煤層厚度、煤層埋藏深度、煤巖煤質(zhì)、煤層氣含量、煤的吸附常數(shù)與等溫吸附曲線、煤及其頂?shù)锥?、煤巖煤質(zhì)、煤層氣含量、煤的吸附常數(shù)與等溫吸附曲線、煤及其頂?shù)装宓牧W性質(zhì)、儲層壓力、煤層滲透率、原地應(yīng)力等。板的力學性質(zhì)、儲層壓力、煤層滲透率、原地應(yīng)力等。 獲取獲取儲層評價或產(chǎn)能評價必須的實際的儲層評價或產(chǎn)能評價必須的實際的生產(chǎn)

27、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)的工程參數(shù)數(shù)據(jù)及相關(guān)的工程參數(shù)。在獲得較為理想的煤儲層實測參數(shù)的基礎(chǔ)上，進在獲得較為理想的煤儲層實測參數(shù)的基礎(chǔ)上，進一步對主要煤層進行水力壓裂和排采試驗。一步對主要煤層進行水力壓裂和排采試驗。獲取儲層評價或產(chǎn)能評價必須的實際的井組獲取儲層評價或產(chǎn)能評價必須的實際的井組生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)的工程參數(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及相關(guān)的工程參數(shù)。以施工高質(zhì)量井和獲得高產(chǎn)氣井為主要工程目的。以施工高質(zhì)量井和獲得高產(chǎn)氣井為主要工程目的。本設(shè)計是在以往大量的煤田地質(zhì)勘探成果和煤層氣資本設(shè)計是在以往大量的煤田地質(zhì)勘探成果和煤層氣資源評價源評價以及勘探開發(fā)基礎(chǔ)上進行的，本設(shè)計所依據(jù)的主要以及勘探開發(fā)基礎(chǔ)上進行的，本設(shè)計

28、所依據(jù)的主要資料有：資料有： 井田煤田地質(zhì)詳查報告井田煤田地質(zhì)詳查報告 井田煤田地質(zhì)精查報告井田煤田地質(zhì)精查報告 煤層氣煤層氣參數(shù)井和參數(shù)井和 煤層氣生產(chǎn)試驗井成果煤層氣生產(chǎn)試驗井成果 煤層氣勘探開發(fā)煤層氣勘探開發(fā)成果等成果等地層地層構(gòu)造構(gòu)造煤系煤系煤層等煤層等國家標準國家標準GB/T 19559GB/T 195592004 2004 煤層氣含量測定方法煤層氣含量測定方法GB/T 19560GB/T 195602004 2004 煤的高壓等溫吸附實驗方法（容量法）煤的高壓等溫吸附實驗方法（容量法）企業(yè)標準企業(yè)標準煤層氣鉆井工程質(zhì)量驗收評級標準煤層氣鉆井工程質(zhì)量驗收評級標準 煤層氣鉆井工程作業(yè)規(guī)

29、程煤層氣鉆井工程作業(yè)規(guī)程煤層氣地質(zhì)錄井作業(yè)規(guī)程煤層氣地質(zhì)錄井作業(yè)規(guī)程煤層氣測井作業(yè)規(guī)程煤層氣測井作業(yè)規(guī)程煤層氣井注入煤層氣井注入/ /壓降試井技術(shù)規(guī)范壓降試井技術(shù)規(guī)范煤層氣井壓裂技術(shù)規(guī)范煤層氣井壓裂技術(shù)規(guī)范煤層氣井排采工程技術(shù)規(guī)范煤層氣井排采工程技術(shù)規(guī)范 考慮到排采過程中需要留有一定砂袋，因此煤層氣井考慮到排采過程中需要留有一定砂袋，因此煤層氣井完井基本原則是鉆至最下一個目的煤層底界之下完井基本原則是鉆至最下一個目的煤層底界之下404060m60m完鉆。完鉆。 根據(jù)本區(qū)地層條件，預(yù)計鉆遇的主要地層如表所示。各井預(yù)想根據(jù)本區(qū)地層條件，預(yù)計鉆遇的主要地層如表所示。各井預(yù)想柱狀圖見柱狀圖見“井身結(jié)構(gòu)

30、與預(yù)想柱狀圖井身結(jié)構(gòu)與預(yù)想柱狀圖”。表表 晉城預(yù)計鉆遇的主要地層及鉆井工程故障提示表晉城預(yù)計鉆遇的主要地層及鉆井工程故障提示表地地 層層 代代 號號故障提示故障提示系系統(tǒng)統(tǒng)組組第四系第四系Q防塌、防漏、防斜防塌、防漏、防斜二疊系二疊系上統(tǒng)上統(tǒng)上石盒子組上石盒子組P2s防斜、防漏、防涌防斜、防漏、防涌下統(tǒng)下統(tǒng)下石盒子組下石盒子組P1x山西組山西組P1s石炭系石炭系上統(tǒng)上統(tǒng)太原組太原組C3t中統(tǒng)中統(tǒng)本溪組本溪組C2b奧陶系奧陶系中統(tǒng)中統(tǒng)峰峰組峰峰組O2f防漏、防涌防漏、防涌 地球物理測井將執(zhí)行地球物理測井將執(zhí)行煤層氣測井作業(yè)規(guī)程煤層氣測井作業(yè)規(guī)程。煤層氣井。煤層氣井測井包括：測井包括： 裸眼標準測

31、井裸眼標準測井 裸眼綜合測井裸眼綜合測井 固井質(zhì)量檢查測井等。固井質(zhì)量檢查測井等。裸眼標準測井是對全井進行測井（深度比例為裸眼標準測井是對全井進行測井（深度比例為1:500），用以劃分），用以劃分地層，判別巖性。裸眼標準測井的測井項目有：地層，判別巖性。裸眼標準測井的測井項目有：l 雙側(cè)向雙側(cè)向 （DLL） 單位：單位：.ml 自然電位（自然電位（SP） 單位：單位：mvl 自然伽馬（自然伽馬（GR） 單位：單位：APIl 雙井徑（雙井徑（CAL） 單位：單位：cm1 1）裸眼標準測井）裸眼標準測井2）裸眼綜合測井）裸眼綜合測井 裸眼綜合測井是對煤系地層和認為有必要的其它井段進行更細致的測裸眼

32、綜合測井是對煤系地層和認為有必要的其它井段進行更細致的測井，用以進行巖性分析、劃分煤層及夾矸、劃分和判斷含水層等。裸眼井，用以進行巖性分析、劃分煤層及夾矸、劃分和判斷含水層等。裸眼綜合測井的測井項目為：綜合測井的測井項目為：l雙測向雙測向 （DLL） 單位：單位：.ml微球形聚焦（微球形聚焦（MSFL） 單位：單位：.ml自然伽馬（自然伽馬（GR） 單位：單位：API l自然電位自然電位 （SP） 單位：單位：mvl雙井徑（雙井徑（CAL1）（）（CAL2） 單位：單位：cml補償密度（補償密度（DEN） 單位：單位：g/cm3l補償中子（補償中子（CNL） 單位：單位：P.U.l補償聲波（補

33、償聲波（AC） 單位：單位：s/ml井溫（井溫（TEMP）（連續(xù)曲線）（連續(xù)曲線） 單位：單位：3）固井質(zhì)量檢查測井）固井質(zhì)量檢查測井 固井質(zhì)量檢查測井是在固井后進行的全井段地球物理測井，固井質(zhì)量檢查測井是在固井后進行的全井段地球物理測井，測井的主要項目為聲幅、自然伽馬、套管接箍測井、聲波變密度測井的主要項目為聲幅、自然伽馬、套管接箍測井、聲波變密度測井。測井。 煤層氣參數(shù)井的工程目的主要是通過取心分析和測試，取全取煤層氣參數(shù)井的工程目的主要是通過取心分析和測試，取全取準煤層厚度、煤層埋藏深度、煤巖煤質(zhì)、煤層氣含量、煤的吸附常準煤層厚度、煤層埋藏深度、煤巖煤質(zhì)、煤層氣含量、煤的吸附常數(shù)與等溫吸

34、附曲線、煤及其頂?shù)装宓牧W性質(zhì)、儲層壓力、煤層滲數(shù)與等溫吸附曲線、煤及其頂?shù)装宓牧W性質(zhì)、儲層壓力、煤層滲透率、原地應(yīng)力等主要煤儲層參數(shù)，為開發(fā)項目提供儲層資料。透率、原地應(yīng)力等主要煤儲層參數(shù)，為開發(fā)項目提供儲層資料。1）取芯設(shè)計與巖煤芯錄井）取芯設(shè)計與巖煤芯錄井 巖、煤芯錄井是對取心鉆進中鉆取的巖、煤芯進行分層、鑒定、巖、煤芯錄井是對取心鉆進中鉆取的巖、煤芯進行分層、鑒定、描述，達到建立巖性剖面目的。煤芯到達井口后的出筒、丈量、拍描述，達到建立巖性剖面目的。煤芯到達井口后的出筒、丈量、拍照、裝罐等時間不大于照、裝罐等時間不大于10 min。 2）測試分析樣品設(shè)計）測試分析樣品設(shè)計 根據(jù)煤層氣

35、根據(jù)煤層氣參數(shù)井參數(shù)井的工程目的，煤芯樣主要測試項目：煤層含的工程目的，煤芯樣主要測試項目：煤層含氣量測定（直接法）及氣組分析；工業(yè)分析、固定炭、真密度、視氣量測定（直接法）及氣組分析；工業(yè)分析、固定炭、真密度、視密度、元素分析等煤質(zhì)分析；煤巖顯微組分和礦物含量測定、鏡質(zhì)密度、元素分析等煤質(zhì)分析；煤巖顯微組分和礦物含量測定、鏡質(zhì)體反射率測定煤巖分析；等溫吸附體反射率測定煤巖分析；等溫吸附 等溫吸附實驗；抗壓強度、剪切等溫吸附實驗；抗壓強度、剪切模量、楊氏模量、泊松比等力學性質(zhì)等。根據(jù)測試需要，煤樣的采模量、楊氏模量、泊松比等力學性質(zhì)等。根據(jù)測試需要，煤樣的采集一般每集一般每0.5m采集采集1個

36、煤層氣含量測定樣品，每層煤采集個煤層氣含量測定樣品，每層煤采集13個等溫個等溫吸附樣品和其它測試分析樣品。吸附樣品和其它測試分析樣品。 表表 單井樣品采集數(shù)量及分析項目計劃表單井樣品采集數(shù)量及分析項目計劃表1）工程目的）工程目的l了解主要煤層的裂隙發(fā)育情況和煤層滲透率了解主要煤層的裂隙發(fā)育情況和煤層滲透率l了解鉆井過程中鉆井液對煤層的傷害程度了解鉆井過程中鉆井液對煤層的傷害程度l了解主要煤層的地層壓力及其邊界了解主要煤層的地層壓力及其邊界l了解主要煤層的原地應(yīng)力狀況了解主要煤層的原地應(yīng)力狀況2）測試項目）測試項目l注入注入/壓降試井壓降試井l原地應(yīng)力測試原地應(yīng)力測試 3）測試應(yīng)獲取的主要參數(shù)）

37、測試應(yīng)獲取的主要參數(shù)l煤層滲透率煤層滲透率l儲層壓力及儲層壓力梯度儲層壓力及儲層壓力梯度l原地應(yīng)力及應(yīng)力梯度原地應(yīng)力及應(yīng)力梯度l破裂壓力、閉合壓力破裂壓力、閉合壓力l表皮系數(shù)表皮系數(shù)l調(diào)查半徑調(diào)查半徑l儲層溫度等儲層溫度等 4）測試方法選擇）測試方法選擇 根據(jù)該區(qū)的煤層滲透性，采用注入根據(jù)該區(qū)的煤層滲透性，采用注入/壓降試井方法進行測試是目壓降試井方法進行測試是目前最適宜的測試方法。注入前最適宜的測試方法。注入/壓降試井的主要優(yōu)點是：壓降試井的主要優(yōu)點是：a.流體的注入流體的注入提高了地層壓力，保證了在測試過程中為單相流；它適用于負壓、提高了地層壓力，保證了在測試過程中為單相流；它適用于負壓、

38、正常壓力和超壓等各種情況的煤層氣井；正常壓力和超壓等各種情況的煤層氣井；b.不需要井下機械泵送設(shè)不需要井下機械泵送設(shè)備，簡化了操作步驟，降低了成本；備，簡化了操作步驟，降低了成本；c.可以用標準試井分析方法來分可以用標準試井分析方法來分析，結(jié)果比較可靠；析，結(jié)果比較可靠；d.探測半徑較大，時間相對較短。探測半徑較大，時間相對較短。 科學系統(tǒng)地進行鉆井工程設(shè)計是確保鉆成高質(zhì)量煤層氣井的前提，任何煤層氣井鉆井科學系統(tǒng)地進行鉆井工程設(shè)計是確保鉆成高質(zhì)量煤層氣井的前提，任何煤層氣井鉆井工程設(shè)計必須按照如下步驟進行設(shè)計。工程設(shè)計必須按照如下步驟進行設(shè)計。 2.2.收集資料并進行鉆井收集資料并進行鉆井工程

39、條件研究分析工程條件研究分析3.3.學習有關(guān)國家和地方法學習有關(guān)國家和地方法律法規(guī)根據(jù)要求制定設(shè)計律法規(guī)根據(jù)要求制定設(shè)計原則可要求原則可要求6.6.優(yōu)化鉆井工藝技術(shù)優(yōu)化鉆井工藝技術(shù)4.4.井身結(jié)構(gòu)設(shè)計井身結(jié)構(gòu)設(shè)計7.7.鉆井設(shè)備優(yōu)化組合鉆井設(shè)備優(yōu)化組合設(shè)計設(shè)計8.8.鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)化及鉆鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)化及鉆頭水參數(shù)設(shè)計頭水參數(shù)設(shè)計9.9.鉆柱設(shè)計鉆柱設(shè)計11.11.取心設(shè)計取心設(shè)計10.10.固井設(shè)計固井設(shè)計12.12.工序安排工序安排13.13.制定健康、安全與制定健康、安全與環(huán)境管理措施環(huán)境管理措施1.1.認真研究、理解地質(zhì)認真研究、理解地質(zhì)目的和工程任務(wù)，地質(zhì)目的和工程任務(wù)，地質(zhì)設(shè)計設(shè)計

40、5 5套管柱設(shè)計套管柱設(shè)計煤層氣鉆井工程設(shè)計步驟示意圖煤層氣鉆井工程設(shè)計步驟示意圖 科學系統(tǒng)地進行鉆井工程設(shè)計是確保鉆成高質(zhì)量煤層氣井的前提，任何煤層氣井鉆井科學系統(tǒng)地進行鉆井工程設(shè)計是確保鉆成高質(zhì)量煤層氣井的前提，任何煤層氣井鉆井工程設(shè)計必須按照如下步驟進行設(shè)計。工程設(shè)計必須按照如下步驟進行設(shè)計。 （1）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù) 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)是地質(zhì)目的、地質(zhì)設(shè)計要求、地層結(jié)井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)是地質(zhì)目的、地質(zhì)設(shè)計要求、地層結(jié)構(gòu)及其特征、地層孔隙壓力、地層水文條件、地層破裂壓力、完井構(gòu)及其特征、地層孔隙壓力、地層水文條件、地層破裂壓力、完井方法、增產(chǎn)措施、生產(chǎn)方式及生產(chǎn)工

41、具等。方法、增產(chǎn)措施、生產(chǎn)方式及生產(chǎn)工具等。（2）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計程序）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計程序 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計程序應(yīng)參照圖井身結(jié)構(gòu)設(shè)計程序應(yīng)參照圖2-4流程進行，但在實際設(shè)計中應(yīng)根流程進行，但在實際設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)條件綜合考慮各方面的因素作相應(yīng)補充和完善。據(jù)具體地質(zhì)條件綜合考慮各方面的因素作相應(yīng)補充和完善。 圖圖 煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖確定最優(yōu)生產(chǎn)套管規(guī)格和下深確定最優(yōu)生產(chǎn)套管規(guī)格和下深確定一開井徑和深度確定一開井徑和深度確定合理表層套管規(guī)格和下深確定合理表層套管規(guī)格和下深確定套管結(jié)構(gòu)和井身結(jié)構(gòu)確定套管結(jié)構(gòu)和井身結(jié)構(gòu)確定三開井徑和井深確定三開井徑和井深確定二開井徑和井

42、深確定二開井徑和井深工程任務(wù)與鉆井工程條件分析工程任務(wù)與鉆井工程條件分析（生產(chǎn)因素、地質(zhì)因素、其它因素）（生產(chǎn)因素、地質(zhì)因素、其它因素）（3）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則）井身結(jié)構(gòu)設(shè)計原則n所設(shè)計的井身結(jié)構(gòu)應(yīng)充分滿足鉆井、完井生產(chǎn)需要以及獲取參數(shù)的所設(shè)計的井身結(jié)構(gòu)應(yīng)充分滿足鉆井、完井生產(chǎn)需要以及獲取參數(shù)的需要。需要。n采用的所有鉆井工藝技術(shù)應(yīng)有利于保護煤儲層。采用的所有鉆井工藝技術(shù)應(yīng)有利于保護煤儲層。n充分考慮到出現(xiàn)漏、涌、塌、卡等復雜情況的處理作業(yè)需要（一般充分考慮到出現(xiàn)漏、涌、塌、卡等復雜情況的處理作業(yè)需要（一般應(yīng)留有余地），以實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速、低成本鉆井。應(yīng)留有余地），以實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速、低

43、成本鉆井。n應(yīng)盡可能地簡化井身結(jié)構(gòu)，以降低成本和避免工程失誤。應(yīng)盡可能地簡化井身結(jié)構(gòu)，以降低成本和避免工程失誤。 通常情況下，煤層氣生產(chǎn)和試驗井井身結(jié)構(gòu)宜采用表通常情況下，煤層氣生產(chǎn)和試驗井井身結(jié)構(gòu)宜采用表2-10所示結(jié)構(gòu)所示結(jié)構(gòu)（圖（圖2-5），根據(jù)生產(chǎn)需要可采用更大直徑的套管。地層條件復雜情況下，），根據(jù)生產(chǎn)需要可采用更大直徑的套管。地層條件復雜情況下，可采用表可采用表2-11所示的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。所示的井身結(jié)構(gòu)設(shè)計。 表表2-10 煤層氣井常規(guī)鉆井井身結(jié)構(gòu)表煤層氣井常規(guī)鉆井井身結(jié)構(gòu)表開鉆程序開鉆程序鉆頭尺寸鉆頭尺寸套管類型套管類型套管尺寸套管尺寸一開一開311.1mm表層套管表層套管244

44、.5mm二開二開215.9mm生產(chǎn)套管生產(chǎn)套管139.7（177.8）mm表表2-11 復雜地層條件下煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)表復雜地層條件下煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)表開鉆程序開鉆程序鉆頭尺寸鉆頭尺寸套管類型套管類型套管尺寸套管尺寸一開一開表層套管表層套管二開二開技術(shù)套管技術(shù)套管三開三開生產(chǎn)套管生產(chǎn)套管139.7（177.8）mm煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)示意圖煤層氣鉆井井身結(jié)構(gòu)示意圖 通常情況下，煤層氣井生產(chǎn)套管宜采用通常情況下，煤層氣井生產(chǎn)套管宜采用139.7mm套管；確套管；確因產(chǎn)水量大、地層復雜或為提高氣水產(chǎn)量，可采用更大直徑的套因產(chǎn)水量大、地層復雜或為提高氣水產(chǎn)量，可采用更大直徑的套管；風險勘探所施工的

45、參數(shù)井，可采用小井眼鉆井（二開井徑小管；風險勘探所施工的參數(shù)井，可采用小井眼鉆井（二開井徑小于于118mm）。井身結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計參照煤層氣鉆井優(yōu)選套管與鉆）。井身結(jié)構(gòu)選擇設(shè)計參照煤層氣鉆井優(yōu)選套管與鉆頭匹配關(guān)系執(zhí)行。頭匹配關(guān)系執(zhí)行。 （1）鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計依據(jù)）鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計依據(jù) 應(yīng)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供的地層壓力，掌握壓力系數(shù)，在鉆井設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供的地層壓力，掌握壓力系數(shù)，在鉆井設(shè)計時選定壓差，并用當量循環(huán)密度進行驗算，最后確定鉆井循環(huán)介質(zhì)類型、選定壓差，并用當量循環(huán)密度進行驗算，最后確定鉆井循環(huán)介質(zhì)類型、密度等技術(shù)指標及其允許使用范圍。密度等技術(shù)指標及其允許使用范圍。（2）煤層氣井鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計應(yīng)包括以下主要因素（不局限于這些）煤層氣井鉆井循環(huán)介質(zhì)設(shè)計應(yīng)包括以下主要因素（不局限于這些因素）因素）n盡量減少對煤儲層的傷害，保護煤儲層盡量減少對煤儲層的傷害，保護煤儲層n穩(wěn)定和保護井壁，平衡地層壓力，以保障鉆進施工安全穩(wěn)定和保護井壁，平衡地層壓力，以保障鉆進施工安全n潤滑、冷卻鉆頭潤滑、冷卻鉆頭（3）鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)選原則）鉆井循環(huán)介質(zhì)優(yōu)選原則 取心、裸眼測試的參數(shù)井、試驗井及生產(chǎn)井，選用清水、無粘取心、裸眼測試的參數(shù)井、試驗井及生產(chǎn)井，選用清水、無粘土鉆井液或優(yōu)質(zhì)鉆井液；生產(chǎn)井，選用優(yōu)質(zhì)鉆井液、無粘土鉆井液、土鉆井液或優(yōu)質(zhì)鉆井液；生產(chǎn)井，選用優(yōu)質(zhì)鉆井液、無粘土鉆井液、清水