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煤层气参数井小井眼钻井技术 3 莫日和1 覃成锦2 高德利2 1. 中联煤层气有限责任公司,北京 100011; 2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室, 北京昌平区 102249 摘 要为了降低煤层气钻井成本,中联煤层气有限责任公司试用了小井眼钻井技术钻参数井。 本文介绍此技术的关键组成部分,其中包括钻井地面设备的配置,各开钻具组合的构成,钻进 参数的选择,钻井液体系的选择,钻井液体系的性能维护,钻井液固相控制的措施,防斜、取芯 和测井的技术。此技术在贵州保田青山项目6口井的施工中得到成功的应用,其所需费用不及常 规油气钻井技术的一半。综上所诉,煤层气井小井眼钻井技术是切实可行。 关键词小井眼 煤层气 钻井 参数井 Slim Hole Drilling Technology for Parameter Well of Coalbed Methane Mo Rihe1, Tan Chengjin2, Gao Deli2 1. China United Coalbed Methane Corporation , Ltd. Beijing 100011 ; 2. CMOE Key Lab of Petroleum Engineering in China University of Petroleum , Beijing 102249 Abstract In order to reduce the cost in drilling , China United Coalbed Methane Corporation adopts slim hole drilling technology to drill parameter wells. In this paper , key parts of this technology are introduced , which includes selections of surface equipment , drill string , drilling parameter and drilling fluid , maintenance of drilling fluid , control measures of solid content , deviation prevention , coring technology , and logging technol2 ogy. These techniques are successfully applied in the Qingshan project in Baotian , Guizhuo Province , which only cost less than half of what may cost in conventional oil and gas well drilling. According to the above dis2 cussion , a conclusion can be reached that slim hole drilling is feasible for the drilling of parameter well. Keywords Slim hole ; coalbed methane ; drilling; parameter well 煤层气就是煤层中的甲烷气,主要以吸附状态 存在于煤层中,其产生机理是降压、解析、扩散和 渗透等过程。煤层气井垂深一般为300～1500m , 单井产量偏低,为1000～10000m3 / d 通常为3000 ～5000m3/ d ,而且作为储层的煤层与常规石油天 然气储层相比具有特殊的物理力学性质。目前,国 内煤层气田勘探环境的特征是勘探区地处丘陵或 山地,交通不便,山高坡陡,便道路远湿滑,简易 公路坡陡弯急,煤田地质条件比较复杂,煤储层机 械强度低,易造成井下情况复杂和井下事故,煤储 3 获中国石油集团应用基础研究项目“煤层气钻井技术研究与应用”06A20202资助 作者简介 莫日和,男,汉族, 1969生,广东高州人,油气井工程专业,硕士,现任中联煤层气有限责任公司工程师,从事钻探工程 技术及管理工作。 第5卷 第3期 中国煤层气 Vol15 No13 2008年7月 CHINA COALBED METHANE July12008 层保护技术难度大,煤层取芯技术难度大,勘探单 井产量低。因此,应用油气钻井技术勘探煤层气所 付出的费用是不经济的,要求采用费用较低的小井 眼钻井技术。 1 钻井设备评选 与常规油气田钻井工程类似,煤层气钻井装备 的选择既要安全地实现钻探目的,又要最大限度地 降低成本。通过对比分析,选用了张家口探矿机械 厂生产的XY- 6B型钻机,其主要配套设备及性能 指标如下 1钻井深度 1000m Φ89mm钻杆 , 1500m Φ60mm钻杆 ; 2井架 1715m四角塔,高度1715m; 3钻井泵 BW - 250/ 70 ,功率15kW , 1台, 最高泵压7MPa ,流量250升/分,衡阳探矿机械 厂; 4发电机道依茨226B型潍柴 , 功率 110kW; 5绳索取芯绞车,负荷30kN; 6 S95绳索取芯。 2 小井眼钻井技术 211 钻具组合 一开采用钻具组合为Ф95mm主动钻杆 Ф50mm锁接手Ф127mm螺 丝 头Ф127mm 4000mm开孔管和岩芯管Ф127mm硬质合金钻头。 二开采用钻具组合为Ф95mm主动钻杆 Ф95mm钻杆 S95外管总成Ф98mm人造金刚石 钻头。 212 钻进参数 一开钻压 8～10kN;转数350～460r/ min; 泵量 115～215L/ s;泵压0～015MPa。 二开非含煤地层采用高转速、大钻压钻 进。具体数据为转数460～960r/ min ,钻压8～ 10kN;泵量 115～215L/ s;泵压2～4MPa。含煤 地层采用低转速、小钻压钻进。具体数据为转 数350～460r/ min ,钻压6～8kN;泵量 0167～ 115L/ s;泵压2～4MPa。 213 钻井液技术措施 钻井液是钻井工程的血液,它起着冷却钻头、 携带岩粉、保护孔壁、平衡地层压力等作用。因此 保持良好的钻井液性能十分重要。钻井中采取了以 下措施 1建立了不渗漏的井液循环系统,用水泥对 三个沉淀池、两个泥浆池以及所有的循环槽进行防 渗漏处理,有效地防止了地表水进入钻井液地表循 环系统,为保持良好的钻井液性能创造了条件。 2及时监测,及时调整,确保钻井液性能良 好。发现钻井液性能变差,及时调配钻井液。 3及时清除泥浆池、循环槽及沉淀池中的岩 屑,严格控制固相含量。 4设置水泵站及水管,保证生产用水。 钻井液性能非煤系井段0～510m ,采用优质 无固相钻井液,钻井液密度1101～1103g/ cm 3 ,粘 度18～23s ,失水量14～20ml ,含砂量0113 ～ 0170 , pH值715～910。 煤系井段510m～井底,采用优质无固相泥浆, 密度1101～1103g/ cm3,粘度18～23s ,失水量16～ 1815ml ,含砂量0125 ～0170 , pH值810～910。 在易垮塌煤层井段如19煤采用优质低固 相泥浆钻进,以确保正常钻进。钻井液密度1102 ～1103g/ cm3,粘度21～23s ,失水量1715～1810ml , 含砂量0125 ～0150 , pH值815～910。 214 防斜措施 为保证井的垂直度不超过设计要求,采取了以 下防斜措施 1钻机设备安装时严格做到钻机立轴、天车 中心、井口中心三点一线,基台平稳,钻机稳固。 2开孔钻头采用出刃小的合金钻头以防止合 金崩刃掉入孔内。 3在钻进过程中采用高转速、低钻压为主的 防斜钻井参数。 4力求简化钻孔结构,尽可能一到两径到 底。 5绳索取芯钻杆与井壁间隙小,为满眼钻 进,对防斜保直有一定作用。 215 取芯措施 采取足够数量的岩煤芯,是建立可靠的地层柱 状图,获取真实的煤储存参数和煤层气解吸采样的 保证,为采好目的层煤芯,钻井采取了以下措施 1严格执行地质人员提前下见煤预告制度, 预告中详细说明目的煤层埋深、厚度、结构、顶底 板岩性。同时制定出具体的煤芯采取方案。 62中 国 煤 层 气 第3期 2下达见煤预告书后,严格执行守煤制度和 班长负责制度,并做到准取判层。 3进入目的煤层顶板2m时,调整好取芯工 具。 4严格做到内管总成到位后才能扫孔钻进, 钻进参数严格按照取煤芯方案执行。 5严格执行“见软上钻”而打捞岩芯的原 则。煤层顶板坚硬时,必须捞尽岩芯后方可钻进煤 层。第一回次控制在014～015m ,以观察取煤钻具 装配是否得当,钻进参数是否合理,以便确定是否 采取补救措施。 6钻进煤层要切实做好判层工作,准确记录 见软、见硬深度;煤芯采取时分工明确,绞车操 作,内管上、下及拆装,煤芯丈量,拍照描述,解 吸装罐,都是专人负责,各司其职,有条不紊。 7取出的煤芯按顺序排列,填好煤层进尺记 录,妥善保管。 216 取芯技术及应用效果 由于煤层孔隙和割理发育,机械强度低,极易 破碎,导致煤层取芯困难,收获率低。为此,取煤 采用的是双管单动钻具,内管为半合管,上部配合 S95内管总成,双卡簧座、双爪簧基本上形成双层 防脱装置,使之适合煤层小井眼特点。取煤岩芯直 径 Ф62mm。采取率80 以上,煤芯结构清楚,煤 样较洁净,煤芯质量较好。满足了煤层气井取芯要 求。 217 测井技术 完井井眼为 Ф98mm ,故采用煤炭系统PSJ - 1 型数字测井仪测井。该仪器尺寸小,重量轻,易于 拆装和搬运,费用低,完成了井斜、方位;微球、 井温;井径;中子、密度、自然伽玛;声波;侧 向、自然电位测井,资料齐全、合格。 3 实际效果 通过在贵州保田青山项目6口小井径井的施 工,效果较好,取芯满足要求达80 以上 ; 井 斜达标小于3 ; 解吸、试井等其它参数达到取 全、取准要求。同时,小井眼降低了钻井成木,单 井成本约120万元井深800m ,而在该区常规煤 层气试验井由于巨额的修建道路费用及搬迁费用需 240万元以上,小井眼钻井效果是明显的。 4 认识及建议 通过贵州保田青山项目6口井的现场试验,得 到以下三条认识和建议 1 XY- 6B型钻机易于拆装和搬迁,在交通 条件差的地方可用拖拉机或马车搬运,可满足煤层 气小井眼的钻井需要。 2人造金刚石钻头应用于小井眼可取得较好 的钻井效果。 3小井眼应用于煤层气钻探可大大降低钻井 费用,是一种经济高效的钻探技术。 参 考 文 献 [1] 胡辰光 1 钻探工程技术及标准规范实务全书[M]1 合肥安徽文化音像出版社, 20031 [2] 韩广德 1 中国煤炭工业钻探工程学[M]1 北京煤 炭工业出版社, 20001 [3] 唐兴智 1 煤层气钻井工程作业规程[S]1 北京中 联煤层气有限责任公司, 20021 [4] 叶建平,范志强 1 中国煤层气勘探开发利用技术进 展[M]1 北京地质出版社, 200612 - 81 [5] 冯三利,胡爱梅,叶建平 1 中国煤层气勘探开发技 术研究[M]1 石油工业出版社, 20071 责任编辑 桑逢云 上接第37页 燃烧的混合气热值低约13 。50 CH4的煤层气燃 烧除氧与加水蒸气转化除氧所得除氧混合气,比纯 甲烷燃烧的混合气热值低约9 4 结论 通过计算及讨论表明,煤层气CMM通过 加入水蒸气进行催化转化脱氧,具有较高的冷气效 率。对于需要加压而对气体热值要求较宽的领域, 可用此方法脱氧,投资少,脱氧气能量利用率高。 参 考 文 献 [1] 陶鹏万,王晓东 1 生产甲烷用煤矿瓦斯气催化燃烧 脱氧工艺方法 1 中国 Z L0211362819 [P]120071 [2] 贺永德主编,现代煤化工技术手册[M] ,北京化 学工业出版社, 2004 , 3521 [3] 宋汉成等,煤层气加压输送安全性分析[J ]管道技 术与设备, 2006 , 5 71责任编辑 韩甲业 72第3期 煤层气参数井小井眼钻井技术