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煤层气U型井钻完井工艺探讨_王立峰

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煤层气 型井钻完井 工艺 探讨 王立峰
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业工程与技术河南科技 河 型井钻井技术简介煤层气 “U”型井一般由一口洞穴直井和一口定向水平井组成[1由于水平井在水平段的靶点末端与洞穴直井相连通 ,两口井形成一个 “U”字形的井筒结构 ,因此形象地称 U 型井(图 1)。图 1 典型煤层气 U 型井井身结构图2 质依据井田位于太原西山煤田的南东部 , 西山古交国家规划矿区清交区的东南部一带 。 井田内地表基岩出露良好 ,第四系中上更新统黄土零星覆盖于沟坡 、山梁之上 。 出露地层主要为二叠系上统上石盒子组 ,东南部沟谷两侧局部出露二叠系下统下石盒子组 ,下部地层未出露 。 地层由老至新为 :奥陶系中统上马家沟组 (峰峰组 (石炭系中统本溪组 (石炭系上统太原组 (二叠系下统山西组 (下石盒子组 (二叠系上统上石盒子组 ( 第四系中上更新统 ()、 全新统(程概况组是蓝焰公司在煤矿区内进行煤层气地面抽采(瓦斯治理 )工程 ,设计一组 U 型对接井 ,水平井水平段在沿煤层顶板钻进 。 资料表明 ,预施工区域内 15# 煤比较松软 ,易发生坍塌 ,在煤层中施工钻孔难度相当大 ,成孔的概率极低 。 鉴于此 ,将 组设计成由一口水平井 一口洞穴直井 成的一个 U 型井组 。 设计中 , 直井 ,以钻入 15 号煤层底板以下 50m 完钻 ,直井井口距离水平井井口 15 号煤层及顶板内下入 1 根玻璃钢套管 。 管固井后 ,下入造穴工具破碎 15 煤层顶板的玻璃钢套管和水泥环 ,洞穴孔径 ≥500 设备 、井设备主要钻井设备 :机 ; 泥浆泵为 柴油机为122空 压 机 为 发 电 机 组 为 3000012020具及定向仪器配置钻 具 : 铤 ,Φ165 铤 ,Φ165 磁 钻铤 ,Φ127重钻杆 ,Φ127杆 ,Φ73 杆 ,Φ73 ,Φ127 磁 承 压 钻 杆 , 弯 可 调 螺 杆 ,弯螺杆 、弯螺杆 ,118头 。定向仪器 :线测量仪器 , 电子多点测斜仪 ,4 穴直井钻完井工艺(1)洞穴直井钻井工艺 。 洞穴直井一开井段用 钻穿基岩风化带 15m 后 ,下入 层套管 ,封固地表疏松地层 ,下表层套管固井 ,固井水泥返至地面 。 二开井段用 头钻进 , 钻穿目的煤层底界以下 (2)洞穴直井完井工艺 。 下入 产套管 ,其中在煤层段下入 1 根 璃钢套管 , 注水泥封固至地面 。 完井时下入专用套管锻铣工具在煤层段锻铣玻璃钢套管 ,尽量靠近煤层顶板 ,然后在煤层扩孔造穴 ,洞穴完井 ,洞穴直径为 500穴高度尽量与直井的煤层厚度相当 。造穴结束 ,向直井投入压裂砂 ,投入量高于洞穴顶面 ,之后在砂面之上注入水泥打塞 ,高度在砂面之上 的是保证水平井固井 、压裂等作业顺利进行 。 直井钻井泥浆以安全快速钻井为主要目的 ,可采用低固相低密度钻井液 。平井钻完井工艺钻进水平井前要对目的煤层及煤层顶板的构造进行研究 ,明确地层展布 、倾向 、倾角 、断层 、褶皱等特征 ,确定该区域适合进行水平井施工 。(1)水平井钻井工艺 。 水平井一开井段用 轮钻头钻进 ,钻穿基岩风化带 ,下入 55 表层套管 ,封固地表疏松层 ,下入表层套管固井 ,固井水泥返至地面 。 二开井段用 轮钻头钻进 ,钻达造斜点更换井下钻具 ,下入 Φ197弯螺杆和随钻定向仪器 ,钻达煤层顶板以内接近煤层达到最大井斜后着陆点中完 , 下 55 技术套管固井 , 注水泥封固井段 , 水泥返至地面 。 三开水平段采用 轮或 头钻进 , 换用Φ165铤 、Φ165弯螺杆 、Φ165磁承压钻杆等 ,直至钻至距完钻 钻水平井下入强磁仪器 ,同时直井下入信号接收探管 ,缓慢调整钻进剩余井段 。 连通后 ,水平井继续向前钻进 排量循环后完钻 。 测井采用钻具输送方式进行 ,确保全井段测井 。(2)水平井下套管 。 U 型井水平段多在煤层钻进 ,采用裸眼或割缝衬管方法完井 ,本井水平段沿煤层顶板钻进 ,采用了套管完井的方法 。煤层气 U 型井钻完井工艺探讨王立峰1,2李亚辉1,2(南 郑州 450053;南 郑州 450053)摘 要 :由一口直井和至少一口水平井组成,水平井可以在煤层或煤层顶、底板与直井连通,常规水平井大多沿煤层钻进,完井方式一般采用裸眼完井或割缝衬管完井,而水平段沿煤层顶、底板钻进,采用套管、固井完井方法实现了安全的完成施工,保证质量符合要求,同时为下步压裂排采提供了保障。化钻具组合、优化井身结构实现井眼轨迹的有效控制。 该工艺技术可以有效提高煤层气井单井产量,可以在适合地区进行推广应用。关键词 :井组合;钻井工艺;测井;固井中图分类号 :献标识码 :A 文章编号 :1003013)18)平面图备注 :1~5 号孔为煤层顺层孔 ;6~7 号孔为底板孔 ;8~9 号孔为岩水孔 。图 2 水技术要求①钻孔探到水后 ,要观测水压 、水质 、水量和估计积水量或补给量 。 根据矿井排水能力及水仓容量 ,控制放水孔的流量或调整排水能力 ,并清理水仓 、水沟等 ,防止淹井 。②放水时 ,应当设有专人监测钻孔出水情况 ,测定水量和水压 ,做好记录 。 记录内容有水量大小 、水量变化 、水量变化时间 、有毒有害气体情况 、水色的变化 、本班放水情况以及其他异常情况 ,并认真进行交接班 ,出班后填写记录 ,并向值班汇报 ,便于分析水量情况 。③放水过程中 ,如果水量突然变化 ,应当及时处理 ,并立即报告矿调度室 。 遇紧急情况 ,马上发出警报撤出受水威胁地点人员 。果检验8 号煤集中轨道巷在 2012 年 6 月揭露 落柱时开始实施疏放水工作 , 实施钻孔疏水效果良好 , 单孔最大出水量50m3/h, 将迎头前方的水引到侧帮钻场排放 , 迎头水量由最大60m3/h 减小到小于 10m3/h,甚至无水 ,将一直困扰在迎头的水的引到了钻场 ,煤泥混合水变成了清水 ,糊泵 、烧泵以及煤装不上皮带等问题均得到了圆满解决 ,掘进工效大幅提高 ,最显著的是 8 月份 ,三条巷道单月总进尺 922m,以后月巷道正常进尺保证在 200m 以上 。4 结论(1)灰岩水的出水表现形式通常为顶板大面积滴 、淋水 ,局部地段从顶板的孔洞中呈水柱状倾泻 ,进而导致煤装不上皮带 、掘进进度慢 、糊泵或烧泵等 。(2)灰岩水常以顶板水或陷落柱水的形式涌入采掘空间 ,由于陷落柱体破碎石块空隙大量存在 ,空隙 、裂隙中容易充水 ,在采掘时应密切关注陷落柱水的影响 ,及时进行灰岩水可疏性评价 。(3) 物探探测法和钻探疏干法相结合的技术方法在顶板灰岩水疏干过程中效果良好 ,采用瞬变电磁法进行超前探测是揭露陷落柱和前方富水区的重要技术手段 。(4)对于存在陷落柱等异常地质构造的矿区 ,建议在掘进工作面严格执行 “有掘必探 ,先探后掘 ”的防治水原则 ,加大物探 、钻探探测的力度 ,防止误揭断层 、陷落柱等地质构造异常富水区 ,建立健全排水系统 ,预防突水淹面 、淹井事故的发生 。参考文献 :[1]李俊亭,]990[2]张胜业,]国地质大学出版社,2004[3]张保祥,刘春华,]002,22(4):23~29[4]穆金霞,]012,24(6):45~47[5]郭进伟,邬春生,]010,37(8):25~28作者简介 :白利文(,男,山西朔州人,工程师,学士学位,主要从事煤矿技术管理工作及安全管理工作。业工程与技术河 南科技 80*产套管 ,下套管时 ,采用在套管上安装扶正器的方法保证套管居中[3],随井斜增大扶正器数量增多 ,以提高居中度 。 水平井安装扶正器时 ,既要考虑套管居中 , 还要考虑尽量减少套管与井壁之间的摩阻 ,为此选用刚性扶正器和弹性扶正器并用 。 扶正器安装原则 :刚性扶正器与弹性扶正器间隔安装 ,水平段每两根套管安装一只刚性扶正器 ,造斜段每一根套管安装一只刚性扶正器 ;直井段只安装弹性扶正器 ,每两根套管安装一只 。(3)水平井固井完井工艺 。 以往 U 型井很少固井 ,本井固井采用 G 级石油水泥 , 先注入 2密度水泥浆为前置液 ,再注入低密度 、高密度水泥浆 ,水泥返至地面 ,封固全井段 ,有效提高了本井的井身质量 。①前置液设计 :采用高粘悬浮隔离液 密度水泥浆密度 ②领浆配方 :G 级油井水泥 +窜剂 ×失水剂 ×凝剂 ×阻剂 ×泡剂 ×水灰比 :W/C=60%;密度 :尾浆配方 :G 级油井水泥 +硅 ×强剂 ×失水剂 ×泡剂 ×水灰比 :W/C=44%;密度 几点认识(1)U 型井钻井为确保钻井动力 、 提升力 , 建议采用石油2000 型及以上钻机 。(2)U 型井由水平井与直井组合井型 , 应结合该区域地层倾角 ,构造情况等条件 ,经井身结构优化设计 ,钻 U 型井充分避开该区域目的煤层易塌因素 , 采用水平段沿煤层顶板钻进 ,在连通时 ,在煤层对接 ,确保水平钻进安全 。(3)U 型井水平井井斜接近 90°,测井时 ,需用钻具输送测井仪器进行 ,裸眼测井用 Φ127具输送 ,完井测声幅需用Φ73管输送进行 。(4)下套管时 ,本井采用刚性扶正器与弹性扶正器组合应用 ,并优化安装顺序 ,保证了套管尽量居中 。(5)固井时 ,在选用水泥浆体系时 ,通过多次试验 ,采用高粘悬浮隔离液 密度水泥浆密度 确保充分冲洗井壁 、套管壁且保护井壁不坍塌 ,达到充分冲洗 、隔离以及有效提高顶替效率的目的 。 领浆 、尾浆选用G 级油井水泥 ,并优化了配方 ,保证了固井质量 。(6)煤层气 U 型井作为一种资源开采的新型模式 ,通过优化套管 、固井完井方式等 ,提高井组质量 ,更好地发挥 U 型井组优势 ,实现煤层的排水降压采气 ,并且可以与羽状分支井组合成新的井型 ,更好发挥 U 型井与分支井各自的优势 ,在一定地区试验完善后 ,可以进一步推广应用 。参考文献 :[1]鲜保安,夏柏如,张义等.高陡构造煤层气钻采工艺技术研究[J].煤层气勘探开发理论与技术.北京:石油工业出版社,2010:293]赵庆波,孙粉锦,李五忠等.煤层气勘探开发地质理论与实践[M].北京:石油工业出版社,2011:268]吴俊辉,张春明,习玉光等编译.水平井固井技术[J].国外油田工程.2006,22(12):23!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第 33页)40
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